基于信息系统技术框架的“智慧水网”规划方法研究

胡传廉

（上海市水务局，上海 200050）

0 引言

近年来，发达国家城市现代化进程验证了信息化发展走向智慧化的趋势，美国纽约在世纪之交就将“更智能化的城市”作为城市信息化下一个十年计划的发展目标；2006 年新加坡颁布了“智慧国2015”的信息技术十年发展目标[1]。城市水务信息化是水务事业发展、行业管理与服务的重要支撑和保障，它关系到城市运行优化资源配置、政府职能提升、公共服务完善等各项任务的顺利完成。上海城市涉水事务管理和服务经历自动化、数字化发展以后，也将进入智慧化发展阶段。最近，《上海市国民经济和社会发展第十二个五年规划》提出加快建设以数字化、网络化、智能化为主要特征的智慧城市，作为其重要组成部分，同时也明确建设智能水网（即智慧城市的重要组成部分——智慧水网）工程：整合水务、气象、海事、海洋、环境、港口等涉水管理部门的相关信息资源，完善相关监测、管理等服务体系[2]。由于信息技术的快速发展，人们往往有阶段性的认识盲区，不能准确把握新技术发展趋势，难以做好新技术条件下的业务流程再造规划，因此，信息化建设的规划不仅要立足信息技术发展趋势，还要依据可能相适应的信息系统技术框架，才能更好地规划信息化发展中的建设内容。

1 信息系统技术框架发展与水务信息化建设

回顾上海水利信息化发展，不同阶段的信息系统技术框架决定了信息化发展规划和建设进程。

“十一五”之前的信息系统技术框架，早期的有单纯基于监测网、测站、数据库和管理应用的监测系统，基于监控网、监控点、数据库和指令操作的监控系统，基于单机或局域网、数据库和管理应用的信息系统。随着部门内系统整合的需要，基于广域网、城域网的多用户整合应用逐渐形成，这个时期信息化发展主要着眼于单位内部的专项监测、监控或管理应用，具体信息系统建设技术框架如图 1所示。

“十五”初期，随着互联网技术及基于互联技术的政务网的建设，信息化建设主要着眼于行业内网络互联互通，从专网建设向依托信息基础设施公网专用转变，基于 B/S 结构的信息系统开始得到应用，单位内部门、行业内单位、系统内行业之间基于信息发布的逐级整合和共享应用得以发展。“十五”期间，正是对这样的信息系统技术框架发展趋势判断，上海水务信息化提出了“互联互通、信息共享”的发展目标，并据此加以推进和建设了以防汛二级指挥系统为标志的广泛互联及共享应用。此期间信息系统建设技术框架如图 2 所示。

图1 早期信息系统建设技术框架

“十一五”期间，随着公网专用的互联政务网络的全面覆盖，基于 B/S 结构的互联网技术的信息系统的广泛应用，提出了数据中心、总线、仓库等数据整合的技术路线[3-4]，基于对数据集成、应用协同的业务需求和技术框架的判断，根据现有体制结构，在原来信息系统技术框架上按照机关决策层、行业调度层、企业操作层的业务分层需求，上海“数字水务”建设提出“统一规划、标准先行，顶层设计、分层建设，资源整合、集约共享”的指导思想，规划建设集数据（库群）中心、数据交换总线、信息资源目录、数据接口标准为一体的“水务公共信息平台”，并规划建设基于水务公共信息平台整合与拓展的集成应用。通过“数字水务”的建设，至“十一五”期末，上海水务信息化已经汇聚整合了气象、海洋、海事、水文、水利、供水、排水等多行业（部门）的数据，积累了各类基础设施、实时监测、业务管理、政务、元数据等信息，实现了水务信息资源的集成交换、集中存储、分级管理和分层维护，在水务公共信息平台的基础上，跨系统领域的防汛指挥、跨层级管理的水资源评价、跨部门流转的行政许可、跨专业行业的网格化监管等信息化得以快速发展，服务于防汛保安、水资源调度、水环境整治多层级，多行业，多任务应用。“十一五”末上海“数字水务”信息系统建设技术框架如图 3 所示。

总结上海水务“十一五”信息化建设，还存在信息采集不适应现代水务管理需求，业务流转和跨部门协同支撑不足，行业标准和管理规程尚不健全，基层应用与行业管理不协调等问题。“十二五”水务信息化发展，除了进一步创新发展理念，深化改革体制和健全完善机制以外，面对信息技术发展日新月异的变化需要审时度势，对可能形成的信息系统建设技术框架做出正确的判断，从而适时地提出较为先进实用的水务信息化建设规划。

2 基于信息系统技术框架发展的“智慧水网”建设的提出

2.1 “智慧水网”发展规划理念

“十二五”期间随着城市经济社会和信息技术的高度发展，水务行业信息化发展阶段由管理服务的对象和过程数字化向其评价与决策数字化方向发展；建设内容由满足于行业内有限需求，逐步发展到多层面系统性需求；应用功能由支撑单一业务处理发展到支撑业务协同的综合应用；服务应用对象由满足政府内部管理的需要逐步发展到同时满足行业管理和社会公众服务的需要；服务方式由对内信息发布，对外信息公开，逐步发展到对内网上智能决策，对外网上协同办事。

图3 “十一五”末上海“数字水务”信息系统建设技术框架

“智慧水网”（智能水网）就是运用新兴信息技术，通过互联的网络把江河湖海水文水资源监测站网、供排水生产处理和输配水设施运行网、河网水系水利设施运行网，以及水务事务服务网的智能化控制传感器连接起来，依托机制创新，整合共享气象水文、海洋海事、水务环境、市容绿化、建设交通等涉水领域信息，结合涉水事务网格化、条段化的精细管理，组成基于各行业数据中心的应用系统，对感知的信息进行智能化处理和分析，对包括电子政务和商务、城市管理、生产控制、环境监测、交通、公共安全、家庭生活等各个领域及需求提供智能化的支持，并支撑涉水事务跨行业协同管理和提供社会公众的个性化服务。

2.2 “智慧水网”信息系统技术框架实现的可能性判断

基于现有技术体系的“数字水务”信息系统技术框架将得到极大的深化，在互联网技术环境下的数据总线将进一步整合，使得业务层次进一步扁平化，数据交换的标准进一步健全，支撑生产运行的监测监控、巡查监管数据应用覆盖越来越全面；根据体制变动实际，水利、供水、排水甚至海洋各行业管理部门的行业数据库将越来越健全，支撑行业许可办事、执法监管、规划计划、建设运行、应急处置等规范管理应用；汇集水务局核心及行业数据库的数据中心可以得到完整建立，多层联动的防汛指挥、水资源监控管理、水环境整治保护等核心应用得以拓展；另外，支撑上级和其他系统的数据整合和联动应用将成为可能。基于现有技术的信息系统建设技术框架如图 4 所示。

基于“数字水务”信息系统建设技术框架的信息化发展可能遭遇的瓶颈主要有以下几点：信息采集源建设的重复和缺陷；各部门单位、行业领域、系统层级间由于数据中心和交换总线标准的不统一，业务协同流转的应用协调工作量和难度都十分巨大，跨行业标准协调工作面广量大；各层面数据整合提取造成储存设备资源的浪费。

“十二五”期间，随着三网融合、无线宽带互联、云计算、物联网等新技术的快速发展和应用[5]，基于新兴技术体系的“智慧水网”信息系统技术框架的形成将变为可能。各基层单位、行业管理部门、跨行业管理服务机构，按照业务需求建立和配置监控、监测及监管站点设施设备，并按照统一分配的 IP 地址接入标准接口的感知能动互联网——“物联网”，配置存储这些站点数据的数据库服务器及其控制站点行为的应用服务器，加入到基于互联的数据库群，按照业务需求和安全权限从数据库群的资源目录中重组虚拟专用数据库——“数据云”，通过云计算技术再造业务流程的应用系统，这样的技术框架既能很方便地扩充监测监控、巡检监管站点或增加内容参数，又能很方便地实现跨部门单位、行业领域、系统层级的协同流转应用，还可以很方便提供各层级数据挖掘支撑智能应用。基于新兴技术的“智慧水网”信息系统建设技术框架如图 5 所示。

图4 基于现有技术的信息系统建设技术框架

图5 基于新兴技术的“智慧水网”信息系统建设技术框架

基于“智慧水网”信息系统建设技术框架的信息化发展可能遭遇的瓶颈主要有以下 2 点：无线宽带网络、三网融合、物联网、云计算等新兴信息产品技术及其接口标准应用的成熟度；在新技术条件下，无论是信息安全保密还是信息系统的安全可靠运行都可能遭遇新的挑战。

3 “智慧水网”发展规划研究

上海“智慧水网”发展的技术路线将以需求为导向，应用为核心，创新突破，标准先行，依托智慧城市网络基础，统筹涉水事务管理，创新资源整合机制，深化平台应用服务，推进跨行业集约整合，分阶段推进“智慧水网”发展。

3.1 基于现有信息系统建设技术框架的“智慧水网”发展规划研究

3.1.1 智能苏州河

在苏州河水系治理成果基础上，针对城市防汛和供水安全、水环境监测事件的应急防范和处置，通过多级联动，跨部门协同，通过互联网络把水文水资源监测站网、供排水生产处理厂站和输配水管网、水利闸站设施运行网，以及水务事务服务网的智能化控制传感器连接起来，整合共享气象水文、海洋海事、水务环境、市容绿化、建设交通等领域信息，结合涉水事务网格化、条段化的精细管理，开展水安全业务应用。

3.1.2 感知监测网

国家实行最严格水资源管理制度，上海作为试点城市之一， 针对水资源循环开发利用流程中原水、地下水、取水、供水、用水、污水、排水等每个环节，联合气象、环保、交港、海洋、海事、流域等各个部门，优化站网布局；近期完成长江口杭州湾系统监测与城乡一体河网水系监测 2 张监测网，着力增强及提高郊区雨量、河网水质、水源地和省市边界水量水质、水上目标自动识别定位，以及大型取水户、排水超越排放、地下水监控等重点区域和领域各类涉水要素的测报能力，实现全过程水量水质自动化实时监测监控。

3.1.3 政务服务平台

以水务电子政务系统为核心，政府门户网站为窗口，搭建面向社会的网上政务服务平台。全面提供权威信息发布，网上许可办事，互动答疑解惑，水情测报预警，供水安全服务等。

3.2 基于新兴信息系统建设技术框架的“智慧水网”发展规划研究

随着新兴技术发展成熟，相应智慧城市基础设施不断健全，“智慧水网”基础条件主要建设内容如下：

1）水监控物联网。改造各相关行业现有监测监控系统物联网接口，按需重组物理上互联，逻辑上专用，安全上可靠的监测监控网智能系统，在此基础上，各行业部门单位可逐步拓展站网布局，加密监测监控频次，增加监测指标参数。

2）水应用数据云。构连涉水事务相关的各行业部门单位数据中心、数据库，按照信息资源目录体系标准接口在网络上形成基于“云计算”技术的数据库群；提供网络上数据服务标准接口，方便形成各种业务应用的数据云支撑。

3）水服务平台。整合现有各行业部门涉水事务办事服务网点、网上电子政务和商务服务窗口、电话呼叫中心服务热线等服务资源，重组协同服务业务，通过基于无线宽带、三网融合等通信技术的多样媒体向社会公众提供个性化服务。

基于新兴信息系统建设技术框架的“智慧水网”应用系统主要建设内容如下：

1）水安全智能指挥系统。针对城市防汛和供水安全、水污染灾害安全事件的应急防范及处置，开展全方位监测预报、事前预警、事中评价、事后评估、多级联动、跨部门协同的业务应用。

2）水资源智能调度系统。针对原水、地下水、取水、供水、用水、污水、排水等水资源循环开发利用流程，开展生产运行全过程系统监测、智能调度、行业监管、用水服务等流程化业务应用。

3）水交通智能服务系统。针对河道行船、过闸过桥、码头靠泊、堤防碰撞等安全运行监管和事件防范，开展行船过桥过闸服务、航道港口监管等业务应用。

4）水环境智能监控系统。针对江河湖海水环境变化，水生态整治，开展水生态环境全要素系统监测、动态评价、统计分析、智能决策等综合业务应用。

5）水事务智能服务系统。针对企业个人的水事服务，开展计划和安全用水、节能减排等信息保障服务。

4 “智慧水网”可能实现的功能效益

“智慧水网”的发展将改变我们习惯的生活工作方式，极大地支撑地区经济社会可持续快速发展和现代化城市运行管理及公共服务。社会公众可以随时随地获得所在区域气象水文实测预报、灾害预警预案和防范措施提醒、撤离安置途径、交通疏导等信息，了解突发性自来水管爆裂、水污染事件分级预警及其响应预案提醒、所在小区自来水停水预告和就近应急供水安置等信息服务；可以随时随地获得所用水的水源来源地、出厂水水质、循环水状态、分类水费标准、所在范围用水控制提醒、表具标准和实时计量情况、排水纳管和污水处理情况等信息服务；可以随时随地获得坐船出行气象影响、停船预警、通航通知等信息服务，行船过桥过闸候潮时间、限高与限重动态警示、导航、过闸电子收费、船只靠泊码头停留时间信息等服务；可以随时随地获得所在位置周边江河湖海功能区划控制信息，生态环境动态评价指标，及达标、用水计划及执行、输配水系统运行状态，节能减排达标情况，所在周边水系及两岸生物多样性信息，以及水面保洁状态信息等服务；可以随时随地进行许可执法等行政事务受理申报、办事指南及状态查询，享受到涉水事务协同办理的便捷，并获得行政事务办事提醒信息、各类业务信息查询等服务；可以随时随地申请获得供排水接管等水务事务服务委托，通过网络、手机、电子卡、PDA 等电子付费手段支付相关费用，缴纳供排水费，购买涉水事务资源服务等。

5 结语

信息化发展依托信息技术发展，与信息系统建设框架变化密不可分。基于发展中的信息技术及其引申出的信息系统建设技术框架判断，才能更好地做好信息化发展规划，以适应不断增长的业务发展需求。当前，随着信息技术发展，上海提出“智慧城市”发展需求，上海涉水事务信息化发展按照“智慧水网”建设要求，针对现有和新型的信息系统建设技术框架，立足“数字水务”建设现状，提出分阶段实现的“智慧水网”发展目标和建设内容，在信息化规划的技术方法上做了有益的探索。

[1]冯禹丁. 新加坡迈向“智慧国”[J]. 商务周刊，2010 (4)：54-59.

[2]上海市人民政府. 上海市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要[R]. 上海：上海市人民政府，2011 (1): 1-86.

[3]水利部信息化工作领导小组办公室. 水利信息化顶层设计初探及进展[J]. 中国水利，2009 (8): 8-10.

[4]艾萍，吴礼福，陈子丹. 水利信息化顶层设计的基本思路与核心内容分析[J]. 水利信息化，2010 (1): 9-12.

[5]程大章. 智慧城市的探索——中国 2010 年上海世博会感悟[J]. 能源世界，2011 (2): 1-4.