深度 | 智慧水利現狀分析及建設初步設想
當前，新一代信息技術與經濟社會的深度融合，深刻改變著政府社會管理和公共服務的方式。黨的十九大報告強調要建設網絡強國、數字中國、智慧社會。全國水利廳局長會議明確，全面加快智慧水利建設，大力推進水利科技創新。
為進一步提升水利信息化水平，推動智慧水利建設，水利部參事咨詢委員會會同水利部規劃計劃司、水利部信息中心等單位組成調研組，對智慧水利進行了專題調研。《智慧水利專題調研報告》從智慧社會的發展狀況、推動智慧水利的基礎及存在的問題，以及關于智慧水利建設的初步設想等方面進行了論述。
新一輪信息化浪潮正席卷全球，新一代信息技術與經濟社會深度融合，智慧城市、智慧社區、智能電網、智慧交通、智慧醫療等在發達地區和相關行業得到應用，深刻改變著政府社會管理和公共服務的方式。
1.智慧社會理念的提出與發展
智慧社會在云計算、物聯網、大數據、移動互聯網、人工智能等新一代信息技術的支撐下，通過全面感知、識別、模擬和預測社會態勢，輔助政府和企業進行精細管理、快速響應、協同調度、科學決策，進而提供人性化服務，讓經濟社會發展更高效、更集約、更智能。智慧社會的理念由IBM公司于2008年首先提出，次年該公司推出的《智慧地球贏在中國》計劃書重點提出了“智慧城市”“智慧交通”“智慧電力”“智慧醫療”和“智慧銀行”等方案。
2010年，科技部立項開展智慧城市建設關鍵技術研究，并將深圳和武漢作為全國智慧城市建設試點。2011年，浙江省在全省范圍內開展智慧城市建設試點。2012年，住建部開始推動智慧城市試點建設。2013年，國家測繪地理信息局開展智慧城市時空信息云平臺的建設及試點。2014年8月，國家發展改革委等八部委聯合印發《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》，從國家層面統籌推進智慧城市建設。從2015年開始，國家發展改革委、中央網信辦牽頭，會同國家標準委、工業和信息化部、水利部等25個相關部門成立了智慧城市建設部級協調工作組，共同加快推進智慧城市建設，并在“十三五”期間推進100個示范性智慧城市建設。
智慧城市
在智慧城市建設的過程中，結合行業信息化推進實踐，交通、電力、衛生等行業紛紛提出智慧交通、智能電網、智慧醫療等概念，并積極探索和推進。
習近平總書記在黨的十九大報告中特別強調要建設網絡強國、數字中國、智慧社會，把智慧社會作為建設創新型國家的重要內容，從頂層設計的角度，為經濟發展、公共服務、社會治理提出了全新要求和目標,為智慧社會建設指明了方向。智慧水利是智慧社會建設的重要組成部分，應按照黨的十九大精神和習近平總書記的要求，找準短板、把握方向、大力推進。
2.智慧社會的主要特征
一是透徹感知。透徹感知是智慧社會的“感官”，通過全方位、全對象、全指標的監測，為社會管理與公共服務提供多種類、精細化的數據支撐，是實現智慧社會的前提和基礎。透徹感知既需要傳統監測手段，也需要物聯網、衛星遙感、無人機、視頻監控、智能手機等新技術的應用；既需要采集行業內的主要特征指標，也需要采集與該行業相關的環境、狀態、位置等數據。
二是全面互聯。全面互聯是智慧社會的“神經網絡”，實現感知對象和各級平臺之間的互聯互通，關鍵在于廣覆蓋、大容量，為隨時、隨地的應用提供網絡條件。全面互聯不僅需要光纖、微波等傳統通信技術的支撐，也需要物聯網、移動互聯網、衛星通信、WiFi等現代技術的應用。
三是深度整合。深度整合是智慧應用的基本要求。不僅包括數據和業務的整合，還包括通過云計算技術等實現基礎設施整合，關鍵是讓分散的基礎設施、數據和應用形成合力。
四是廣泛共享。廣泛共享是智慧社會實現管理與服務高效便捷的關鍵，通過各類數據的全參與、全交換，實現對感知數據的共用、復用和再生，為隨需、隨想的應用提供豐富的數據支撐。廣泛共享既需要行業內不同專業數據的共享，也需要相關行業不同種類數據的共享，豐富數據源，為大數據技術的應用提供支撐。不僅財政資金支持的數據必須共享，而且要廣泛應用社會不同渠道的數據。
五是智能應用。智能應用是智慧社會的“智慧”體現，關鍵在于對新型識別技術、大數據、云計算、物聯網、人工智能、移動互聯網等新技術的運用，對各類調控、管理對象和服務對象的行為現象進行識別、模擬、預測預判和快速響應，推動政府監管更高效、社會管理更精準、調度運行更科學、應急處置更快捷、便民服務更友好。
水利部門汛期進行視頻會商
六是泛在服務。泛在服務是智慧社會的重要落腳點，將智能系統的建設成果形成服務能力和產品，關鍵是人性化、便捷化、個性化。各行業的泛在服務在與用戶互動方面的要求基本一致，但也各有特點，面向公眾服務的應用主要是要求便捷易用，面向政府管理提供服務的應用重點是要求決策支持。
3.智慧社會建設的經驗和做法
一是領導高度重視。智慧社會建設涉及方方面面、多個層級，經驗表明，智慧社會抓得好的地區和行業，都得益于一把手的親自推動、協調、督辦。
二是突出頂層設計。智慧社會建設一般以行政區、行業為單元，是一個龐大而復雜的系統工程，需要做好頂層設計，明確智慧社會建設的目標，統籌考慮政府監管、社會管理、調度運行、應急處置、便民服務等工作，并突出各行業的重點領域和關注點。
三是推動全面共享。為滿足智慧城市對信息共享的要求，上海、浙江、廣東等地方政府明文規定，凡由財政支持的項目，產生的數據必須在部門間共享。國家電網公司等企業則通過制定數據聯通標準和廣泛合作打通信息來源，推動信息共享。
四是強調技術先進。由于智慧社會涉及的數據和業務快速增長，信息技術發展日新月異，以及信息基礎設施后續改造提升的困難較大，因此在建設中盡可能采用先進技術，并適度考慮超前部署，為技術進步、功能擴展和性能提升預留發展空間。
五是集中建設投入。重視資金投入，擴大投資來源，針對信息技術升級換代快的特點，集中投入、集中建設，盡快見效。
水利部黨組歷來高度重視水利信息化建設，提出了以水利信息化帶動水利現代化的總體要求。多年來，水利信息化建設取得了很大成就，為智慧水利建設奠定了堅實基礎，但智慧水利建設與發達地區的智慧城市建設和相關行業的智慧行業建設還有較大差距，與支撐水利現代化的要求還有較大差距。2017年2月，陳雷部長在水利部科技委年會上提出要推動傳統水利向現代水利、智慧水利轉變，智慧水利建設已成為水利現代化的重要標志之一。
1.智慧水利建設的必要性
一是體現在水利改革發展的需求上。水利的主要管理對象是江河湖泊以及為防汛抗旱、水資源開發利用等建設的水利基礎設施，服務對象是經濟社會。我國地域廣闊，水系多而復雜，水利工程點多、面廣、量大、種類多，經濟社會發展對江河安瀾和水利工程安全高效運行要求很高。傳統水利已經難以滿足新時代經濟社會發展提出的專業化、精細化、智能化管理要求，水利必須以流域為單元、以江河水系為經絡、以水利工程為節點，通過智慧水利構建起現代水利基礎設施網絡平臺，滿足新時代經濟社會發展新要求。
二是體現在與智慧城市、智慧行業建設的差距上。水利信息化建設雖然已經取得一定成效，為各項水利工作提供了重要支撐，但是與智慧城市、智慧交通、智慧電力等相比仍具有很大差距。差距不僅表現在對信息技術應用的范圍和水平上，還表現在對大數據、云計算、物聯網、移動通訊等新一代信息技術的認知上，更重要的是表現在對傳統水利向智慧水利轉變必要性、重要性的認識上，需要奮起直追，彎道超車，迎頭趕上。
三是體現在中央的要求上。習近平總書記在黨的十九大報告中明確提出要建設科技強國、質量強國、網絡強國、數字中國、智慧社會，向全黨全國指明了建設創新型國家的發展方向。智慧水利建設是智慧社會建設的重要組成部分，要按照中央的統一要求，大力推動科技創新，大力推進新一代信息技術在水利行業的廣泛應用，構建江河水系和水利基礎設施的現代化網絡體系，通過智慧水利建設提高國家防洪安全、供水安全、糧食安全、生態安全的保障水平。
2.智慧水利建設已具有較好的基礎
一是開展了規劃工作。2003年，水利部正式印發了《全國水利信息化規劃（“金水工程”規劃）》，成為第一部全國水利信息化規劃。從“十一五”開始，水利信息化發展五年規劃成為全國水利改革發展五年規劃重要的專項規劃，均對水利信息化建設作出安排。
此外，還印發了《水利信息化頂層設計》《水利信息化資源整合共享頂層設計》《水利網絡安全頂層設計》以及防汛抗旱、水資源管理、水土保持、農村水利等方面的技術指導文件，發揮了水利信息化發展的指導和引領作用。
二是基礎設施已初具規模。截至2016年年底，綜合信息采集體系初步形成,水雨情、工情等各類信息采集點超過20萬處，自動采集率達到80%以上。網絡通信保障能力明顯提高，全部省級、95%地市級、76%縣級水利部門實現了業務網聯通，新一代水利衛星通信網的衛星小站擴充到810個。
計算存儲方面，初步建成了水利部基礎設施云，并搭建了“異地三中心”的水利數據災備總體布局，省級以上水利部門配置各類服務器近6000套，存儲能力近3PB。建立了水利視頻會商系統，實現了流域機構、省市縣三級地方水利部門基本覆蓋，已成為防汛抗旱、建設管理、水資源調度的重要平臺。
三是業務應用深入推進。水利信息資源開發利用有效推進，建成數據庫990個、積累數據量近1PB，特別是第一次全國水利普查收集了9900多萬個普查對象、約4億項數據。依托水利信息化重點工程建設，擴大了信息化范圍，完善了業務應用，促進業務水平大幅度提升，并不斷向基層水利部門延伸。
例如，通過國家防汛抗旱指揮系統工程、山洪災害預警系統等項目建成了近10萬個水雨情測報站點，形成覆蓋全國的水雨情、工情、旱情信息采集系統，建成了信息的采集、存儲、傳輸和處理技術支撐體系，為防汛抗旱信息管理、預報調度、決策會商提供了有力支撐。
國家水資源管理系統對國控取用水監測點、國家重要飲用水水源地、重要省界水質斷面、重要省界水量斷面實現了監測和自動傳輸，初步支撐了最嚴格水資源管理和“三條紅線”考核。
此外，還建設了全國水土保持監測網絡與管理信息系統、全國農村水利管理系統、全國水庫移民管理信息系統、電子政務系統等。
四是大數據、云計算等新技術已開始應用。水利部搭建了基礎設施云，實現計算、存儲資源的池化管理和按需的彈性服務，有力支撐了國家防汛抗旱指揮系統、國家水資源監控能力建設、水利財務管理信息系統等13個項目的快速部署和應用交付。
黃委對云計算、大數據應用進行了初步探索，實現了圍繞突發事件對水情、工情和位置等信息的自動定位和展現。江蘇無錫水利部門利用物聯網技術,對太湖水質、藍藻、湖泛等進行智能感知，實現藍藻打撈、運輸車船智能調度。浙江水利部門在舟山應用大數據、“互聯網+”，通過公共通信部門提供的手機實時位置信息，及時掌握臺風防御區的人員動態情況，結合氣象部門的臺風路徑、影響范圍等信息進行分析后，自動通過短信等方式最大范圍地發布預警和提醒信息。
太湖藍藻感知和智能打撈車船調度
五是各地在智慧水利建設方面進行了有益探索。為推動數字水利向智慧水利轉變，近年水利部積極參與促進智慧城市健康發展相關工作，作為新型智慧城市部際聯絡工作組成員單位，積極推進水利行業智慧水利建設，在浙江臺州開展的智慧水務試點工作已初具成效。
全國一些流域、地方也陸續開展了一些局部性、試點性的智慧水利建設。太湖局利用水文、氣象和衛星遙感等信息和模型對湖區水域岸線和藍藻進行監測，提升了引江濟太工程調度等工作的預判性。上海市構建了覆蓋全市的雨情自動測報、積水自動監測采集網，與氣象、市政、公安、交通、環保等部門形成防汛防臺應急指揮聯動調度。江蘇省作為水利部數據整合共享試點省份,完成了廳機關和廳直屬單位的基礎設施和數據整合。江西省水利廳出臺《江西省智慧水利建設行動計劃》，依托智慧撫河信息化工程等項目建設積極開展智慧水利建設。
3.智慧水利建設與智慧社會要求還有較大差距
一是全面感知不夠。目前，各類水利設施的監測遠未做到全面感知。例如，水庫安全監測方面，僅有73%的大型水庫建立了工程安全監測設施和數據自動采集系統，多數中型水庫和幾乎所有小型水庫都沒有安全監測設施，大部分小型水庫甚至沒有水情監測報汛設備。感知技術手段也存在較大差距，自動化水平不高。
二是全面互聯差距大。首先是網絡覆蓋面小。還有24%的縣級水利部門不能直接連接水利業務網，縣級以下水利單位僅有6個省區通達鄉鎮級水利站，基層水利部門無法使用水利信息系統。其次是網絡通道窄。由于帶寬限制，許多寶貴的數據無法及時傳輸。再次是上下左右聯通不暢。集中體現在工程控制系統隔離在各個工程管理單位，不同工程的業務系統信息共享和業務協同困難。
三是基礎支撐不足。主要體現在機房總體規模小而分散，計算存儲能力不足，基礎支撐軟硬件薄弱。
四是共享不足。內部專業部門之間的信息共享不足，外部與環保、交通、國土等部門的相關數據還不能做到部門間共享。
五是智能應用不夠。對于新一代信息技術的應用，水利行業總體上還處于初級階段。大數據、人工智能、虛擬現實等技術尚未得到廣泛應用、智慧功能尚未得到充分顯現。
六是認識不到位。很多基層水利單位對智慧水利建設目標不清晰、任務不明確、效果不確定，存在畏難情緒。
在各地政府和相關行業通過智慧社會建設全面推動社會治理體系和治理能力的現代化背景下，水利部黨組把智慧水利建設作為水利現代化新的著力點，無疑是十分正確的，必將推動新一代信息技術在水利行業的廣泛應用，通過新一代信息技術系統解決水利信息化中的碎片化和信息孤島問題，在智慧水利層面上全面提升新時代水治理體系和水治理能力的現代化水平。
1.智慧水利建設目標的確定
智慧水利建設首先必須科學確定目標，而目標的確定必須與水利實際相結合。水利管理的主要對象是江河湖泊、水資源、水利工程、水旱災害以及各類涉水主體等，涉及國家防洪安全、供水安全、糧食安全和生態安全，因此，智慧水利建設應圍繞水利中心工作，總體目標應聚焦在政府監管、江河調度、工程運行、應急處置、便民服務等方面，構建全國江河水系、水利基礎設施體系、管理運行體系三位一體的網絡大平臺，建設各層級、各專業和相關行業的大數據，以及建立業務支撐、決策支持、公共服務的大系統，清晰描述智慧水利建設的藍圖。
2.關于頂層設計的考慮
水利是一個大系統，按照《水法》的規定，在管理層級上涉及中央、流域機構和地方，在專業上涉及防汛抗旱、工程建設與運行、水資源管理、河湖保護、農田水利、水土保持等方方面面，在智慧水利建設上要統籌中央和地方，統籌各個專業領域，防止碎片化。因此，智慧水利建設要做好頂層設計，統一規劃、統一標準、統一要求。
統一規劃就是把智慧水利作為一個有機整體通盤考慮，從層級上既要考慮智慧機關，又要考慮智慧流域，還要考慮區域智慧水利，專業實現統籌兼顧。
統一標準就是統一制定設施設備、系統接口、信息資源等標準，從根本上解決設備通信困難、信息編碼不一致、功能接口不能互操作等問題，支撐全面互聯。
統一要求就是按照水利部確定的智慧水利建設目標和總體方案，根據中央和地方事權劃分，各負其責、整體推進。
3.智慧水利建設的重點
水利在信息化、數字化建設中存在諸多方面的薄弱環節，需要作為智慧水利建設的重點，強力推進。
一是全面提升感知能力。
①建設河流湖泊全面監測網格。在現有水文監測站網基礎上，對流域面積100km2的22909條河流、1km2以上的2865個湖泊進行全面監測，力爭覆蓋流域面積50km2以上的45203條河流，全面提升防汛抗旱預警預報水平和江河湖泊日常監管能力。
②建立水資源管理全面感知網絡。在水資源監控能力建設項目、國家地下水監測工程等項目的基礎上，對重要水源地、規模以上取用水戶、規模以上入河排污口、行政區界河流斷面進行水量、水質監測。
③建設水利工程運行管理監測感知網。對水庫、重要堤防、重要閘壩（節制閘）、規模以上泵站、大中型灌區、引調水等水利工程進行全面感知。
④建設水生態環境感知網絡。對建有水利工程的江河生態流量、國家重要水功能區、水土保持重點治理區等進行生態監測。
⑤加強感知能力建設。在已有的地面監測站網基礎上，充分利用物聯網、衛星遙感、無人機、視頻監控等技術和手段，構建天地一體化監測體系，提高感知能力和技術水平。
無人機進行河流監測
二是全面加強互聯互通。從目前水利信息化的發展狀況看，網絡覆蓋范圍和支撐能力與智慧水利建設的要求差距很大，應加大建設力度，彌補網絡能力的不足。
一方面是擴大互聯范圍，不僅要實現所有河流湖泊、水資源、水利工程、水生態環境等感知對象的聯通，還要實現水利部、流域機構、地方各級水行政主管部門、各級各類水利企事業單位的互聯互通，并力爭做到與相關部門互聯互通。
另一方面要擴大互聯網絡通道，按照能把視頻在內的海量數據實時傳輸到各級主管部門和管理運行單位的目標要求進行網絡通道建設，并預留適度通道帶寬，為水利業務拓展預留必要的空間。
三是切實提高基礎設施能力。水利數據種類多、數量大，實現智慧水利后的數據更是呈海量增長，需要強有力的計算和存儲等基礎設施支撐。
①加強計算和存儲能力建設，進一步擴展計算和存儲設備，運用云計算技術，建成國家、流域、省三級水利基礎設施云，實現基礎設施資源、數據資源、業務應用與服務三個層次上的集中共享。
②加強水利信息災備系統建設，考慮到智慧水利建設必然帶來數據規模的極大提升，現有的災備體系難以滿足數據安全存儲的需求。宜在現有的水利部與南北備份中心的基礎上，按照網絡信息安全的要求，在北京構建同城災備中心，同時加強南北兩備份中心建設，形成互備架構，保障水利信息安全。
③加強計算與存儲環境建設，滿足智慧水利對遠程監控、計算、存儲、災備、會商等要求。
四是實現信息的充分共享。信息孤島是信息化建設中的普遍現象，也是水利信息化建設的薄弱環節，應作為智慧水利建設重點解決的問題。
①實現水利部門不同專業的信息共享，涵蓋防汛抗旱、水利建設、水資源管理、河湖保護、城鄉供水、農業灌溉、水土保持等各類業務，包括文字、圖表、音視頻、影像等各類數據。
②實現各級水利部門之間的信息共享，構建水利部、流域、省三級數據存儲中心、各級水利部門共享的數據使用格局。
③實現水利與外行業部門的共享，主要包括環保、交通、國土、住建、工信、民政、測繪等部門數據，尤其要實現與測繪部門矢量地圖數據、航天部門衛星遙感數據的共享。
五是大力推進智能應用。要針對水利行業對新一代信息技術應用不夠的問題，在智慧水利建設中大力推廣信息新技術的廣泛應用。如通過氣象信息、水文信息、地理信息、區域經濟社會信息等，利用大數據技術，結合洪水預報模型，更準確進行預警預報、分析研判可能的受災范圍、提出應對措施。
智慧灌溉也是智慧應用的重要領域。通過對天氣狀況、土壤墑情、水源條件、灌溉設施等全面實時監測，結合作物生長規律，計算出最優灌溉方案，進而通過自動控制設施進行精準灌溉，實現節水與農業增產、農民增收雙贏。
新一代信息技術還可以應用在水資源精細管理、以BIM技術為支撐的水利工程建設、水利工程智能化管理、水庫群聯合調度、水土保持監管等領域。關鍵是各級水利部門都應把新一代信息技術應用作為重要抓手，強力推進智慧水利建設，從而實現從傳統水利向現代水利的跨越。
智慧水利建設要求迫切、任務繁重、技術要求高、推進難度大，需要水利部統一規劃，全行業協力推進，建議一是加強組織領導，二是編制總體方案，三是注重技術合作，四是營造有利的政策氛圍，五是在有關地區先行先試。
