基于DIKW體系的智慧水務建設規(guī)劃研究
——以武漢市洪山區(qū)為例

陳 鈺 蔣新宇

(武漢理工大學管理學院，湖北 武漢 430070)

0 引言

建設智慧城市是推動城市治理能力和治理體系現(xiàn)代化的重要手段。從2014年國家發(fā)改委聯(lián)合八個部門出臺《關于促進智慧城市健康發(fā)展的指號導意見》之后，各地都開始加快智慧城市建設步伐。智慧水務是智慧城市的重要組成部分，是對傳統(tǒng)水務行業(yè)的轉型升級，以新型信息技術應用提升水務信息化水平，以重點應用系統(tǒng)建設發(fā)揮信息化建設效益，實現(xiàn)水務管理的精細化、智慧化。智慧水務不僅能體現(xiàn)了城市水務管理的智慧化水平，還有利于城市運行資源的優(yōu)化配置、政府職能的提升和公共服務的完善。

智慧水務的建設是一個連續(xù)的、多維的過程，需要以系統(tǒng)的思維從整體上進行規(guī)劃。本文將信息學的DIKW體系引入智慧水務領域，從而將智慧水務的建設分解為連續(xù)的、多維的過程，即水務數(shù)據(jù)化、水務信息化、水務知識化以及最終的水務智慧化。在此基礎上，以武漢市洪山區(qū)為例，提出基于DIKW體系的智慧水務發(fā)展戰(zhàn)略，并以此發(fā)展戰(zhàn)略為指導，進一步探討智慧水務總體框架的設計。將DIKW體系引入智慧水務建設規(guī)劃有利于以學術性的理論正確理解和分析智慧水務與水務管理能力提升之間的關系，合理地規(guī)劃好智慧水務未來的建設。

1 DIKW體系與智慧水務建設

1.1 DIKW體系的闡釋

DIKW體系是美國著名管理學家Russell Ackof 提出的系統(tǒng)分析方法，“DIKW”分別代表的是系統(tǒng)分析的四個維度，即數(shù)據(jù)(Data)，信息(Information)，知識(Knowledge)和智慧(Wisdom)。DIKW體系刻畫了以數(shù)據(jù)為出發(fā)點，經過信息、知識的發(fā)展與演變從而產生智慧的過程。圖1顯示了DIKW與管理規(guī)劃金字塔之間的關系。在DIKW體系中，數(shù)據(jù)處于最底層，它對應于管理規(guī)劃金字塔的操作層。數(shù)據(jù)是事實的表層表達，通過對數(shù)據(jù)的操作，可以實現(xiàn)管理規(guī)劃的基本決策，即基于“數(shù)據(jù)”的決策；信息位于第二層，它與管理規(guī)劃金字塔的戰(zhàn)術層相對應。信息是對數(shù)據(jù)的處理與加工，是事實內在層面的表達，通過對信息的分析制定戰(zhàn)術層面的管理規(guī)劃，可以達到中等程度的決策，即基于“數(shù)據(jù)-信息”的決策；知識是對信息進行歸納、演繹得到的，它反映了信息之間的內在邏輯關聯(lián)，知識的合理利用可以制定戰(zhàn)略層面的管理規(guī)劃，從而做出較高程度的決策，即基于“數(shù)據(jù)-信息-知識”的決策；智慧位于DIKW體系的最高層，它是人類根據(jù)已有的知識形成的對事物發(fā)展的前瞻性的看法。智慧關心的是未來可能存在的狀況，通過對未來情況的預知制定創(chuàng)新性的管理規(guī)劃，最終能夠實現(xiàn)智慧的決策，即基于“數(shù)據(jù)-信息-知識-智慧”的決策。美國著名管理學家西蒙提出“管理就是決策”，基于DIKW體系的智慧化決策過程不僅是信息學在管理規(guī)劃上的應用，同時也是管理思想的一種創(chuàng)新。

圖1 DIKW與管理規(guī)劃金字塔

1.2 智慧水務的DIKW視角

水務系統(tǒng)是一個復雜的、多維的系統(tǒng)，實現(xiàn)水務智慧化的過程也不是一蹴而就的，需要我們按照相關理論逐步進行，因此本文基于DIKW體系，從系統(tǒng)的、多維的角度探討實現(xiàn)水務智慧化的途徑。在DIKW體系下，水務數(shù)據(jù)指的是智慧水務監(jiān)測系統(tǒng)獲得的數(shù)據(jù)本身，是實現(xiàn)綜合決策和公共服務的原始資料。水務信息則是對水務數(shù)據(jù)進行整合、加工、處理、分析以及可視化后呈現(xiàn)出來的結果，它反映了水務數(shù)據(jù)中潛在的、隱藏的信息。水務知識在水務信息的基礎上更進了一步，它是經過了歸納總結，提煉認知后的信息的集合，反映了水務信息之間的聯(lián)系，是對水務信息內在的、抽象的、邏輯上的推理和演繹。水務智慧是基于DIKW體系的水務系統(tǒng)建設的終極目標，如果說數(shù)據(jù)、信息、知識是對過去或者現(xiàn)有數(shù)據(jù)的應用，那么智慧就是對未來情況的一種預測，水務系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)關聯(lián)、統(tǒng)計分析等基本技術，融入水務模型庫、專家?guī)?、知識圖譜庫等人工智能技術，通過整合分析過去的信息知識，提供出面向未來的信息，輔助決策者基于信息知識的理解做出決策。

DIKW體系不僅是信息產生與發(fā)展的過程，同時也是多維決策過程，相較于傳統(tǒng)的基于直覺、經驗、行為的決策，其決策過程更加科學、更加實際。在DIKW體系下，以進一步提高水務一體化管理能力，提升水務系統(tǒng)智慧決策能力為目標，充分利用數(shù)據(jù)資源，通過水務數(shù)據(jù)的精準采集，水務信息的加工處理，水務知識的抽象提煉，最后歸結于水務智慧化的實現(xiàn)。在此過程中，充分挖掘水務數(shù)據(jù)的內在聯(lián)系和業(yè)務價值，構建數(shù)據(jù)支撐的智慧水務平臺，以此為決策依據(jù)，推動傳統(tǒng)粗放式管理向規(guī)范化、精細化和智能化管理轉變。

2 基于DIKW體系的智慧水務發(fā)展戰(zhàn)略

結合智慧水務發(fā)展要求與DIKW體系，文章提出了“一體兩用四步走”的智慧水務發(fā)展戰(zhàn)略。一體，即構建科學合理的智慧水務體系。兩用，即對內用以提高水務業(yè)務水平，對外用以擴展水務工作的正外部性。四步走，即逐步實現(xiàn)水務工作的數(shù)據(jù)化、信息化、知識化、智慧化過程。其中一體是智慧水務發(fā)展戰(zhàn)略的主體，是整個智慧水務需要建設的體系；兩用是智慧水務發(fā)展的目標，通過智慧水務的建設既加強了水務業(yè)務管理能力，又將提升城市的智慧化水平；四步走是智慧水務發(fā)展的具體策略，是落實智慧水務發(fā)展的關鍵所在?！耙惑w兩用四步走”的發(fā)展戰(zhàn)略從系統(tǒng)思維、邏輯思維的角度探討了智慧水務的發(fā)展模式，并以武漢市洪山區(qū)為例提出具體的實現(xiàn)步驟，為智慧水務的建設提供整體上的參考。

2.1 數(shù)據(jù)化

大體來看，我國大多數(shù)水務部門的信息化建設正在從數(shù)字化水務階段、信息化水務階段向智慧化水務階段邁進。數(shù)據(jù)化建設的基本邏輯和已有的經驗都共同表明，基礎設施和平臺建設是數(shù)據(jù)化建設的基礎條件，因此，數(shù)據(jù)化建設的首要任務是發(fā)展和完善數(shù)字化的基礎設施，構建數(shù)字化的大數(shù)據(jù)平臺。

以武漢市洪山區(qū)為例，數(shù)據(jù)化的建設主要體現(xiàn)在結合智慧水務規(guī)劃的數(shù)據(jù)需求，實現(xiàn)與防洪排澇、水資源、水生態(tài)環(huán)境、河長制、水土保持等領域相關的智慧水務基礎數(shù)據(jù)、智能感知數(shù)據(jù)、業(yè)務過程數(shù)據(jù)以及行業(yè)內外數(shù)據(jù)的全面匯集、深度融合和統(tǒng)一存儲，為洪山區(qū)各部門、各街道及鄉(xiāng)鎮(zhèn)開展基于大數(shù)據(jù)的水務治理和社會服務提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 信息化

在完善水務數(shù)據(jù)化階段建設的同時，應兼顧信息化發(fā)展需求，制定“水務基礎設施基本完善、水務基礎設施智能化管理”的水務信息化綜合體系，構建信息化平臺。智慧水務信息化發(fā)展戰(zhàn)略將有利于通過重點應用系統(tǒng)發(fā)揮信息化建設效益，為水務管理的精細化、智慧化提供信息化技術支撐。

以武漢市洪山區(qū)為例，信息化的建設包括對現(xiàn)有設施進行升級與改造，升級改造網絡核心設備，增強資源動態(tài)調配能力，構建覆蓋各級水行政主管部門、各類水務工程管理單位、相關涉水單位全面互聯(lián)互通的信息化決策支持體系平臺，全面建成適應智慧水務業(yè)務動態(tài)變化的泛在互聯(lián)的智能水務信息化決策支持體系，為實現(xiàn)洪山區(qū)水務和湖泊局水資源信息化管理提供戰(zhàn)術指導。

2.3 知識化

水務知識化是沉淀水務信息結構化后形成的產物。智慧水務知識化階段，以實現(xiàn)水務知識化為主，同時加強信息化建設，形成“信息資源深度挖掘、業(yè)務應用科學管理”的水務知識化應用體系，為智慧化建設奠定良好基礎。

以武漢市洪山區(qū)為例，知識化發(fā)展是采用大數(shù)據(jù)分析技術，將基礎平臺和各個應用的服務、消息、數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成適配以及編排，應用于防洪排澇管理、水務工程管理及水資源管理等水務業(yè)務方面，為洪山區(qū)水務和湖泊局各類信息化應用提供高效、準確的數(shù)據(jù)分析及可視化服務，包括業(yè)務分析服務、空間分析服務、綜合分析服務和可視化服務，支撐洪山區(qū)水務新業(yè)務的快速開發(fā)部署，提升水資源管理效率，為水資源管理業(yè)務決策提供戰(zhàn)略指導。

2.4 智慧化

水務智慧化階段，以智慧化建設為主，以水務知識化促進水務管理智能化，實現(xiàn)智能應用技術與水務管理服務的深度融合，真正實現(xiàn)“智慧水務”的建設與應用。智慧化的建設是智慧水務平臺不斷進化的催化劑，通過應用接口為上層水務業(yè)務應用提供模型、算法等基礎能力，實現(xiàn)對預測預報、工程調度、輔助決策、迭代優(yōu)化等智慧水務核心功能的關鍵支撐。

以武漢市洪山區(qū)為例，借助互聯(lián)網、物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)分析等技術手段在供水管理、防洪排澇、水生態(tài)管理等領域建立智慧決策體系，構建案例庫、模型庫、專家?guī)斓?，通過對感知使能庫、水務模型庫、學習算法庫、知識圖譜庫等的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)物-事-人之間、時間-空間-管理之間的關聯(lián)關系，為洪山區(qū)水務管理提供業(yè)務多維度分析、歷史相似分析及事件發(fā)展趨勢分析等，實現(xiàn)智慧水務決策方法的創(chuàng)新。

3 基于DIKW體系的智慧水務總體框架

基于上述發(fā)展戰(zhàn)略，智慧水務總體框架設計如圖2所示。

智慧水務總體框架主要由基礎感知層、基礎設施層、應用支撐層、業(yè)務應用層這四部分構成。數(shù)據(jù)化建設是構建智慧水務總體框架的基礎，而基礎感知層和基礎設施層是數(shù)據(jù)化建設的主要任務。

首先，基礎感知層的建設需采用并合理布設監(jiān)測感知設備，如智能儀器、智能儀表、智能傳感器、智能攝像頭、手持設備等智能設備，并采用水務物聯(lián)網技術，全面實現(xiàn)對水位、雨量、流量、水質等信息的自動化采集。

其次，基礎設施層包括：基礎軟硬件環(huán)境、數(shù)據(jù)傳輸網絡、云平臺的構建?；A軟硬件環(huán)境設計的目標主要是整合現(xiàn)有資源，完成現(xiàn)有服務器和存儲設備虛擬化，初步搭建起計算資源池、存儲資源池和網絡資源池。數(shù)據(jù)傳輸網絡的設計主要實現(xiàn)水務系統(tǒng)內、外部物聯(lián)網的互聯(lián)互通。依托相關水務系統(tǒng)，構建智慧水務大數(shù)據(jù)云平臺，實現(xiàn)水務數(shù)據(jù)資源的匯聚、存儲、加工、管理、共享以及數(shù)據(jù)服務的統(tǒng)一部署，將數(shù)據(jù)管理工作納入統(tǒng)一的自動化管理體系，同時降低系統(tǒng)管理成本。

圖2 智慧水務總體框架

應用支撐平臺層是承接數(shù)據(jù)層與上層業(yè)務應用之間的重要紐帶，為各應用層面決策提供數(shù)據(jù)分析支撐。應用支撐平臺的建設包括信息化支撐平臺、知識化支撐平臺、智慧化支撐平臺三個階段。其中，信息化應用支撐平臺包括數(shù)據(jù)關聯(lián)、統(tǒng)計分析、查詢顯示、信息共享、語音交互、圖像識別、視頻分析、GIS可視化等應用組件。信息化應用支撐平臺建設通過大數(shù)據(jù)技術，在將這些數(shù)據(jù)資源進行采集、分析的基礎上，抽取集合業(yè)務決策需求的有價值的信息，建設集中管理和充分共享的信息資源庫，實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)互通和協(xié)同應用，充分發(fā)揮水務信息化資產的合力，服務水務管理工作。

知識化應用支撐平臺能夠為水務業(yè)務管理提供硬性的、定制的服務，然而無法滿足水務系統(tǒng)復雜多變的管理需求，因此需要在完善信息化平臺建設的基礎上，不斷運用與創(chuàng)新知識來改造傳統(tǒng)的水務管理架構，構建知識化應用支撐平臺。知識化應用支撐平臺的建設包括水務智能物聯(lián)管護、基礎支撐服務、統(tǒng)一管理支撐服務、統(tǒng)一地圖服務、遙感應用、圖像識別與視頻分析等服務組件的建設，并基于這些組件開發(fā)水務業(yè)務管理的知識化應用。同時，大力培養(yǎng)信息人才，完善知識服務，加速建設水務知識化應用支撐平臺。

智慧化應用支撐平臺建設主要的特點是提供能夠反映事物發(fā)展趨勢的、面向未來的水務信息知識空間，基于大數(shù)據(jù)、云計算等人工智能技術，構建非結構化數(shù)據(jù)分析、知識圖譜、模型算法、深度學習、智能語音交互等功能組件，充分挖掘潛在的信息需求，主動地為決策者提供水務信息的跟蹤與預測服務；此外，能夠為決策者搭建多維的交互系統(tǒng)，促進業(yè)務部門之間、決策者與水務系統(tǒng)之間的交流更加廣泛深入，實現(xiàn)信息知識共享。智慧化應用支撐平臺的建設是智慧水務平臺建設的最后一個階段，也是最重要的一個階段，該階段的建設不僅需要信息技術的創(chuàng)新性使用，也需要在管理思維層面實現(xiàn)創(chuàng)新性變革，從而達到真正的智慧化狀態(tài)。

對武漢市洪山區(qū)智慧水務總體框架的設計進行研究發(fā)現(xiàn)，智慧水務總體框架的構建以完善基礎感知設施建設、打造全方位和立體化的物聯(lián)網感知體系為開端。接著，通過對基礎軟硬件環(huán)境進行改造升級，構建涵蓋通信網絡和計算存儲資源的集約化智慧水務支撐體系，為洪山區(qū)智慧水務建設統(tǒng)一提供計算、存儲、網絡、物聯(lián)感知等資源服務。其次，借助互聯(lián)網、物聯(lián)網、云計算、大數(shù)據(jù)分析等技術手段在水務管理領域建立信息化、知識化、智慧化應用支撐平臺，為洪山區(qū)水務管理智慧決策提供應用支撐。然后，基于以上建設，打造精準治理、智慧決策的綜合決策系統(tǒng)和水務公眾服務系統(tǒng)兩大業(yè)務應用平臺，逐步形成洪山區(qū)完善的智慧水務精準治理服務體系。最后，在智慧水務總體框架構建過程中，要建立并貫徹“防御、監(jiān)測、預警、治理、評估”五位一體的信息安全保障體系和滿足智慧水務建設需求的標準規(guī)范體系，保障洪山區(qū)水務系統(tǒng)安全、平穩(wěn)運行，也為水務管理提供技術標準和評價指標。

4 結語

智慧水務建設是我國智慧城市建設的重要組成部分，推動智慧水務建設的更進一步發(fā)展不僅是現(xiàn)在，也是實現(xiàn)未來發(fā)展的必要條件。本研究探索性地將信息學中的DIKW體系與智慧水務建設相結合，并以武漢市洪山區(qū)為例，提出基于DIKW體系的智慧水務發(fā)展戰(zhàn)略與總體框架，探討智慧水務的發(fā)展模式及實現(xiàn)步驟。然而，水務系統(tǒng)是復雜多變的，對于建設過程中可能發(fā)生的情況并沒有先例支撐，因此，需根據(jù)實際情況動態(tài)地調整建設規(guī)劃。文章有助于從DIKW視角分析智慧水務建設的過程，并根據(jù)學術性的研究與探討清晰劃分智慧水務各建設階段的主要內容，從宏觀角度為高效地實現(xiàn)水資源管理提供指導。