渭河生態(tài)區(qū)信息化建設框架研究

季萬才

（1. 水利部防洪抗旱減災工程技術研究中心，北京 100038；2. 陜西省渭河綜合治理辦公室，陜西 西安 710004）

渭河生態(tài)區(qū)信息化建設框架研究

季萬才1，2

（1. 水利部防洪抗旱減災工程技術研究中心，北京 100038；2. 陜西省渭河綜合治理辦公室，陜西 西安 710004）

加快水利信息化建設是水利現代化建設的重要措施，水利信息化已成為防洪減災、水資源管理、水生態(tài)保護和水土保持、水利信息資源共享等的重要手段和技術保障。按照“十三五”時期國家治水新思路和水利信息化發(fā)展的要求，為確保渭河生態(tài)區(qū)健康發(fā)展運行，提出渭河生態(tài)區(qū)信息化建設框架研究，以全天候、全天時天空地監(jiān)測體系為手段，以三網融合全覆蓋信息通信網絡的互聯互通為神經，以多源多維多尺度大數據云中心為中樞，以文聲圖像視頻全媒體支撐平臺為載體，實現渭河生態(tài)區(qū)全方位業(yè)務應用，承載生態(tài)區(qū)各類水利信息資源，保障智慧水利業(yè)務應用與事務管理，構建渭河生態(tài)區(qū)信息化決策支持服務平臺，提高渭河生態(tài)區(qū)信息管理水平。

生態(tài)區(qū)；信息化；構架；服務平臺

0 引言

在“十二五”渭河綜合整治及現有水利信息化工程建設的基礎上，按照“十三五”時期創(chuàng)新、協調、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，圍繞“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”和“山水林田湖是一個生命共同體”的治水新思路，把渭河生態(tài)區(qū)打造成“全國生態(tài)文明建設先行示范區(qū)”、安瀾河、生態(tài)河、景觀河、文化河、旅游河、致富河的治理目標[1]。在水利信息化建設頂層設計統(tǒng)一技術標準、運行環(huán)境、安全保障、數據中心和門戶的基礎上[2]，結合“十三五”國家水利信息發(fā)展圍繞防洪減災、水資源配置、水生態(tài)文明建設、水土保持、水利工程管理等水利中心工作，提供全方位、高效率、智能化的水利信息化業(yè)務應用，將科技創(chuàng)新作為重要驅動力，深化信息技術與各項水利工作的融合，積極研究大數據、云計算、物聯網、移動互聯等技術應用，強化信息對水利各業(yè)務領域的服務與支撐，推進各類信息化資源整合共享，最大程度發(fā)揮水利信息化資源的共享效率[3]。在加強渭河生態(tài)區(qū)科學化保護管理的基礎上，提出渭河生態(tài)區(qū)信息化建設框架研究，以構建渭河生態(tài)區(qū)信息化決策支持服務平臺，渭河流域河湖聯通的水利網絡為載體，以全天候全天時天空地監(jiān)測體系為手段，以三網融合全覆蓋信息通信網絡的互聯互通為神經，以多源、多維、多尺度大數據云中心為中樞，以文聲、圖像、視頻、全媒體支撐平臺為載體，以實現渭河生態(tài)區(qū)全方位業(yè)務應用系統(tǒng)承載各類水利信息資源，保障智慧水利業(yè)務應用與事務管理，實現渭河生態(tài)區(qū)河湖安瀾，水生態(tài)環(huán)境優(yōu)美，水文化旅游產業(yè)發(fā)達，沿岸產業(yè)結構優(yōu)化、城鄉(xiāng)居民富裕的發(fā)展目標。

1 渭河生態(tài)區(qū)信息化現狀及存在問題

1.1 信息化現狀

“十二五”期間陜西省對渭河流域河道防洪、灘面整治、水質改善、信息化網絡光纖敷設等進行了全面系統(tǒng)的綜合治理建設，治理效果明顯。同時提出劃定渭河生態(tài)區(qū)，在鞏固提升綜合系統(tǒng)治理的基礎上，通過構建渭河生態(tài)區(qū)信息化決策支持服務平臺，加強流域綜合運行管理，整合共享水利行業(yè)各部門業(yè)務系統(tǒng)和流域機構、省級水利部門信息平臺。促進渭河生態(tài)區(qū)水文化水景觀旅游、沿渭生態(tài)觀光農業(yè)等各類水利資源信息最大化共享，打造更加及時、準確、有效的水利信息發(fā)布和互動交流公共服務平臺。為提高生態(tài)區(qū)水利工程運行效益，系統(tǒng)科學地進行流域水利防澇減災決策指揮、水資源保護和利用，水環(huán)境及水質監(jiān)測、蓄洪利用、工程防災減災預警，開展渭河生態(tài)區(qū)信息化建設框架研究十分必要。

渭河生態(tài)區(qū)現有的水利信息工程措施主要有：寶雞峽渠首引水樞紐至下游渭河潼關入黃口沿河兩岸布設的 2.5 BPS 環(huán)狀光纖網絡工程；渭河下游防洪、水情、雨情等信息化發(fā)布工程；基于北斗衛(wèi)星的渭河水資源監(jiān)測系統(tǒng)；渭河干流林家村、魏家堡、咸陽、臨潼、華縣等 7 處干支流常規(guī)水文要素監(jiān)測站點工程；渭河干流水情測報系統(tǒng)[4]。

1.2 信息化存在問題

多年來在全國水利信息系統(tǒng)頂層設計，統(tǒng)一標準及組織、技術構架，各有側重分級實施政策推動下，渭河流域水利信息建設取得了一定進展，目前主要存在以下幾個方面的重要問題：

1）缺乏總體架構設計，信息化建設仍然是在被動無序狀態(tài)下建設。主要表現為條塊分割、孤島叢生、低水平重復投資建設等問題普遍。河流沿岸水利信息化工程體系不完善，除干流水情測報系統(tǒng)獨立統(tǒng)一外，現有的干支流水污染、水質、沿岸縣（區(qū)）雨量等監(jiān)測數據均未實現流域統(tǒng)一共享管理。

2）重硬件和應用系統(tǒng)建設，輕數據分析和利用。水利信息化管理理念、措施落實，缺乏整套超前長遠的大數據信息化綜合服務系統(tǒng)。工程運行管理信息化建設、科學研究支撐體系、水文化建設、公眾參與流域管理的方式和制度建設等方面還很薄弱，需要進一步加強完善。

3）水利信息資源共享難度大，基本數據庫滯后，共享意識淡薄，已成為水利信息化建設的瓶頸，基層不同部門間開發(fā)軟件不統(tǒng)一，數據格式和標準不統(tǒng)一等造成省級數據共享困難。

4）水利信息化建設新技術、措施更新慢。當今社會科技進步日新月異，信息技術的發(fā)展更是突飛猛進，高新技術在信息化建設中的應用還相對較慢，水利信息化提升水平緩慢。

2 渭河生態(tài)區(qū)信息化建設思路

2.1 建設目標

在水利信息化建設頂層設計“五個一”的基礎上，明確“十三五”國家水利信息建設提供全方位、高效率、智能化的水利業(yè)務應用，提出渭河生態(tài)區(qū)信息化應融入國家信息化建設的新常態(tài)中。新技術“云大物移智”等將大規(guī)模應用，一場以云計算、大數據、物聯網、移動應用、智能控制技術為核心的“新 IT”浪潮風起云涌，新管理企業(yè)架構理論將得到廣泛認可，新重心數據應用將成為信息化建設的核心。以創(chuàng)新為主線指導信息化建設布局，以總體架構方法為指引加強整合，將移動應用、云計算、大數據和物聯網，以及數據分析應用為重心提升水利信息化應用層次，以治理機制完善為保障優(yōu)化管理水平[5]。信息空間安全提升到國家安全層面，“數字水利、智慧水利、云大物移智”等將大規(guī)模應用，大數據與云計算的融合將使其走入尋常百姓家，物聯網及智能管控技術將取得更深入的應用，構建渭河生態(tài)區(qū)信息化決策支持服務平臺，可保障智慧水利業(yè)務應用與事務管理的信息化建設目標[6]。

2.2 總體框架

在現狀渭河生態(tài)區(qū)水利信息化資源的基礎上，遵循建設目標及思路，融合省級水資源、水污染監(jiān)測及防汛指揮系統(tǒng)等已運行的信息模塊，采用現代信息技術手段加強運行維護管理，構建“天空地”一體化全天候、全天時、多用途渭河生態(tài)區(qū)監(jiān)測體系。融合廣電網、電信網、互聯網組建生態(tài)區(qū)三網全覆蓋的信息通信網絡，建立多源、多維、多尺度大數據云中心，建設包括文字、聲音、影像、視頻等信息形式的全媒體支撐平臺。設計開發(fā)服務于防洪抗旱、水資源管理、河道灘區(qū)水政、生態(tài)濕地保護、水景觀利用、沿河旅游發(fā)展等生態(tài)區(qū)全方位的業(yè)務應用系統(tǒng)。渭河生態(tài)區(qū)天空地數據采集處理構架示意圖如圖1所示，信息化建設框架如圖2所示。

3 渭河生態(tài)區(qū)信息化建設框架內容

3.1 全天候全天時天空地監(jiān)測體系

天空地監(jiān)測體系主要包括以下4 部分監(jiān)測：

1）微衛(wèi)星組網監(jiān)測。主要包括發(fā)射搭載光譜和雷達成像載荷的 3 顆微小衛(wèi)星，輔助于目前國內高分計劃的衛(wèi)星資源，實現渭河生態(tài)區(qū)全天候衛(wèi)星監(jiān)測。

圖1 渭河生態(tài)區(qū)天空地數據采集處理構架示意圖

圖2 渭河生態(tài)區(qū)信息化建設框架

2）低空無人機監(jiān)測。主要包括搭載真彩色和紅外等成像儀小型無人機 5 架套，用于實時現場視頻巡視監(jiān)控；搭載激光測量儀中型無人機 1 架套，用于真實三維數據采集。

3）地面移動監(jiān)測。主要包括各類車載視頻監(jiān)控、水政執(zhí)法單兵監(jiān)控、各類移動終端、民眾手機攝像等，可實現隨時隨地的全方位可視監(jiān)控。

4）地面站網監(jiān)測，主要包括已建和新建的各類水文觀測站網、重點工程場所立桿視頻監(jiān)控、重點地段景點瞭望塔式視頻監(jiān)控等。

基于渭河生態(tài)區(qū)天空地監(jiān)測體系研究，形成連接省、沿渭各市（區(qū)）縣的渭河水生態(tài)區(qū)域物聯及視連網絡。通過對渭河生態(tài)區(qū)需要采集及監(jiān)控的水情、旱情、水質、地下水、水土保持、水環(huán)境等監(jiān)控基礎設施的分析采集，對已建、在建、新建的防洪堤，排污口，灘區(qū)景觀公園，河道彩砂場，濕地水景觀，水文化景觀，綜合開發(fā)利用區(qū)域，以及影響渭河生態(tài)基流的重大水利工程等的運行監(jiān)控及視頻信息的完善與整理，建成實時、準確、高效的渭河生態(tài)區(qū)信息采集監(jiān)控體系。

3.2 三網融合全覆蓋信息通信網絡體系

在現有渭河流域水利信息通信網絡框架研究基礎上，新增沿渭河沿岸各市（區(qū)）縣延伸光纖傳輸網絡，引漢濟渭工程干線及輸配水工程通信網絡，渭河流域大中型灌區(qū)、支流入渭口濕地、水文化水景觀、文化旅游景點、體育休閑健身園區(qū)、農業(yè)生態(tài)觀光園等涉水工程通信網絡設施融匯結合，形成兩縱五橫的多鏈接渭河水生態(tài)區(qū)及省—市—縣的光纖通信寬帶傳輸骨干通信網絡鏈路，與規(guī)劃關中水系通信網絡協調。新建通信鏈路與現有水利通信鏈路融合，利用電信網、廣電網等現有的公眾網絡補充，提升水利信息化應用的廣度，共同組建連接省、關中市、縣各級的渭河流域三網融合的信息通信網絡，為業(yè)務應用、數據交換、視頻信息傳輸與語音通信提供高速公路。擬新增沿渭市（區(qū)）縣光纖傳輸網絡 1 批、網絡融合組網 1 批、計算多媒體網絡 1 處。

3.3 多源多維多尺度大數據云中心體系

利用天空地監(jiān)測數據，完善流域水文、區(qū)域三維、景觀真景、現場視頻等數據資源，組建全媒體數據存儲大數據云計算中心，實現傳統(tǒng)數據中心向智慧水利中心轉變，構建以數據庫為核心，服務與數據一體的渭河生態(tài)區(qū)云數據平臺[4]。數據資源中心由省數據中心和渭河流域沿線各市數據分中心的相關基礎信息庫、模型組件庫等數據庫共同構成，在渭河生態(tài)區(qū)信息匯集、存儲、備份、處理和服務的構成中發(fā)揮核心作用。通過數據中心及數據庫的建設，形成渭河生態(tài)區(qū)信息資源共享體系，實現信息資源的優(yōu)化配置，滿足業(yè)務應用多層次、目標的綜合信息服務需要。構筑數據和云計算中心各 1 處，三維及真景數據生產 2 批，信息挖掘開發(fā)和資源共享服務各 1 套，以及多源、多尺度、多維數據重建，天空地多源數據融合拼接，水資源環(huán)境變化檢測，渭河流域多維動態(tài)顯示等各 1 套。

3.4 文字聲音圖像視頻全媒體支撐平臺體系

建設渭河生態(tài)區(qū)三維地貌、景觀真景服務、通用視頻控制、全媒體數據交換、資源共享服務、歷史人文增強現實增值服務、3D 顯示與漫游等平臺各1 套。形成統(tǒng)一的應用服務支撐平臺，連接基礎設施和業(yè)務應用，以應用服務器、中間件技術為核心，實現資源的有效共享和業(yè)務應用的互連互通。另外為業(yè)務應用的功能實現提供技術支撐及多種服務和運行環(huán)境，成為實現業(yè)務應用之間，業(yè)務應用與其他平臺之間的信息交換、傳輸、共享的核心。

4 渭河生態(tài)區(qū)信息化全方位業(yè)務應用系統(tǒng)

4.1 綜合決策服務系統(tǒng)

在渭河生態(tài)區(qū)信息化總體框架研究的基礎上，形成服務于渭河生態(tài)區(qū)建設運行維護管理的區(qū)域綜合決策服務平臺。主要包括：

1）生態(tài)區(qū)防汛安瀾決策體系。以現代的管理理念和工作方式，實現對渭河生態(tài)區(qū)水系防洪減災從降雨、洪水預報，到工程調度和搶險救災等各個環(huán)節(jié)的科學化、標準化、智能化管理，充分考慮與引漢濟渭、東莊水庫、沿渭重要支流大型水庫等重點水利工程的聯合調度，與陜西省防汛抗旱指揮系統(tǒng)工程統(tǒng)一規(guī)劃建設。

2）智慧渭河生態(tài)工程。利用專用衛(wèi)星、遙感、地理信息系統(tǒng)和虛擬三維數字模擬等技術，建成覆蓋渭河流域的三維可視化數字防洪風險分析與錯峰調度系統(tǒng)，建立渭河洪水預報、洪水演進、災害評估的仿真模型，實現水雨情動態(tài)監(jiān)視、洪水淹沒虛擬再現，洪水演進模擬仿真、工程險情動態(tài)分析、洪水災害評估決策、防洪預案科學選比、防汛調度科學管理及流域生態(tài)區(qū)綜合管理服務，并進一步增強防汛決策、調度指揮的支持和快速反應能力。

3）水資源管理信息體系。建設以渭河生態(tài)區(qū)水系水雨情及取水、用水、耗水的實時監(jiān)測，水質、地表水量、地下水、水保生態(tài)的監(jiān)測，以及水資源調度、綜合管理等為核心的水資源調度管理信息體系，充分整合待建和已建的水資源監(jiān)測、重點水利等工程數據。通過建設渭河流域水網絡信息平臺，結合防汛抗旱、水保生態(tài)要求，實現沿岸各級水工程水資源統(tǒng)一管理，優(yōu)化調度。

4）水行政執(zhí)法信息體系。促進水行政執(zhí)法信息化資源共享，確保直接、全面、準確地掌握生態(tài)區(qū)水行政違法事件的動態(tài)監(jiān)督及公開公正履行水行政執(zhí)法職能。提高執(zhí)法管理工作效率，通過執(zhí)法案件的網上運行，保證水行政執(zhí)法的公平和透明。利用信息監(jiān)測手段提高水行政監(jiān)察執(zhí)法巡查效率。

4.2 綜合業(yè)務應用系統(tǒng)

渭河生態(tài)區(qū)綜合業(yè)務應用系統(tǒng)主要包括：

1）大數據決策支持服務。在天空地一體化數據獲取平臺基礎上，構建云存儲數據平臺，并通過云計算服務平臺進行數據挖掘與分析，并以 3D 可視化形態(tài)提供政務決策所需要的各種信息、數據和報告，以供科學決策，提高行政科學化水平。

2）電子政務管理體系。電子政務管理系統(tǒng)是通過對綜合辦公、水系規(guī)劃計劃、財務、人事人才、科技外事等各種信息資源的整合及相應應用系統(tǒng)的開發(fā)和建設，使水利行政各部門之間辦公信息交換更為快捷、高效，可加強監(jiān)管力度，提高機構辦公透明度，增強公眾服務能力。

3）多用途視頻會商體系。通過建設渭河生態(tài)區(qū)流域省市兩地視頻會商系統(tǒng)，實現對重大事件和突發(fā)狀況的視頻會商，滿足召開視頻會議的要求。

4）3D 顯示與漫游服務。將渭河規(guī)劃與真景融合，實現渭河規(guī)劃 3D 增強現實顯示與漫游服務，提高決策的民眾參與程度、宣傳和招商一體化。

5）水利信息公眾服務。水利信息公眾服務是針對公眾關心的渭河生態(tài)區(qū)各種數據提供的信息查詢、移動信息上報、重要信息提醒等服務。

6）生態(tài)景觀文化及共享服務。集生態(tài)區(qū)域濕地保護、景觀真景再顯、休閑娛樂信息、歷史文化傳承為一體，打造渭河生態(tài)區(qū)網上文化長廊。實現生態(tài)景觀文化資源共享服務，生態(tài)景觀及區(qū)域濕地保護、景觀真景再顯、實時景觀視頻共享，打造渭河生態(tài)區(qū)數字網絡共享服務。

7）歷史人文增強現實增值服務。將渭河歷史文化信息與生態(tài)區(qū)域濕地、景觀真景融合，集渭河歷史文化增強現實、休閑娛樂信息為一體，打造渭河生態(tài)區(qū)網上文化增值服務長廊。

4.3 安全保障環(huán)境體系

安全保障環(huán)境體系主要包括實體運行環(huán)境、信息化標準體系、安全保障、建設管理、運行管理、政策法規(guī)、運行維護資金和人才隊伍等。通過渭河生態(tài)區(qū)水利信息建設組建符合管理要求的實體運行環(huán)境，建立可靠的生態(tài)區(qū)運行信息化標準、安全體系，完善相關管理法律、法規(guī)及辦法，建設一支技術能力強、管理高效的生態(tài)區(qū)水利信息化人才隊伍，提高渭河生態(tài)區(qū)管理業(yè)務及對水利信息化管理的認識水平，為渭河水生態(tài)信息化管理提供保障。

5 結語

信息化建設中大數據與云計算的融合將使渭河生態(tài)區(qū)水利信息化應用走入尋常百姓家，通過構建“天空地”一體化全天候、全天時、多用途渭河生態(tài)區(qū)監(jiān)測體系，融合利用廣電網、電信網、互聯網組建生態(tài)區(qū)三網全覆蓋的信息通信網絡，建立多源、多維、多尺度大數據云中心，建設包括文字、聲音、影像、視頻等信息形式的全媒體支撐平臺。對開發(fā)服務于渭河生態(tài)區(qū)防洪抗旱、水資源管理、河道灘區(qū)水政、生態(tài)濕地保護及沿河旅游發(fā)展等全方位的業(yè)務應用系統(tǒng)，實現渭河生態(tài)區(qū)智慧水利，為渭河生態(tài)區(qū)洪暢、堤固、景美、岸綠、健康美麗運行提供保障和服務。實施渭河生態(tài)區(qū)綜合信息建設，能更準確、快捷地服務于生態(tài)區(qū)建設開發(fā)與保護，提出渭河生態(tài)區(qū)信息化建設框架研究，是促進渭河生態(tài)區(qū)水利信息現代化的重要措施，對生態(tài)區(qū)信息建設起到拋磚引玉的作用，是對渭河生態(tài)區(qū)未來信息化建設方案的一種探索和引導，可為開展渭河生態(tài)區(qū)信息化建設提供技術參照。

[1] 李家洋，劉三英，季萬才. 渭河生態(tài)區(qū)建設總體規(guī)劃[M].西安：陜西省水利廳，2016: 16-17.

[2] 艾蘋，吳禮福，陳子丹. 水利信息化頂層設計的基本思路與核心內容分析[J]. 水利信息化，2010 (4): 9-11.

[3] 中華人民共和國水利部. 全國水利信息化十三五規(guī)劃[R].北京：中華人民共和國水利部，2016: 90-93.

[4] 胡彥華. 現代水利信息科學發(fā)展研究[M]. 北京：科學出版社，2016: 136-137.

[5] 劉繼承. 十三五信息化應用規(guī)劃編制的建議[EB/OL]. [2016-07-15]. http://articles.e-works.net.cn/planning/ article123132.htm.

[6] 曾焱，王愛莉，黃藏青. 全國水利信息化發(fā)展十三五規(guī)劃關鍵問題的研究與思考[J]. 水利信息化，2015 (2): 14-16.

Research on framework of information construction in Weihe ecological zone

JI Wancai1,2
(1. Engineering Technology Research Center of Flood Control, Drought Relief and Disaster Reduction, the Ministry of Water Resources, Beijing 100038, China; 2. Weihe Comprehensive Management Office in Shaanxi, Shaanxi 710004, China)

It is an important measure to accelerate the construction of water resources informatization for water conservancy modernization construction. Water resources informatization has become an important means and technical support for flood control and drought relief, water resources management, ecological protection, water and soil conservation, water conservancy information resources sharing. According to requirements of new ideas of national water conservancy and development of water resources information in the 13th Five-Year period, and for ensuring the healthy development of Weihe ecological zone operation, the article puts forward research on the framework of informatization construction in Weihe ecological zone, with all-weather and all day long sky monitoring system as means, with the interconnection of full coverage of information communication network convergence as neuro, with large scale multi-source, multi dimension and multi cloud data center as center, with the sound, image and video media platform as the carrier, realizes a full range business application system of Weihe ecological area, carries all kinds of water information resources ecological zone, guarantees application and transaction management of wisdom water business, builds the information decision support service platform of Weihe ecological areas, improves the level of information management in Weihe ecological area.

ecological zone; informatization; architecture; service platform

TV39

A

1674-9405(2017)01-0067-06

10.19364/j.1674-9405.2017.01.016

2016-07-25

季萬才（1978-），男，陜西大荔人，高級工程師，主要從事水利工程前期工作管理。