城市水資源智慧系統(tǒng)建設(shè)探析

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摘要：建立城市水資源智慧系統(tǒng)，加強水資源與水環(huán)境的科技化監(jiān)測管理，在當(dāng)前“節(jié)水優(yōu)先”的治水思路下，刻不容緩。本文以蘇州市構(gòu)建城市智慧系統(tǒng)為例，對該系統(tǒng)主要核心構(gòu)架做了介紹，項目實施后，系統(tǒng)運行良好，取得了顯著的經(jīng)濟、管理效益，該工程的實施具有一定的推廣和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：城市水資源；監(jiān)控與管理系統(tǒng)；三條紅線

為加強蘇州市主要提供集中供水的水源地、地下水、取用水大戶、重點江河的排污口、重點水功能保護區(qū)、河流縣際間斷面的在線監(jiān)測，建立蘇州市城市水資源智慧系統(tǒng)勢在必行。蘇州市城市水資源智慧系統(tǒng)作為服務(wù)于城市供水、用水、水資源保護、水資源調(diào)配等方面的應(yīng)用系統(tǒng)，核心任務(wù)是建成集信息采集、傳輸、存儲、處理、共享的服務(wù)設(shè)施，并形成基于城市水資源智慧系統(tǒng)下信息管理機制，實現(xiàn)蘇州市城市水資源信息“自動采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)字化存儲”的要求，按照“管理現(xiàn)代、決策科學(xué)、政務(wù)公開”的標(biāo)準(zhǔn)開展城市水資源業(yè)務(wù)管理，助力蘇州市嚴(yán)守水資源“三條紅線”，為經(jīng)濟、社會綠色發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。蘇州市城市水資源智慧系統(tǒng)將涵蓋以下子系統(tǒng)：采集和傳輸信息、計算機網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)應(yīng)用和安全［1］。

1信息采集和傳輸信息系統(tǒng)

1．1信息采集及傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

信息采集及傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖如圖1所示。

1．2信息采集與傳輸系統(tǒng)監(jiān)控目標(biāo)

水資源信息采集與傳輸系統(tǒng)監(jiān)控的重點是水資源的開發(fā)、利用、循環(huán)等環(huán)節(jié)中的要素，即水源、供水、用水、排水。系統(tǒng)核心任務(wù)是掌握蘇州市各行業(yè)供用水情況，作為管理、保護及調(diào)度水資源的數(shù)據(jù)來源和方案依據(jù)［2］。為蘇州市水資源實時調(diào)度決策提供支持。除了重點點位的視頻監(jiān)測外，監(jiān)測目標(biāo)還包含水源地、地下水、取用水、河流排污口、水功能區(qū)、縣級河流。其中，水源地和地下水監(jiān)測內(nèi)容除了水位、水質(zhì)外、地下水監(jiān)測還應(yīng)增加水溫的監(jiān)測，其余檢測目標(biāo)的監(jiān)測內(nèi)容均為流量和水質(zhì)。

1．3信息采集方式

信息采集方式，包括自動采集和人工采集兩種方式。自動采集的完成依托在線監(jiān)測站，有些數(shù)據(jù)采用自動采集產(chǎn)生的費用太高，還有些數(shù)據(jù)因當(dāng)前缺少技術(shù)支撐不能實現(xiàn)自動采集，針對這些情況，需利用人工采集，主要完成方式為人工巡測。

1．4計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

在蘇州市及下轄區(qū)縣的水資源管理相關(guān)單位，實現(xiàn)了計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全覆蓋。網(wǎng)絡(luò)組成形式包含廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)，可根據(jù)水資源管理實際情況設(shè)置采用何種形式的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)形式選擇不僅要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理的需求，還應(yīng)考慮水資源管理方面的因素，例如：信息的流程、行政管理的體制。建設(shè)任務(wù)為依托現(xiàn)有防汛信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提高網(wǎng)絡(luò)性能，拓寬傳輸通道，加強網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、語音的傳輸和信息共享，搭建水資源智慧網(wǎng)絡(luò)［3］。本系統(tǒng)與省水資源管理系統(tǒng)、市水文局水文信息綜合服務(wù)系統(tǒng)、市環(huán)保局重點污染源在線監(jiān)測系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)信息的共享和交換。所有對接單位都已經(jīng)實現(xiàn)了政務(wù)網(wǎng)和電信VPN專線的外部網(wǎng)絡(luò)鏈路，項目實施時，可以根據(jù)具體情況，選擇通過政務(wù)網(wǎng)或電信VPN實現(xiàn)“互聯(lián)互通”。

2業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

蘇州市城市水資源業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，首先對水資源的管理業(yè)務(wù)市場需求進行深入分析，然后整合組件技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等高新技術(shù)，應(yīng)用到水資源專項業(yè)務(wù)管理中，按照技術(shù)先進、效率高、易操作的原則，進行系統(tǒng)構(gòu)建。2．1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建設(shè)包括水資源日常業(yè)務(wù)管理和水資源信息相關(guān)服務(wù)。

2．2水資源信息服務(wù)系統(tǒng)

水資源信息服務(wù)系統(tǒng)組由三個子信息服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成：三條紅線預(yù)警、實況監(jiān)測、信息發(fā)布等。該系統(tǒng)以綜合數(shù)據(jù)庫和GIS技術(shù)為核心，服務(wù)對象為水資源管理部門及相關(guān)單位，為水資源管理部門的日常管理提供信息支持和服務(wù)，如查詢、水資源相關(guān)信息公開、水資源預(yù)警等［4］。2．2．1三條紅線監(jiān)督預(yù)警服務(wù)子系統(tǒng)。嚴(yán)控“三條紅線”，即用水總量、用水效率、水功能區(qū)納污，分別劃定為紅、黃、藍、三項指標(biāo)，其中，若超過黃色和紅色的報警臨界指標(biāo)，預(yù)警服務(wù)啟動，預(yù)警方式為閃爍報警［5］。2．2．2實時監(jiān)測信息服務(wù)子系統(tǒng)。監(jiān)測范圍主要是蘇州市主要流域和行政區(qū)劃。重點對象為蘇州市主要的河流、小型以上規(guī)模的水庫、水閘、各類監(jiān)測站、重點水源地和取水口等。系統(tǒng)用戶和預(yù)警對象包括責(zé)任值班人員和相關(guān)指揮人員、專家等。該系統(tǒng)除了用戶觸發(fā)模式外，還有系統(tǒng)自動提示模式。不論是用戶觸發(fā)狀態(tài)下人工檢索，或者自動提示模式下系統(tǒng)收到信息，只要此時獲得的實時數(shù)據(jù)、預(yù)報數(shù)值為報警項時，就立即與系統(tǒng)中的報警門限值比對，選擇彩色閃爍、聲音、光線等形式，反映相應(yīng)的實況數(shù)據(jù)、門限控制值等信息。2．2．3綜合信息服務(wù)子系統(tǒng)該系統(tǒng)的服務(wù)對象為從事水資源管理工作的人員和社會公眾，主要原理是利用綜合數(shù)據(jù)庫和GIS技術(shù)為服務(wù)對象構(gòu)建操作平臺，該平臺能提供水資源、水環(huán)境方面的信息服務(wù)，主要有查詢、實況監(jiān)測、統(tǒng)計數(shù)據(jù)下載，圖形服務(wù)等。綜合信息服務(wù)子系統(tǒng)，見圖2。2．2．4信息發(fā)布子系統(tǒng)。本系統(tǒng)的主要功能是向廣大市民提供水資源和水環(huán)境的信息發(fā)布服務(wù)，宣傳相關(guān)政策和法規(guī)，主要形式是互聯(lián)網(wǎng)站、電視欄目、新聞發(fā)布會等。通過增強水資源信息服務(wù)，吸納公眾參與到水資源保護和管理的行動中，以提升水資源行政管理單位在處理水資源應(yīng)急事件和水資源日常管理工作的能力和社會影響［6］。2．2．5交換信息服務(wù)子系統(tǒng)。實現(xiàn)蘇州市水利局和江西省水利廳之間辦公信息快速傳達和上報、使蘇州市水利系統(tǒng)不同管理部門及蘇州市有業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的其他部局之間的信息互聯(lián)互通、蘇州市水利單位中的水資源系統(tǒng)可與防汛抗旱應(yīng)急、水土保持站，水文站、灌區(qū)管理單位、水利電子政務(wù)等其他本市水利單位完成信息交換和資源共享。交換信息服務(wù)子系統(tǒng)是實時監(jiān)測信息服務(wù)子系統(tǒng)、綜合信息服務(wù)子系統(tǒng)等其他子系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)，以不同方式從不同渠道獲取各類信息，支持各類信息服務(wù)，本系統(tǒng)基于應(yīng)用支撐平臺中數(shù)據(jù)交換子系統(tǒng)開發(fā)。

2．3水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)

水資源業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)主要集成省水資源監(jiān)控系統(tǒng)平臺共4個子系統(tǒng)，分別為：2．3．1取用水總量管理系統(tǒng)。對主干河流，編制的水量調(diào)配方案進行管理，并編制年度水量計劃，審核后，進行傳達。2．3．2用水效率監(jiān)督管理考核系統(tǒng)。主要包括考核方案與指標(biāo)體系管理，年度目標(biāo)與工作計劃管理，考核與結(jié)果管理。主要功能項包括實現(xiàn)考核方案與指標(biāo)體系管理、實現(xiàn)年度目標(biāo)與工作計劃管理、實現(xiàn)考核與結(jié)果管理。2．3．3水資源調(diào)配決策支撐系統(tǒng)。水資源部署決策支持系統(tǒng)的技術(shù)核心是建立在“3S”技術(shù)及水資源調(diào)度建?；A(chǔ)上，為方案的編制提供決策支持，方案主要為出水量調(diào)度、監(jiān)督計劃這兩種，同時，又具備服務(wù)于水資源管理的功能，如信息支持，分析、計算、記錄結(jié)果，綜合會商等服務(wù)。內(nèi)容涵蓋水資源管理的實時狀況評估、預(yù)測與預(yù)報，規(guī)劃與分配，年度配置計劃，月（旬）調(diào)配方案，實時調(diào)度、決策與咨詢等內(nèi)容。水資源調(diào)配決策支持系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖見圖3。2．3．4水資源突發(fā)事件指揮系統(tǒng)。水資源危機發(fā)生時，水資源突發(fā)事件指揮系統(tǒng)的信息服務(wù)、預(yù)案管理、調(diào)度、會商管理四個專項應(yīng)急模塊啟動，進入應(yīng)急狀態(tài)下的水資源管理模式，原理是通過水資源信息應(yīng)急采集和傳送、調(diào)取備份的數(shù)據(jù)存儲、指揮中心的安控機制，分析突發(fā)事件的類型，然后再保證供水安全的前提下，第一時間產(chǎn)生危機處理方案和具體處理措施。水資調(diào)應(yīng)急管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖4。

3安全系統(tǒng)

蘇州市城市水資源實時監(jiān)控與管理系統(tǒng)的安全防護，從系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)安全性兩個方面進行建設(shè)。系統(tǒng)可靠性主要通過數(shù)據(jù)、線路、路由、設(shè)備的冗余設(shè)計，軟件可靠性設(shè)計，雷電防護和斷電措施設(shè)計來保證；系統(tǒng)安全性主要從防黑客攻擊和安全認證角度進行了網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用安全設(shè)計。固態(tài)存儲器安裝在各個監(jiān)測站后，監(jiān)測實時數(shù)據(jù)可實現(xiàn)精準(zhǔn)、自動重傳。骨干網(wǎng)絡(luò)采用光纖專線作為信道，監(jiān)測站到監(jiān)控中心的信道采用GPRS（無線測站）作為信道。核心路由器具備雙電源、雙引擎和模塊熱插拔等功能核心交換機應(yīng)配置雙電源。網(wǎng)絡(luò)交換中心必須安裝防火墻軟件，主干網(wǎng)絡(luò)路由器配置方式根據(jù)路線選擇，即OSPF動態(tài)路由器設(shè)置在主線路上，靜態(tài)路由器設(shè)置在備用線路上。防雷擊措施上，監(jiān)測站建筑物內(nèi)應(yīng)設(shè)置接地母線，方式為閉合式，重要監(jiān)測站需在房頂配套設(shè)置閉合式均壓帶，另對所有監(jiān)測站內(nèi)的電力和通信線路均實施屏蔽，包括連接傳感器的信號線及電話、電源等接線，設(shè)置的接地電阻要符合規(guī)范要求。野外站點根據(jù)情況，可適當(dāng)降低標(biāo)準(zhǔn)。在市水務(wù)局配置1臺入侵防御系統(tǒng)，實現(xiàn)對黑客攻擊的主動防范和及時報警，并配置1套病毒防護系統(tǒng)，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)病毒的防范。

4結(jié)語

項目實施后，增加了水資源時空調(diào)配能力，通過實時在線監(jiān)測和信息化數(shù)據(jù)傳輸，提高了數(shù)據(jù)的實時性，城市水資源在時空配置方面得到有力的信息化保障，促進了水資源專項費用征繳工作的開展，使水資源專項費用全面覆蓋各用水戶和單位，解決了項目實施前漏征、少征現(xiàn)象。城市智慧水利信息系統(tǒng)建成每年能降低城市用水消耗5000萬m3，有力推動了節(jié)水型城市的創(chuàng)建，為工農(nóng)業(yè)發(fā)展節(jié)約出寶貴的水資源，提升了水資源服務(wù)經(jīng)濟的能力，通過水利信息化辦公的信息高效傳遞和利用，水利工作辦公效率也得以增強，管理經(jīng)費呈下降趨勢。

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作者:李昱春 劉國平 王海洋 高芳嵐 單位:蘇州市吳中區(qū)水務(wù)局 昆山市水務(wù)局 江蘇海創(chuàng)水保規(guī)劃設(shè)計有限公司 蘇州吳中經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)行政審批局