福州市智慧水利建设实践与思考.pdf

Mar.2024 NO.3 VOL.342024年3月 第3期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT信息化建设INFORMATIZATION CONSTRUCTION福州市地处东南沿海，地域特征明显，境内多山，河流众多，水资源丰富但分配不均，水旱灾害频发。2021年来，福州市遵循“开放应用、整合通用、强化共用”原则，围绕“市级部署、市县共用”的目标，运用大数据、人工智能、数字孪生等新型技术手段，挖掘与分析水利行业信息，按照“两中心、一张图、两平台、N应用”框架总体规划，先急后缓，分期实施智慧水利平台。2022年上线运行后，福州智慧水利平台（一期）情况良好，基本实现数据集约化、管理数字化、决策智能化的建设目标。1 建设背景1.1 信息化建设现状福州市水雨情监测站点超420处，共享视频站点270处；依托福州市政务大数据等平台，共享气象、水文、生态等相关部门监测站点334处；建成的政务网、政务外网、互联网、联通专线等网络已覆盖全市水利部门；建成的福州市山洪灾害监测预警系统用于水利部门省市县3级信息集中采集与交换；建成或部署业务应用系统18个，其中市级6个、县（区）级12个，主要集中在山洪灾害监测预警、智慧河长、水土保持监管、水雨情自动测报、水利智能可视化等方面。水利信息基础设施、水利数据采集基本满足了日常业务管理需要，水利感知体系、基础数据库、业务应用系统初具规模，为进一步提高全市水利信息化水平提供有利条件。1.2 信息化建设短板与不足目前，已建的各类水利信息化系统功能需求单一，应用主要集中在采集、监视、展示，系统集成与扩展性弱；系统间基础数据相对封闭，数据建设存在“建多用少”“一数多源”“数据冲突”等问题，数据共享难度大；站点布局不足，信息采集类别不全，全新感知技术应用不足，全流域感知体系尚未建成；智能移动办公服务欠缺，数字孪生等新技术应用不足，水旱灾害防御、水资源管理与调配、水工程建设和运行管理、城乡供水、水利监督等智慧化水平较低。1.3 智慧化建设需求智慧化已成为水利行业发展水平的重要指标。福州市DOI:10.16867/j.issn.1673-9264.2023195收稿日期：2023-05-17第一作者信息：林芳，女，高级工程师，E-mail：。林芳，黄子航，陈鸿图.福州市智慧水利建设实践与思考J.中国防汛抗旱，2024，34（3）：37-41.LIN Fang,HUANG Zihang,CHEN Hongtu.Practice and reflection on smart waterconstruction in Fuzhou CityJ.China Flood&Drought Management，2024，34（3）：37-41.（in Chinese）福州市智慧水利建设实践与思考林芳 黄子航 陈鸿图（福州市水利局，福州350007）摘要：智慧水利是创新理念、新型技术与水利业务的有机融合和深度应用。近年，福州市将智慧水利作为智慧城市建设的重点项目，借鉴国内先进做法，结合水利工作实际需求，利用“数字福州”建设成果，统筹规划，分期实施，探索出“集约化+数字化+智能化”模式，为水利信息化建设提供实践经验。以福州市智慧水利（一期）建设为例，阐述主要建设内容，分析问题与不足，并结合实际业务需求，提出提升和完善建议。关键词：信息化；智慧水利；技术运用；福州市中图分类号：TV87文献标识码：B文章编号：1673-9264（2024）03-37-0537Mar.2024 NO.3 VOL.342024年3月 第3期 第34卷CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱信息化建设INFORMATIZATION CONSTRUCTION将“福州智慧水利”纳入新型智慧城市标杆市建设清单，将“实施数字治水活动，构建科学精准、智慧治理的水管理体系”纳为“推进全域治水建设更加美好海滨山水城市的实施意见”主要任务。2 建设思路福州市响应水利部智慧水利及数字孪生流域建设的具体举措，按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”总体要求，依托福州市时空信息公共服务平台、福州市政务大数据平台等“数字福州”建设成果，通过智能感知、基础支撑、水利数据资源中心、数字孪生流域、智慧水利应用、保障体系等主体建设成果，完善提升水利感知网和水利信息网，打造“两中心、一张图、两平台、N应用”支撑体系，实现水安全、水生态、水环境、水监管等业务应用，预报、预警、预演、预案“四预”功能，为新阶段福州水利高质量发展提供有力支撑和强力驱动（表1）。序号12345678910系统名称可视化分析系统流域防洪决策系统河湖长制综合管理系统水政执法监管系统水利移动应用城乡供水一体化管理系统（规划）水利工程项目建设管理系统（规划）水利工程运行管理系统（规划）水土保持信息化系统（规划）水资源监控系统（规划）技术方案构建数据大屏，利用信息间的多维关联，建设数字化业务场景提升山洪灾害监测预警系统；开展溪源溪、敖江、龙江等流域数字孪生建设提升和完善感知体系建设；完善河湖管理数据库；建设计算分析模型；对接上下级河湖长制平台、“e福州”微信公众号、12314平台等完善遥感、视频监控、人工智能等建设；拓展外网门户举报、微信公众号举报等渠道；完善系统业务功能；建设水行政执法App等搭建应用平台，搭建日常办公、水文气象、水资源管理、水政执法、工程建设、运行管理、水旱防御、综合应用、资料中心等模块延伸与拓展系统业务功能；完善城乡供水数据感知体系建设；建设计算分析模型等延伸与拓展系统业务功能；基础数据数字化建设；BIM技术应用；数字孪生工程建设等延伸与拓展系统业务功能；提升和完善感知体系建设；基础数据、方案数字化；工程运行安全评估预警模型建设；巡查App等延伸与拓展系统业务功能；完善水土保持监测站点网络体系；建设遥感估算模型等补充完善水量监测站点；延伸与拓展系统业务功能；预报模型建设等目标通过对大数据分析的成果情景化、层次化、综合化展示，提供快速、直观、有效的信息服务，辅助领导决策调度支撑主要流域防洪“四预”业务，实现预报及时准确、预警全面精准、预演同步仿真、预案动态优化通过河湖问题分析、预判和预警智能化建设，提高河湖空间管控能力，实现河湖管理数字化、闭环化、常态化通过724 h自动取证、自动告警、自动推送，实现水政执法业务全过程数字化、规范化、标准化管理通过智慧水利移动端，实时随地了解和掌握风险态势、相关信息，支撑工作人员实时移动办公、监管，提高工作效能通过供水问题预报、预警和风险评估机制建立，实现对城乡供水的“四预”掌控通过运用大数据、物联网、数字孪生等新型技术，实现水利工程建设的全周期在线管理和智能化监管通过数据库、全面感知、模型建设和手机App管控巡查机制建立，实现水利工程安全风险管控智慧化、闭环化通过监测体系完善、大数据挖掘与分析、遥感估算模型应用等技术，实现自动研判和预警，监督管理业务网络化通过大数据挖掘与分析、水资源监测预报模型应用等技术，实现水资源在线监测、监控、计量、预警表1 福州智慧水利主要场景建设（规划）表3 一期建设成果福州智慧水利按照“市级统建、县级创新，先急后缓、分步实施”的原则建设。目前，一期已上线运行，通过数据中心构建、新技术应用、模型构筑，实现数据管理集约化、灾害防御智能化，河湖治理数字化，为福州市全域治水提供有力支撑（图1）。两中心一张图两平台N应用水利数据资源中心指挥调度中心水利数据底板智慧使能平台应用支撑平台N应用集水工程调度、水资源管理、水行政监管等数据分析、监 测 预警、决策支持为一体化，综合调度监管全市2000多个河、湖、库、堤、塘、闸等水利工程。汇集79项涉水 数 据，提供 数 据 治理、数 据 服务、异 地 备份 等 功 能，为智慧水利提供“算据”支撑。融合涉水业务 管 理、监测、视频、预警等信息，利用GIS、遥感、大数据、云计算等技术，对多时空水利数据进行综合管理分析，提供作战图。利用预警预报模型、工具等，进 行 视觉、数据与决策智能的开发和能力输出，形成业务支撑、服务支持、辅 助 决策、综合运维方面的公共服务，支撑上层的智能应用建设。应用支撑平台提供大量应用基础组件和公共服务能力，可灵活、快捷地搭建复用度高、逻辑复杂的业务功能。河湖长制管理系统 山洪灾害监测预警系统 水政执法视频监控系统 可视化分析系统图1 福州智慧水利（一期）建设内容38Mar.2024 NO.3 VOL.342024年3月 第3期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT信息化建设INFORMATIZATION CONSTRUCTION7.1角色授权7.2地图审核7.3在线统计7.4数据台账7 后台管理1 水利专题模块1.1 水利专题服务1.2 基础工具操作1.3 图层列表操作1.4 数据主题方案1.5 资源目录展示1.6 资源搜索操作2 空间数据模块2.1 多要素图层套合2.2 临时标绘6 二三维一体化6.1 倾斜摄影叠加6.2 位置方案6.3 飞行方案6.4 二三维联动展示6.5 分屏查看6.6 鹰眼功能3 岸线空间规划3.1 岸线蓝图3.2 河道管理范围线3.3 岸线功能分区5.1数据提交5.2数据校核5.3数据审查5.4数据统计5 数据汇集审核5.5汇集任务4 水利工程管理4.1 水利工程查询查看4.2 水利工程标绘4.3 水利工程范围查看水利一张图3.1 打造水利数据资源中心，实现数据管理集约化（1）海量数据融合共享。汇交省市县3级水利数据，气象、水文、建设、生态、林业、国土等相关行业和社会数据。监测站点接入总量835个，数据共享接口总数52个。建成监测数据库、业务管理数据库、基础信息数据库、元数据库、业务主题数据库等水利标准数据库5个，录入省市县水利数据64项、相关部门涉水数据13项。通过数据的汇集、共享、交换，以及水利数据库、数据资源目录与大数据服务等，并运用量子云控技术，通过随机密钥，一次一密的方式，解决多源异构数据接入管理、不同系统数据互联互通和泛在服务等问题，为跨层级、跨部门、跨业务的数据服务提供全生命周期管理和防护。（2）多时空数据综合应用。基于福州市时空信息公共服务平台提供的基础地理信息，萃取水利空间数据，利用大数据、遥感、云计算等技术手段，搭建水利“一张图”（图2）；接入福州市时空信息公共服务平台三维建模数据、倾斜摄影数据，实现倾斜摄影成果、三维地表模型MPT等三维数据与工程布置、管理范围区等二维平面数据的在线叠加查看。水利“一张图”具有多时空、多对象、多视角动态管理和综合分析能力，解决海量数据分散、无序、不直观等问题，展示全市超2 000个水利工程基础信息、近百万条水质监测、近千万条水雨情等专题信息，以数据大屏形式为业务应用提供快速、直观、有效的信息服务。3.2 运用专业模型和新技术，实现灾害防御智能化（1）多阶段预报预警。基于气象部门未来24 h降水量格点预报数据、地形、地貌、人口分布、社会经济、历史山洪灾害调查资料等，结合前期降水量、土壤含水量的影响，构建24 h动态气象风险预警模型（图3）；并采用分布式水文模型，对永泰县大樟溪、清凉溪、粗溪、富泉溪，福清市龙江，连江县牛溪6条中小流域建模（图4），根据24 h、6 h、3 h的气象预警，进行多阶段递进预报预警。2305号台风“杜苏芮”影响期间，生成山洪风险预警报告41期，山洪灾害风险专题服务497份，发送预警短信12 044条。（2）实时高效监测调度。集成福建省数字水安视频一张网、闽江中心视频平台、铁塔视频监控系统和永泰县、福清市视频平台；运用北斗卫星+4G双信道通信技术，对全市16座大中型水库水雨情监测站点进行提升改造，解决了监测方式单一、监测数据中断等问题。台风“杜苏芮”影响期间，依托福州智慧水利平台，提前对溪源、白眉、界竹口3座中型水库预泄腾库，分别腾出库容553万m、252万m、2 211万m；跨区域协调大樟溪流域永泰县界竹口水库、莒口水闸与上游泉州涌口水库联合调度，预留1.2亿m防洪库容；调度东张、山仔、溪源等16座大中型水库，拦蓄雨洪7.19亿 m。山仔水库、溪源水库、白眉水库削峰率分别达14.2%、80.1%、24.8%。3.3 建设智能应用系统，实现河湖管理数字化（1）河湖管理常态高效。河湖长制系统（图5）接入已建视频站点，利用图像处理技术、检测技术和识别技术，通过视频图像特征分类学习、可扩展算法和图像数据集，围绕识图2 水利“一张图”功能架构图防治村转移避险山洪灾害气象预警短临预报预警监测预报预警现地监测预警图3 多阶段渐进式预报预警体系图4 小流域面雨量界面39Mar.2024 NO.3 VOL.342024年3月 第3期 第34卷CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT中国防汛抗旱信息化建设INFORMATIZATION CONSTRUCTION别抛投垃圾、垃圾漂浮、倒排污水、区域入侵、“四乱”问题、水尺水位等河湖场景，集中处理、分析识别、报警预警、取证记录；对接省级、县级河湖长制平台，e福州微信公众号，福州市政务大数据，12314等平台，实时共享相关数据和接受群众监督举报。2022年12月以来，各级河长、河道专管员上线使用219 257人次，线上巡河累计45万次，巡河发现问题2 352条，已办结2 347条，办结率为99.78%；接收公众投诉建议问题212条，办结率为100%，公众满意度100%。图5 河湖长制专题界面（2）水政执法精准规范。在闽江流域福州段的下游，新建前端视频监控站点，采用远距离云台监控摄像机对监控区域进行全覆盖，24 h监控采集识别分析船舶特征、违法行为特征等，定位跟踪和监控记录非法采砂船舶，解决判定人工化、远程取证难等问题，实现724 h智能视频监控自动取证（图6）。2022年12月后，辅助开展涉水执法行动1 100余次，取缔违法堆砂场6处，查扣违法采砂船3艘；运用水政执法App开展巡查297人次，发现水政问题136条，通过系统立案处理5起。图6 水政执法专题界面4 智慧水利建设尚需提升福州智慧水利（一期）建设上线以来，依托常态化水工程调度指挥中心，取得了一定成效，但总体仍处于起步阶段，在透彻感知、应用场景、智能分析、整体协同等方面，还存在问题与不足。（1）透彻感知不足。50 km以上河流水文自动监测设施仅为43%，沿河乡镇等重要区域未设立监测站点，需新增山洪灾害监测站点22个。“十四五”期间，同时纳入雨水情、大坝安全自动监测建设的小型水库有88座，单独纳入雨水情自动监测建设的小型水库62座，单独纳入安全大坝自动监测建设的小型水库38座。以流域为单元整体感知能力不足，多要素感知不足，北斗卫星、测雨雷达、5G、无人机等新技术应用尚在初步探索，水安全、水环境等涉水工程、河道工情自动智能监测薄弱。（2）应用场景建设不足。水资源管理与调配、水利工程建设管理等应用场景未建立，已建系统应用模块的链接大多仅实现了数据记录管理和简单的数据报表统计，缺乏有效业务流程管理和数据挖掘分析。流域防洪智慧化方面，山洪灾害风险多阶段分析、多渠道预警发布、公众靶向预警功能还需提升；以流域为单元，水情测报和智能调度能力尚在初级阶段。（3）整体协同能力不足。全市建有信息化系统18个，主要满足市、县（区）本级业务和各业务处室的单一业务功能需求，数量多，但构建分散，缺乏统一的数据标准格式与应用架构，数据有效共享共用率低。图片、视频、图像等数据资源存储能力不足，需求不同，汇聚共享利用率低。5 对策与建议（1）加强感知体系建设。以流域为单元，统筹规划，补充水工程水情监测，开展水位、流量、大坝安全等要素自动监测，敏感河段、重点水域在线监测，开展堤防安全监测、水下地形测量。完善在建水工程建设全过程数据信息智能采集处理，补齐提升已建水利工程雨水情和安全监测设施。加强雷达X波段测面雨量、北斗堤防安全监测、水下地形测量、无人机自动巡航等多种监测手段和新一代通信技术的应用。（2）推进重要业务应用场景建设。整合原各业务信息化管理系统，拓展延伸功能模块，统一登录入口。搭建水库智慧化运行平台，录入基础数据、跟踪作业情况、上传巡查记录，通过物联感知、数据分析、技术诊断、监测预警，可视化展示水库运行管理全过程数据。在河长制综合管理系统基础上，开发河湖治理线上考核模块，融合河湖长制、水旱灾害防御工作考核内容，建立全过程考核体系。加快推进水资源管理与调配、农水农电、水利工程建设和运行管理、40Mar.2024 NO.3 VOL.342024年3月 第3期 第34卷中国防汛抗旱CHINA FLOOD&DROUGHT MANAGEMENT信息化建设INFORMATIZATION CONSTRUCTION干旱灾害防御等应用场景建设，提升业务应用水平。（3）强化“四预”能力建设。提升山洪灾害监测预警平台“四预”功能，推动岭里等水库来水预报和调度模型建设，智能化提升改造库、湖、闸、站等水系要素，对闽江、龙江、敖江流域进行全要素数字映射，完成闽江流域“一线多点”、龙江流域“一江四溪”、敖江流域“一线四库”的数字孪生总体布局。（4）提升协同共享能力建设。继续推进县区水利数据分中心建设，补充数据库的历史资料收集、整编和入库应用，完善数据更新机制。增加数据存储和交换容量规模，完善备份及恢复系统。构建视频集控体系，加快相关图片、视频、图像等数据资源存储能力建设。深化量子密码加密，对市县节点中的传输层和相关应用场景如水库水闸控制、水库大坝安全监测等场景运用量子安全加密，确保数据传输存储和工程运行安全。6 结语智慧水利建设实施方案，以及数字孪生流域建设等系列文件，为智慧水利建设指明方向。福州市提出“推进全域治水建设更加美好海滨山水城市的实施意见”和“十四五”数字福州专项规划，为福州智慧水利建设提出新的要求。下一步，福州智慧水利聚焦治理和监管能力不足等短板，强化业务与信息技术深度融合，构建科学精准、智慧治理的水管理体系，不断推动水利事业高质量发展。参考文献1 蔡阳，成建国，曾焱，等.加快构建具有“四预”功能的智慧水利体系J.中国水利，2021（20）：2-5.2 黄国东.基于预测的供水管网异常监测数据清洗研究D.浙江：浙江大学硕士论文，2022.3 黄艳.流域水工程智慧调度实践与思考J.中国防汛抗旱，2019，29（5）：8-9.4 崔丽艳.吉林省水污染应急水资源调度决策支持系统设计D.大连：大连理工大学硕士论文，2019.5 刘业森，刘昌军，郝苗，等.面向防洪“四预”的数字孪生流域数据底板建设J.中国防汛抗旱，2022，32（6）：6-14.编辑 田亚男中国防汛抗旱 杂志征稿启事栏目研究综述特邀主编专栏年度洪旱灾害调研地方行动特别关注 年度洪旱概述城市防洪监测预报水工程调度防旱抗旱信息化建设风险管理主要内容防洪抗旱重点研究方向综述文章特定方向理论研究、技术应用（非产品推广）类论文当年典型洪旱过程和灾情调研分析各地防洪抗旱行动当年各流域机构洪旱及防御情况概述城市防洪排涝雨情、水情、汛情监测预报防洪抗旱水工程调度旱情、旱灾及应对防洪抗旱信息化建设水旱灾害风险管理征稿对象科研院所、大专院校知名专家或杰出青年学者担任栏目特邀主编并组稿科研院所、大专院校流域和省级相关部门各流域机构水旱灾害防御部门科研院所、大专院校科研院所、大专院校科研院所、大专院校科研院所、大专院校科研院所、大专院校科研院所、大专院校拟刊期各期各期912期59期12期、1期、2期择期择期择期择期择期择期中国防汛抗旱 杂志创办于1990年，是我国唯一以防洪抗旱减灾为主题公开发行的刊物。以“及时报道党和国家在防洪抗旱方面的方针政策、交流推广防洪抗旱系统的先进经验技术、探讨减轻水旱灾害的对策及措施、介绍防洪抗旱及相关领域的新理论、新技术、新研究成果，进一步增强全社会水患意识、促进防洪抗旱工作”为宗旨，是我国从事防洪抗旱工作各级领导和工作人员的重要参考，也是防洪抗旱领域专家学者沟通的重要交流平台。主要栏目：特别关注、特邀主编专栏、研究综述、监测预报、城市防洪、水工程调度、山洪灾害防治、防旱抗旱、信息化建设、风险管理、研究探讨、案例分析、他山之石、减灾文化、我的防汛生涯等，每年重点选题如下，欢迎投稿。咨询电话：[phone]投稿网址：41