大连智慧水务建设模式研究

刘征涛

(辽宁省葠窝水库管理局有限责任公司，辽宁 辽阳 )

随着信息技术的发展，大连水务系统得到了很大空间的提升，但还存在薄弱环节，如信息系统功能体系不完善、数据化资源不足、资源共享服务少、系统管理与维护滞后等，使得信息化业务未得到均衡发展，且水务系统有效整合不足，未能充分发挥作用。智慧水务是当前的新技术，能够深入采集、传输、存储、处理一系列的信息资源，对水务系统的管理功效有很大提升，能够更好地整合资源、自动决策等。为此，在大连水务中引入智慧水务，以水资源动态配置、三条红线动态监测、水利工程动态控制等为重点，建设监测网络、云数据库、综合云决策平台和应用系统为一体的智慧水务模式，实现大连水务智能化。

1 大连智慧水务建设目标

大连市智慧水务建设的总体目标是基于自然-社会二元水循环理念，充分运用物联网和云服务技术，通过构建立体感知体系、开发统一数据体系、开发智能应用体系、建设自动控制体系和建立支撑保障体系，实现大连市水务的“监测立体化、决策科学化、管理协同化、服务主动化和控制自动化”，为大连水务由粗放到精细、被动到主动、静态到动态、点到面、独立到协同、传统到现代等转变管理提供全面支撑。

建设的目标主要包括：“五大体系，‘三+二+六’大业务，四个形成，七个实现”。对区域监测实现全覆盖、数据资源全共享、业务管理全协同，最终实现对多类用户、多种业务、多级应用的人性化便捷服务。

1.1 五大体系

构建全面覆盖的立体感知体系、实用易用的智能应用体系、灵活实用的自动控制体系、面向对象的主动服务体系以及先进兼容的支撑保障体系。

监测包括自然水循环、社会水循环、水生态环境和工程安全等四大监测体系。自然水循环是一个多环节过程，其中降雨、径流及蒸发是最主要的3个环节。监测站点覆盖大连全市，并在主要河流及山洪易发、高发区加密布设。社会水循环监测覆盖社会水循环的各个环节，主要通过数据采集仪、无线网络、水质水压表等在线监测设备实时感知社会水循环过程，实现对所有水源地、重要水厂、所有输水排水管网、得到取水许可证的所有用水户、大型排水单位等的水量水质监测。水生态环境监测包括水功能区监测、河流监测、水生态环境保护与修复监测、水土保持监测、河口水质监测和应急监测等。对于水功能区监测，基本要实现100%的监测。对于河流监测，结合地表水功能区中部分河流监测，实现全市重要河流的干流及二级以上支流的水量水质监测等。工程安全监测要实现与自然水循环、社会水循环、水生态环境保护与修复相关的重要工程的监测。

1.2 “三+二+六”大业务

水务业务梳理为三大条块业务(防汛抗旱管理、水资源管理、水生态环境管理)、两大基础业务(水务信息监测和水务工程管理)以及六大支撑业务(水政监察、规划计划、科技教育、人力资源、财务管理和公共服务)。

1.3 四个形成

构建形成智慧水务的一个服务中心、一个数据中心、一个仿真决策系统、一个面向服务管理平台。

1.4 七个实现

从数据内容全覆盖、采集信息全掌握、数据资源全共享、数据传输全实时、业务管理全协同、应急联动全及时、应用操作全过程等7个方面，完成全方位实现。

2 智慧水务建设模式

大连市智慧水务建设目标的实现不是一蹴而就的过程，而是需要长期发展和持续完善、不断建设、改进、优化、整合。在智慧水务建设过程中，以信息资源开发为核心，以数据资源整合与共享为手段，以“云计算”“物联网”等信息技术为支撑，推动数据采集、传输、存储和交换共享的全面化、规范化和自动化、业务信息处理的自动化、历史资料的数字化、决策辅助智能化。建设模式由IaaS(基础设施)、PaaS(平台)、SaaS(软件)组成。

2.1 IaaS(基础设施)

IaaS层主要实现对基础设施的多技术架构整合及集中统一。在IaaS层，通过整合多种不同技术架构的软硬件产品，对整合后的资源池进行集中、统一的管理，规避单一技术风险，使其能够为大连市智慧水务提供透明和优质的底层服务，并能够满足上层软件即服务(SaaS)的设计需求，起到支撑上层“智慧”的基础性作用。另外，基于云计算技术构建的应用支撑平台能够实现原有软硬件资源的有效整合，较传统信息化技术能够更好的保护现有资产。

2.2 PaaS(平台)

大连智慧水务支撑保证体系基于平台即服务的设计框架，云数据中心将存储能力、计算能力等均以服务的形式提供给上层应用，实现了与基础支撑层的相对隔离，从而使上层应用的构建有了统一的平台环境，有利于资源整合和应用集成，这对于解决水务发展过程中遇到的信息孤岛、信息烟囱和业务隔离等问题具有重要作用。

2.3 SaaS(软件)

云服务能够方便地接入各种应用组件，最终以接口方式暴露给用户调用，同时通过统一门户、单点登陆、统一认证等技术手段，实现一个入口、多种服务、未来接入的系统也同样通过服务的注册实现，快速部署应用。智慧水务应用体系建设基于云计算的软件即服务(SaaS)进行设计，将大连市水务业务及事务通过不同的服务模块的形式建设，每个水务业务或事务根据自身的业务特点搭建符合自身需求的业务应用。该建设模式可以有效避免系统重复性建设，易于系统升级改造，从而实现系统的动态性。

3 智慧水务总体框架

3.1 总体框架

根据“监测立体化、服务主动化、资源整合化、决策科学化和控制自动化”的建设目标，大连市智慧水务总体框架由“立体感知体系、智慧应用体系、自动控制体系、主动服务体系和支撑保障体系”等五大体系组成，如图1所示。

3.2 功能架构

智慧水务以业务需求为导向，以物联网技术为支撑，建立以监测、仿真、诊断、预警、调度、处置、控制为一体的智能服务体系。构建的功能框架可为防洪、水资源、水环境、水生态四大业务领域实现管理服务，在日常状态和应急状态2种情况下实时动态反馈，全面支撑四大水务业务。如图2所示。

4 大连智慧水务建设内容

大连市智慧水务建设内容主要包括智能监控体系构建、智慧应用体系构建以及基础支撑体系构建等3个方面。

4.1 智能监控体系构建

完善、合理、有效的监控终端网是物联网技术在智慧水务规划中的集中体现，是支撑智慧水务智能应用等智慧特征的重要手段。并以扩大监控范围、提高监控精度为重点，达到“全面感知，自动控制”的目标。

智慧水务监控终端包括监测终端和自动控制终端两大部分。监测终端要实现地表、地下和遥感监测相结合，水量水质监测相结合，驻站监测和移动监测相结合的一体化立体监测技术，构建自然水循环监测体系、社会水循环监测体系、水生态环境监测体系和工程安全监测体系等四大监测体系，实现对二元水循环过程、与水相关的水生态环境以及工程安全等及时、全面、准确的监测，实现信息内容全覆盖、循环过程全贯穿、监测时间全天候的智能感知目标；自动控制终端要对水务工程设施进行全方位、多手段、多角度、多方法的自动控制，形成包括防洪、水源、城乡供水、城市排水和生态河湖等五大控制体系。

图1 城市智慧水务总体架构

图2 智慧水务功能架构

监测终端建设采用地面、地下、遥感等多种监测手段。地表水监测根据实际情况可通过布设雨量站、水文站等实现，也可以通过北斗卫星等遥感技术实现，地下水监测可通过布设地下水监测站等实现。另外，分别从自然水循环、社会水循环、水生态环境与水务工程运行管理等方面建设监测终端，没有涉及同一监测站点同时进行多项监测的分析。

4.2 智慧应用体系建设

通过水务业务的需求梳理，在水务局局机关每个处室设置一个应用，供领导进行决策和业务管理，主管业务的局属单位分别设置一个系统，如图3所示，应用体系架构共包括5层：门户层，为水务业务应用门户和水务公共信息门户；应用层和局机关处室层对应，其中水资源管理应用服务于水资源管理处、供水管理应用服务于供水管理处、农村水利应用服务于农村水利处，防汛抗旱指挥应用服务于市防汛抗旱指挥办公室，应急管理应用服务于安全监督处，水务电子政务应用服务于政策法规处、规划计划处、科技处、办公室、党委办公室；局属单位层和局属单位系统层对应，自来水集团管理系统服务于自来水集团有限公司，供水公司管理系统服务于供水有限公司，碧流河水库管理系统服务于碧流河水库管理局，城市供水管理系统服务于城市供水管理处，水土保持管理系统服务于水土保持办公室，水政监察管理系统服务于水政监察支队。

图3 大连智慧水务应用系统架构

图4 智慧水务基础支撑体系架构

4.3 基础支撑体系构建

建设统一数据体系，基于一数一源的原则，开发标准统一的数据资源体系，即数据中心，包括监测数据库、业务数据库、基础数据库、空间数据库、多媒体数据库等；传输网络体系，即网络中心，包括骨干网+几大局域网等；支撑平台体系(支撑存储服务、应用服务的软硬件环境)等支撑保障体系。如图4所示。

5 结语

城市智慧水务是水务管理工作的重大举措、是城市化发展道路上的新突破、是智慧城市建设的试金石。根据水务智慧化需求，建立各种体系，能及时掌握与城市发展关系紧密的水务动态，为智慧水务提供强大数据支撑，更有效地为城市水务管理部门服务和提供决策信息。但是，目前由于各行业领域系统是一个独立部门，各自为政，都有各自的一套运行模式，虽然智慧水务的建设能够将现有的资源整合、信息共享、管理统一，但是融入智慧水务平台后运行过程必然存在困难，大量的数据保密性是否能够得到保障是一项挑战。