張馳 香天元 盛鐘銘 陳嘉翰 瞿蘭蘭

摘要：長江中游水文水資源勘測局近年來實施“智慧水文”建設(shè)取得了一系列成果。在總結(jié)長江中游“智慧水文”工作的基礎(chǔ)上指出了存在的問題，分析了“智慧水文”發(fā)展趨勢。從“智慧水文”頂層設(shè)計和基礎(chǔ)建設(shè)、保證建設(shè)和維護資金投入、重視高層次人才培養(yǎng)等方面對下一階段工作提出了建議，可為長江水文現(xiàn)代化發(fā)展提供有益參考借鑒。

關(guān)鍵詞：智慧水文;水文信息化;水文大數(shù)據(jù);長江中游

中圖法分類號：P33-39文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.05.014

文章編號：1006 - 0081（2021）05 - 0058 - 05

近年來，長江中游水文水資源勘測局（以下簡稱“中游局”）大力推進“智慧水文”建設(shè)，使中游局信息化基建水平和業(yè)務(wù)能力大幅提升，并為改革水文測驗方式、增強水文信息服務(wù)能力和擴展服務(wù)領(lǐng)域提供了基礎(chǔ)[1-3]。經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，中游局“智慧水文”建設(shè)工作在信息基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、業(yè)務(wù)與事務(wù)應(yīng)用等方面均取得了重大進展，中游局“智慧水文”智能控制重點實驗室榮獲長江水利委員會首批科技創(chuàng)新基地試點稱號，中游局現(xiàn)代化程度越來越高。

本文對近年來中游局實施的“智慧水文”工作進行了總結(jié)，描述了“智慧水文”工作取得的成果和存在的問題，分析了當下“智慧水文”先進技術(shù)和發(fā)展構(gòu)想，從“智慧水文”頂層設(shè)計和基礎(chǔ)建設(shè)、保證建設(shè)和維護資金投入、重視高層次人才培養(yǎng)等方面對“智慧水文”下一階段的工作提出了建議，期望能為長江水文現(xiàn)代化發(fā)展提供有益的參考借鑒。

1 “智慧水文”建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 信息采集層

中游局下屬水文監(jiān)測站點全部采用了計算機智能控制、GPS定位流量施測技術(shù)，實現(xiàn)了水位、雨量、水溫、氣象、蒸發(fā)自動化測量、傳輸、數(shù)據(jù)校核與入庫，部分重點水文站部署了網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，積極開展了國產(chǎn)超高頻雷達測流、纜道雷達波自動測流、視頻圖像測流、定點雷達波測流、無人機“水位-流量”一體化監(jiān)測、視頻水位監(jiān)測、國產(chǎn)H-ADCP測驗等新型監(jiān)測儀器設(shè)備運用，全局聯(lián)網(wǎng)計算機、移動平板等數(shù)據(jù)錄入設(shè)備越來越多。

1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸層

中游局建成了覆蓋局機關(guān)、勘測分局（中心）、水情分中心的計算機骨干傳輸網(wǎng)。與長江水利委員會（以下簡稱“長江委”）、水文局機關(guān)及其他勘測局實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，基于移動網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)、水利衛(wèi)星信道建立了下連測站、上達水文局的實時報汛網(wǎng)絡(luò)體系，完成了中游局漢口分局5G網(wǎng)絡(luò)試點，在核心網(wǎng)絡(luò)上部署了防火墻、APT攻擊預(yù)警平臺等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備。

1.3 數(shù)據(jù)資源層

中游局共配置服務(wù)器25套，建成了實時水情數(shù)據(jù)庫、儀器設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫、車船管理數(shù)據(jù)庫、37碼頭水質(zhì)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。此外，中游局部分部門和勘測分局（中心）根據(jù)生產(chǎn)與服務(wù)需要，建設(shè)了多個面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫。

1.4 業(yè)務(wù)與事務(wù)應(yīng)用層

中游局建成了分局信息平臺、儀器設(shè)備管理系統(tǒng)、車船管理系統(tǒng)、水文纜道遠程控制系統(tǒng)、中游局視頻會議系統(tǒng)、37碼頭水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)等業(yè)務(wù)系統(tǒng)，基本覆蓋了中游局業(yè)務(wù)的主要領(lǐng)域。根據(jù)各級要求[4-6]，推廣應(yīng)用了綜合辦公系統(tǒng)、RTX、財務(wù)報銷管理系統(tǒng)、合同信息管理系統(tǒng)、水利藍信安全移動平臺、檔案管理系統(tǒng)、長江水文APP、水文監(jiān)測APP、長江水文云桌面、水文局水環(huán)境實驗室信息管理系統(tǒng)（LIMS系統(tǒng)）等，初步實現(xiàn)了中游局事務(wù)綜合管理系統(tǒng)的集成，基本實現(xiàn)事務(wù)綜合管理的移動互聯(lián)。目前，全局各級部門開發(fā)配置的各類應(yīng)用軟件達28套。在中游局業(yè)務(wù)與事務(wù)管理中，信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用從根本上改善了中游局工作的整體技術(shù)條件，提升了裝備和業(yè)務(wù)能力。

2 “智慧水文”發(fā)揮的作用

通過近年“智慧水文”的建設(shè)與發(fā)展，相關(guān)現(xiàn)代化技術(shù)已在中游局水文監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測分析、河道勘測、水文應(yīng)急監(jiān)測、水文科技研究開發(fā)和單位事務(wù)管理等方面得到廣泛應(yīng)用，為單位優(yōu)化生產(chǎn)方式、提質(zhì)增效生產(chǎn)成果、減少人力勞動危險程度、提高監(jiān)測能力和監(jiān)測成果的時效性等方面發(fā)揮了重要作用。

3 “智慧水文”建設(shè)存在的主要問題

3.1 監(jiān)測設(shè)施智能化能力有待提升

監(jiān)測設(shè)施是中游局事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是中游局“智慧水文”的重點與難點。中游局所轄各類測站的智能化程度仍有較大提升空間，對于部分實時生產(chǎn)信息的自動化監(jiān)測和數(shù)據(jù)共享的能力仍然不高。

（1）水文監(jiān)測方面。①在流量、懸移質(zhì)、推移質(zhì)、顆粒分析等生產(chǎn)項目上仍未完全實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)測，遙感等現(xiàn)代監(jiān)測設(shè)備設(shè)施使用率仍有待提高;②采集站前端設(shè)備狀態(tài)信息監(jiān)控設(shè)備遠程調(diào)試和故障排查能力等需加強;③監(jiān)測站點視頻監(jiān)控設(shè)施短缺較嚴重，難以基于網(wǎng)絡(luò)和可視化條件實現(xiàn)站點安全監(jiān)控、視頻智能監(jiān)測，而巡測站點、測船碼頭等安全事故易發(fā)區(qū)域?qū)W(wǎng)絡(luò)可視化管理手段需求迫切。

（2）水質(zhì)監(jiān)測、分析方面。①水質(zhì)監(jiān)測站現(xiàn)代化自動監(jiān)測的能力有很大提升空間，如非接觸式實時監(jiān)測設(shè)備、測站網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理和傳輸系統(tǒng)等方面，很多監(jiān)測工作仍需要到現(xiàn)場手工采樣監(jiān)測;②在水質(zhì)分析方面，實驗室管理信息系統(tǒng)與監(jiān)測實驗設(shè)備信息不能直接交互，導(dǎo)致在實驗過程中很多步驟必須通過中間設(shè)備或人工進行數(shù)據(jù)信息輸入，智能化生產(chǎn)過程信息完整度較低，且較繁瑣的步驟影響了工作效率。

（3）河道勘測方面。①現(xiàn)代化智能設(shè)備采購、使用水平仍有提升空間，多項勘測項目仍使用老舊儀器，影響工作效率和成本;②河道勘測數(shù)據(jù)庫、信息系統(tǒng)開發(fā)利用深度與廣度不夠，軟硬件的技術(shù)整合有待加強，自動化和智能化程度仍有待提高。

3.2 資源共享存在困難

中游局配置的服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫分散在機關(guān)多部門和下屬單位，存在“資源孤島”現(xiàn)象，運維成本較高，且同一數(shù)據(jù)在不同地點儲存的數(shù)值不同的現(xiàn)象時有發(fā)生。各類與水文、水質(zhì)業(yè)務(wù)密切關(guān)聯(lián)的遙感信息沒有按時序正常獲取與存儲積累[7-8]，與信息技術(shù)應(yīng)用和科技發(fā)展趨勢存在差距。

3.3 信息化保障能力不足

（1） 測站至分中心、分中心至勘測局和水文局通信信道及網(wǎng)絡(luò)帶寬較小，且網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大多為單核心配置，僅部分節(jié)點有冷備份，發(fā)生故障后無法及時恢復(fù);軟件正版化較低，服務(wù)器相關(guān)操作系統(tǒng)、虛擬機、數(shù)據(jù)庫等軟件仍存在不少非正版;機房環(huán)境條件需優(yōu)化。

（2）中游局從事網(wǎng)絡(luò)安全運維和管理人員與需求存在不匹配現(xiàn)象，全局的網(wǎng)絡(luò)安全管理和運維工作還處于起步階段，普遍缺少專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)安全人員和運維人員，辦公電子設(shè)備（如：辦公計算機、打印機、智能手機、宣傳大屏幕、會議室設(shè)備、活動室設(shè)備等設(shè)備）應(yīng)用水平偏低。網(wǎng)絡(luò)信息等相關(guān)技術(shù)具有更新頻率快的特點，相關(guān)崗位職工在新技術(shù)學(xué)習(xí)、應(yīng)用方面普遍缺少時間保障，與行業(yè)優(yōu)秀人才交流機會有待加強。

3.4 整體規(guī)劃需進一步提升

應(yīng)充分結(jié)合社會水文、綠色水文、和諧水文開展“智慧水文”的建設(shè)，中游局各部門對“四個水文”的認識有待提高。雖然通過“智慧水文”建設(shè)，相關(guān)新技術(shù)運用和推廣工作取得了一定成效，但在事業(yè)服務(wù)對象需求分析和“智慧水文”的服務(wù)形式上仍有較大提升空間?！爸腔鬯摹苯ㄔO(shè)專項資金有限，中游局“智慧水文”建設(shè)主要由專項業(yè)務(wù)驅(qū)動，缺乏整體規(guī)劃。目前，全局已經(jīng)購置或開發(fā)的應(yīng)用軟件越來越多，存在“單打獨斗”、功能單一、低水平重復(fù)建設(shè)、技術(shù)標準不統(tǒng)一、運維難度大且資源整合能力有限等缺陷，相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)、應(yīng)用的整體水平仍應(yīng)進一步提高。

4 “智慧水文”發(fā)展趨勢

近年來，“智慧水文”現(xiàn)代化技術(shù)在算力、數(shù)據(jù)、算法、互聯(lián)互通能力等方面飛速發(fā)展，主要技術(shù)涉及物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能4個領(lǐng)域[9-11]?！爸腔鬯摹崩孟嚓P(guān)現(xiàn)代化技術(shù)，構(gòu)建透徹感知、全面互聯(lián)、智能分析、智慧應(yīng)用、泛在服務(wù)、智慧運維的現(xiàn)代化水文體系，提高水旱災(zāi)害防御能力，優(yōu)化水資源管理，保障工程安全，改善生態(tài)環(huán)境，服務(wù)社會經(jīng)濟發(fā)展。

新時代的 “智慧水文”建設(shè)在水文信息化資源整合共享頂層設(shè)計的指導(dǎo)下進行，應(yīng)加強水文改革頂層設(shè)計，通過資源整合、統(tǒng)籌共建以及必要補充，優(yōu)化水文資源配置，以在更廣范圍和更高層次上為社會各行業(yè)提供水文服務(wù)。新時代的“智慧水文”發(fā)展主要借助智能感知+物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)（移動）+大數(shù)據(jù)分析、云計算+業(yè)務(wù)模型、人工智能+智慧應(yīng)用等高新技術(shù)，通過普遍連接形成水文物聯(lián)網(wǎng)即“大感知”。然后，通過云計算將水文物聯(lián)網(wǎng)整合形成水文“大數(shù)據(jù)”，實現(xiàn)社會與水文信息資源的整合，水文業(yè)務(wù)的深度融合形成“大應(yīng)用”，進一步優(yōu)化站網(wǎng)、監(jiān)測能力、服務(wù)和保障水平，如圖1所示。

5 “智慧水文”未來發(fā)展與思考

中游局“智慧水文”發(fā)展應(yīng)進一步強化“智慧水文”產(chǎn)業(yè)建設(shè)，在傳統(tǒng)生產(chǎn)基礎(chǔ)上充分結(jié)合信息化主流技術(shù)構(gòu)架——中游局“云”“網(wǎng)”“端”體系，生產(chǎn)不可或缺的水文、水質(zhì)、河道成果;進一步強化“智慧水文”模式的運用，把傳統(tǒng)水文、水質(zhì)、河道積累的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗轉(zhuǎn)變成科技服務(wù)，快速實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，更好地助力“智慧水文”支撐“四個水文”可持續(xù)發(fā)展。

結(jié)合“智慧水文”相關(guān)技術(shù)發(fā)展的新特點[12-13]，做好頂層設(shè)計和建設(shè)、保證建設(shè)和維護資金投入、重視高層次人才培養(yǎng)是解決當前“智慧水文”中存在的主要問題和推動建設(shè)取得突破的關(guān)鍵。

5.1 頂層設(shè)計與建設(shè)

以長江委、水文局“智慧水文”相關(guān)設(shè)計工作思路為指導(dǎo)，結(jié)合中游局“智慧水文”實際，加強大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略性研究，進一步梳理“智慧水文”建設(shè)，從頂層設(shè)計把握中游局“智慧水文”，以服務(wù)需求推動“智慧水文”建設(shè)。

5.1.1 智能感知層

智能感知層是“智慧水文”最基礎(chǔ)的配置。通過應(yīng)用聲、光、電等先進感知設(shè)備，破解流量、泥沙等要素在線自動監(jiān)測的技術(shù)難題，提高監(jiān)測站點自動化程度。通過各種自動化、智能化的監(jiān)測設(shè)備開發(fā)和運用，優(yōu)化測點布局、線路設(shè)置、儀器配備等，拓展信息采集站網(wǎng)，豐富采集種類，規(guī)范監(jiān)測技術(shù)，整合監(jiān)測站點，制定常規(guī)、應(yīng)急等信息采集策略，實現(xiàn)水文、水質(zhì)、河道等業(yè)務(wù)的全面感知，從而構(gòu)建天空地網(wǎng)智能一體化水文感知體系，提高信息感知的完備性、時效性和準確性。通過運用可視化智能視頻監(jiān)控技術(shù)和加強測站監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)遠程訪問能力，開發(fā)測站監(jiān)測運維可視化智能管理平臺，對所有測站進行可視化控制與管理，通過關(guān)鍵績效指標工具使監(jiān)測站點實現(xiàn)自動化監(jiān)控、智能化預(yù)警、移動化連接、實時化響應(yīng)，提高監(jiān)測工作效率、降低風(fēng)險損失。

5.1.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層采用信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)進行規(guī)劃和布置，是“智慧水文”的第二層級。對于網(wǎng)絡(luò)層，在感知層的各種硬件設(shè)備支持下，選擇相互匹配的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，成為各種數(shù)據(jù)的傳輸通道。為滿足網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高效性，需高度重視網(wǎng)絡(luò)的邏輯隔離和網(wǎng)絡(luò)安全配套建設(shè)工作。例如：對于生產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用物理隔離的獨立網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建專網(wǎng)，配合邊界與出口網(wǎng)絡(luò)安全防護，再同時建立適當?shù)纳婷芫W(wǎng)絡(luò)專區(qū)和涉密PC終端;對于辦公數(shù)據(jù)，采用互聯(lián)網(wǎng)方式，將服務(wù)器與業(yè)務(wù)終端分級接入核心層和匯集層，以方便使用。根據(jù)“智慧水文”建設(shè)需求不斷完善應(yīng)急通信系統(tǒng)，對防汛重點區(qū)和公網(wǎng)能力薄弱地區(qū)，設(shè)立應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，進一步確保重要信息傳輸?shù)陌踩€(wěn)定。

5.1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層通過即席查詢、多維分析、交互式計算為上層服務(wù)層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用分層實施按視野區(qū)域展現(xiàn)，以云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)作為支撐，為不同種類用戶提供管理和服務(wù)的運行支撐環(huán)境，是實現(xiàn)水文數(shù)據(jù)交互整編、視頻監(jiān)控會商、工作流傳遞、權(quán)限管理的空間信息服務(wù)平臺。首先，應(yīng)著力加快基礎(chǔ)數(shù)據(jù)治理工作進程，通過整理水文監(jiān)測數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、河道勘測數(shù)據(jù)以及辦公專項數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，按照各級標準規(guī)定，建立統(tǒng)一互聯(lián)、安全共享的核心數(shù)據(jù)庫、編輯數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，形成數(shù)據(jù)資源管理中心，整合各類數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)集中存儲、集中管理和集中共享。其次，針對中游局面向多服務(wù)單位、多主管部門的特點，需要定義統(tǒng)一標準、兼容性強的通用類型軟件，在應(yīng)用過程中，逐步優(yōu)化各類專用軟件，積累通用模塊，形成通用軟件功能庫，便于后期與其他行業(yè)和部門的協(xié)同作業(yè)。

5.1.4 服務(wù)層

服務(wù)層是“智慧水文”的最高層級，通過各種移動終端和綜合門戶的展示，面對各類型不同需求的用戶，為決策者提供智能化的決策服務(wù)，進而實現(xiàn)自主管理，而非數(shù)字水文的信息集合，是智慧化的最終體現(xiàn)。將中游局水文信息資料融入流域治理、執(zhí)法巡查、考核評定等業(yè)務(wù)流程，為長江流域水庫群梯級調(diào)度、河長制、最嚴格水資源管理制度和三條紅線等管理制度等提供決策支持。同時，加強公共服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)，采用公共網(wǎng)站、微信公眾號、重要區(qū)域二維碼覆蓋、手機 APP 等方式，為用戶和公共提供豐富的信息服務(wù)。

5.2 保證建設(shè)和維護資金投入

建設(shè)和維護資金是中游局“智慧水文”發(fā)展和建設(shè)的重要保障。多年來，在主管部門努力下，合理使用國家專項資金，較好地提升了中游局的基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)狀，但距離水文信息化和“智慧水文”尚有差距。只有積極建立資金投入機制，申請專項建設(shè)資金和后期運行維護資金，才能保證良好的“智慧水文”系統(tǒng)建設(shè)和運行環(huán)境。

5.3 重視高層次人才培養(yǎng)

需要引進精通水文、水質(zhì)、河道專業(yè)知識與信息化的復(fù)合型人才，以謀求長江水文事業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。隨著傳統(tǒng)水文向“智慧水文”的轉(zhuǎn)變，工作方式、職能分工發(fā)生變化，要注重互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等專業(yè)人才在重要業(yè)務(wù)部門的占比，還要加強對職工的集中技術(shù)培訓(xùn)，以不斷提高其信息化技術(shù)水平。

6 結(jié) 語

在長江“智慧水文”的總體框架下，中游局“智慧水文”建設(shè)取得了顯著成績，初步形成了包括智能監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)互連、業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)及運行管理制度規(guī)范等在內(nèi)的“智慧水文”體系，是中游局踐行“四個水文”發(fā)展戰(zhàn)略的重要支撐。但是，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等相關(guān)科技的進步和水文學(xué)研究的不斷深入，中游局的“智慧水文”建設(shè)在向縱深發(fā)展、提升綜合服務(wù)能力等方面依然面臨很多問題，需要進一步提高認識、理清思路、統(tǒng)一規(guī)劃、注重協(xié)調(diào)，結(jié)合信息技術(shù)發(fā)展的新特點，解決當前中游局“智慧水文”中存在的主要問題，進一步推動“智慧水文”建設(shè)。

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（編輯：李 慧）

Abstract： The intelligent hydrology construction of Middle Changjiang River Bureau of Hydrology and Water Resources Survey has made some remarkable achievements in recent years. This paper summarizes the practice of intelligent hydrology of Middle Yangtze River， introduces the achievement and existed problems， analyzes the developing trend of intelligent hydrology. Some suggestions are given in terms of top-level design and infrastructure construction， investment assurance to the construction and maintenance and personnel training. It can provide reference to the modern development of hydrology.

Key words： intelligent hydrology; hydrology informationization; hydrology big data; Middle Yangtze River