4 智慧水务建设研究报告.docx
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4智慧水务建设研究报告
智慧水务内部研究报告
第一章水务信息化发展现状
一、重大城市洪涝事件
中国之前的发展一直“重地上、轻地下”，排水等地下设施的发展相对滞后，由此而导致武汉、广州、杭州等城市“逢雨必涝，遇涝则瘫”。
从2008年2010年，全国已有62%以上的城市发生过内涝，内涝灾害超过3次的以上的城市有137个。
57个城市的最大积水时间超过12小时。
比如以下城市所发生的内涝事例：
1、2014年5月最年轻城市深圳遭遇暴雨，导致150处道路积水，20处片区发生内涝，交通严重受影响,
2、2013年7月昆明遭遇重大城市内涝灾害，市区积水严重，交通瘫痪
3、2013年5月湖南长沙遭强降雨，市区部分出现内涝，27万多人受灾，1人因灾死亡
4、2013年7月武汉因暴雨导致市区多处发生严重内涝，群众被困
5、2013年7月广州遭遇暴雨，导致城区出现内涝，主干道出现较大积水，严重影响交通
6、2012年7月北京遭遇百年一遇的特大暴雨，市区多座立交桥下积水，交通被迫中断，内涝造成77位市民失去生命，造成经济损失近百亿元
7、2012年7月天津出现城市内涝，出现重大人员伤亡
8、2011年7月成都遭大暴雨袭击，内涝严重几乎成水城
9、2011年7月南京部分地区出现内涝，积水深度没过小腿
10、2011年7月合肥发生内涝，积水淹及路人口鼻
11、2011年6月浙江兰溪内涝严重，市民划船出行
二、全国水利信息化发展“十二五”规划
编制背景：
由水利部信息化工作领导小组办公室于2012年2月发布，主要支撑全国级水利信息化项目建设。
核心目标：
“五统一”：
统一技术标准、统一运行环境、统一安全保障、统一数据中心、统一门户
总体思路：
•从局部单一发展向整体全面推进转变
•从信息技术驱动向应用需求带动转变
•从信息资源分散使用向共享利用转变
•从片面强调建设向建设与管理并重转变
•从满足日常需求向提升综合决策支撑能力转变
主要项目：
三、江苏省水利信息化发展“十二五”规划
主要任务：
1、进一步推进政务公开和公共服务
按照政府部门改革的方向和任务，加强社会管理和公共服务，依法行政，政务公开，提高服务效率。
通过进一步完善省厅和各市水利部门的门户网站，增加政务公开内容，扩大网上服务范围，拓展与社会交流互动平台，提高社会服务水平，提升水利部门的社会形象。
2、进一步提高防汛防旱决策指挥工作的效率
按照防汛调度、水源调度和生态调度相结合，流量、水量与水质监测分析相结合，监测预报与科学调度相结合，现场指挥、远程控制与多方会商相结合，建设更及时、更科学、更有效的防汛防旱决策指挥系统，努力实现我省防灾减灾调度管理和决策指挥的科学化、现代化。
3、推进水资源精细化管理
积极贯彻国家节水型社会建设的要求和区域用水总量控制、取水许可管理制度，从工业用水到农业用水，从用水大户到一般用水户，有计划地加快建设用水户在线监测和远程控制管理系统，真正实现对社会用水安全管理、总量分配、适时监控、有效管理，推进水资源精细化管理。
4、建立全省重点河湖资源环境监测管理系统
加强对河湖基本资料的积累，按照轻重缓急和分级负责的原则，积极建立全省重点河湖管理信息系统，实现对重点河湖定期依法巡查、监测分析，实现有效监测和科学管理，并定期向社会发布河湖资源保护状况。
5、加强南水北调、引江济太、江水东引等跨流域水资源调度
结合南水北调工程、通榆河北延送水工程和引江济太工程建设，完善三大调水系统的信息化工程建设，为实现水资源在全省跨流域科学调度、安全调度和优化配置提供技术保障。
6、加强突发性水污染事件的应急管理
以保障城乡饮用水源地和重点河湖安全为目标，以责任制落实为重点，进一步完善分级管理、主体落实、责任明确、措施可靠、处置及时的突发性水污染事件应急管理系统，达到防范突发性水污染事件，保障城乡居民供水安全。
7、提高农村水利建设与管理效率和水平
“十二五”期间，农村水利建设与管理任务异常繁重、要求更高，迫切需要利用信息技术和手段提高管理效率和水平。
根据农村水利建设与管理所需的各类信息，建立农村水利信息化管理系统及相关数据库，包括灌溉、排水、节水、农村饮水、乡镇供水、农田水利基本建设等。
建设水土保持监测与管理信息系统，实现对水土流失进行多时相动态监测，对水土流失和水土保持进行评价。
为农村水利建设与管理提供全面、准确的信息服务，推进农村水利现代化进程。
8、完善水利信息化基础设施
在湖泊管理、长江岸线管理、水旱灾害和水污染防治等方面，充分利用遥感技术进行大范围动态监测。
从信息自动采集、人工采集和外部交换三个方面，解决应用系统缺乏基础数据的问题。
建成先进实用、安全可靠的水利数据中心，完善数据标准体系、服务管理规范和更新维护机制。
为信息应用提供统一的数据资源环境和应用服务平台。
充分利用政务内外网、社会公网资源，建设覆盖全省各级水利单位、部门的水利信息网络，满足信息采集、工程监控、数据共享与交换、业务管理、视频会议等应用的需要。
9、进一步完善信息化保障环境
依据江苏省和水利部的信息化标准体系，结合江苏水利的实际情况，制定水利信息分类、采集、存储、交换、服务等相关规定，制定适应江苏水利的信息化安全规章和策略，健全安全管理机制，形成江苏水利信息安全体系。
逐步理顺水利信息化多层次、多角度的相互关系，保障资金投入，建立健全信息化建设与运行管理体系、规章和措施。
根据水利信息化需要，采取在职培训与人才引进等多种方式，形成与水利信息化进程相适应的人才队伍。
总体布局：
1信息采集与工程监控
信息采集与工程监控体系由信息采集系统和工程监控系统组成。
这两大系统分布在全省各个监测、监控站点和管理部门，面广量大，是水利信息的主要来源，需要积极应用遥感、物联网等新技术进行设计建设。
信息采集系统重点建设综合信息采集系统，形成全省统一的水利信息采集、传输体系，改变以往采用分类建设多个信息采集系统的布局，达到重要基础信息的自动采集传输，一般信息的人工采集，外部信息的共享交换，为省水利数据中心提供信息资源，为各业务系统提供基础信息。
工程监控系统重点结合三大跨流域调水工程建设，进一步完善工程监控体系，实时获取工程运行信息，严格工程运行管理，为有序调度、科学调度、发挥工程综合效益、逐步提高工程管理水平创造条件。
2资源共享服务
资源共享服务体系由水利数据中心、应用服务平台组成，它是江苏水利信息化建设的核心。
资源共享服务体系遵从统一的技术架构，统一设计、统一建设、分级部署。
水利数据中心重点完善和建设水利数据库和空间数据库。
针对江苏水利信息化的发展，围绕推进电子政务、防汛防旱、水资源管理等主要业务工作的需要，充实信息内容，整合信息资源，建立全省水利信息共享交换机制，构建具有接收处理、存储管理、共享交换、发布服务等功能于一体的省水利数据中心（国家水利数据中心江苏节点），为政府及相关部门实时掌握水利信息提供高效的服务。
应用服务平台根据复用、共享的要求，采用面向服务的体系架构和结构一致、基于标准的服务平台技术，使用合适的平台开发工具，支撑服务化的基础应用开发，实现各应用系统之间的互联、互通和互操作，以及数据的安全、共享与集成，为数据中心高层应用环境提供运行和管理服务，为应用软件的开发、运行和整合提供统一的平台。
3综合业务应用
综合业务应用体系由水利电子政务系统和业务应用系统组成。
水利电子政务包括水利信息公众服务系统和行政资源管理系统。
业务应用包括防汛防旱指挥系统、水资源管理系统、河湖工程管理系统、三大跨流域调水管理信息系统、农村水利管理信息系统、水土保持监测网络和信息系统、水文信息服务系统等。
综合业务应用系统建设应遵循新建业务系统基于统一平台搭建，既有业务系统基于统一平台进行迁移改造的策略，逐步提高资源共享能力和业务协同效率。
水利电子政务系统和业务应用系统采用数据中心架构的应用服务平台，采用统一的技术标准，根据各自的业务流程进行开发，应用数据中心的数据资源，并将系统生成的成果数据存储在数据中心和在内外网门户上发布。
形成一套可管理、可扩充、可拓展的业务应用系统，为全省水利业务工作提供快速、高效的手段。
4水利信息化保障环境
1）贯彻执行政策法规
加强对水利信息化工程的建设管理，贯彻执行国家、水利部、江苏省相关的政策法规，提出江苏水利信息化工作的实施细则。
2）建设信息安全保障体系
网络与信息的安全关系到国家的安全和利益，必须采取有效的管理措施和技术手段保证信息网络和信息内容的安全。
进一步加强全省水利系统信息安全工作的协调力度，对重点单位信息系统安全保密状况进行调查，提出信息系统安全保障措施。
3）建立并宣贯信息化标准体系
在全省水利系统全面贯彻水利部、江苏省相关的信息化标准体系，补充适合江苏水利信息化的标准，确保网络和信息资源互联互通、信息共享和交换。
4）加强信息化关键技术应用研究
开展主要包括物联网、遥感、数据仓库、分布式计算、虚拟现实与仿真等关键技术的应用研究，解决江苏省水利信息化的重要技术支撑，充分体现“智慧水利”的实用性、先进性和可靠性。
5）加强信息化建设和管理体制机制建设
投入大量的资金建设江苏水利信息化，要创新信息化建设和管理方面的思路和体制。
6）加强信息化教育、培训与工作
组织开展全省水利队伍的信息化教育培训工作，举办信息化系列培训。
采取有力措施，加大信息化宣传的力度。
第二章智慧水务发展趋势
一、整体考虑城市水务信息资源
水务一体化指水务管理所涉及的各项职能和各个环节之间协调、统一的管理机制，即对区域的防洪、排涝、供水、需水、节水、水资源保护、污水处理极其回用、农田水利、水土保持、农村水电、地下水回灌等实行统一规划、统一取水许可、统一配置、统一调渡、统一管理。
也就是说由一个部门对水质和水量负责。
完整的城市水务工程体系主要包括：
●供水工程体系
-取水工程；
-净水工程；
-输配水工程。
●排水工程体系
-排水管网；
-污水处理；
-再生水利用（工业，农业，生活）。
●防洪排涝工程体系
-水库、堤防、河道、调蓄工程、避险工程、防涝工程、排滞泵站等。
●水生态环境体系
-给排水系统：
包括水资源保护、自来水厂、供水管网、排水管网和污水处理；
-环境系统：
水污染防治、污水处理、城市生态景观水系工程；
-防灾系统：
防汛、抗旱、防涝、消防。
各方面信息共享：
为了更好地从市级水务现代化工作的全局审视水务信息化的自身定位，将信息化涉及的各方面要素作为一个整体进行统筹考虑，通过规范数据和业务应用系统模式实现资源共享与业务协同目标，提出适应水务改革与发展需求的信息化推进与管理机制，指导当前和今后一个时期的水务信息化。
应遵照水务信息化综合体系，构造水利信息资源共享与业务协同的规范框架，明确水务业务系统与公共平台、保障环境及其它基础支撑体系间的相互关系，形成指导与协调水务信息资源、业务系统和运行支撑与安全系统等建设的，技术架构、公共资源服务平台与软件（数据）产品充分利用已建系统积累的信息化资源，逐步对已建系统。
进行整和完善，同时对在建和新建系统加以规范和引导。
二、完整智慧水务的建设步骤
第一步实施全面日常监管工作，实时掌握水环境
通过数采仪、无线网络、水质水压表等在线监测设备实时感知流域整体分布、水流、水质、自然降水、人工蓄水、生活用水、工业用水、农业用水、污水排放等信息，形成“城市水务物联网”,记录在案，全面监控，然后共享给市政、企事业各方机构和公众。
通过数学模型对这些采集得来的海量数据进行快速处理和分析并做出相应的处理结果辅助决策建议,以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程。
政府、水务局、自来水公司、污水处理和建设部公司可以采用三维可视化的方式合理规划流域内工厂和农业灌溉数量、位置和规模；科学计划域内和周边城市、工业和农业用水和调水；科学管理污水排放、回收、清洁、再利用；及时预知城市管网、输水、水压力的健康情况，根据要求，对各种基础设施进行维护、检修和建设。
第二步加强对突发事件的响应，包括预警和预测
预警指对于危机的风险管理和事前警告，例如暴雨洪水预警。
预测则是强调事件发生后的影响估计和快速应对。
以水污染为例，一旦出现污染事件，城市应急部门通过实时数据，判定污染地点、污染物质、扩散速度，分析随着时间推移污水会在对下游产生何种程度的影响，采取污染处理紧急方案，协调市政部门或商业、工业、农业部门，在计划时间内解决问题，协调污水处理公司实施恢复性救助和指导受影响地区和工、商、农业采用正确措置应对问题、恢复生产。
第三步数学建模搭建智慧系统，落地生态城市建设
零散的数据能提供给决策者的信息是有限的，需要通过一个或数个互联互通的数据平台和多维度的数学模型分析延展开。
除了流域水质本身的信息之外，水资源管理链条上各个相关部门必须借助于其他很多信息，参考大量数据，做出分析决策，数据背后对于关联性的洞察才可能带来更大的价值。
比如：
地理信息，沿河分布的企业、工厂信息，天气的信息。
三、智慧水务的基本技术架构
基础层主要包括系统建设所需要的软硬件设备，是系统建设的基础，包括操作系统、数据库管理系统、GIS平台、监测设备以及网络、服务器等软硬件设施。
智慧水务数据中心集成开发平台，简称数据中心，包含数据仓库、功能仓库、工作流管理以及搭建平台，可以提供应用搭建和业务协同机制，支持用户灵活配置、扩展系统，实现数据与功能共享，以适应不断变化的城市供水客户与市场需求，使供水管理信息化工作步入持续快速的发展轨道。
智慧供水服务平台将供水业务功能和数据以“服务”形式提供给不同的业务应用，为供水业务系统的构建提供了理想的数据和功能的环境。
最上层为智慧应用包含管网管理、巡检、检漏、水力模型、水质监控预警、商务智能、智能调度等等。
四、智慧水务的技术发展趋势
改造水资源利用循环系统和改善水环境，是水务行业里面总体方向。
在管理层面实现档案数据存储与交互、业务核算与管理，在技术层面实现数据更细与监控、工程演示与测算。
从而最终实现科学调度决策和信息资源共享。
第三章水务现阶段主要解决方案
对于城市级水务解决方案主要包括：
一、山洪灾害预警
系统简介：
洪涝灾害频发，不仅影响经济社会正常发展，而且影响城市居民的工作和生活秩序。
为了最大限度地减轻灾害性强降雨带来的损失，各个城区尽快建立完善城市暴雨洪涝监测、灾害风险评估体系。
把城市暴雨内涝的地面积水点、洪水水情和雨量自动监测、天气预报结合起来，对洪涝灾害进行模拟。
应用功能：
1）信息监测与传输
2）综合信息服务
3）防洪预警与调度决策支持
通过实时洪水预报、洪水演进模拟、灾情评估和防洪调度仿真，为科学合理地统一调度、运用防洪工程、控制、调节和疏导洪水等提供技术支持手段，提高防汛决策的准确性和时效性，最大限度地减轻洪水造成的灾害损失。
二、城市防汛应急
系统简介：
防汛应急指挥系统涵盖防汛应急管理指挥全过程的信息化需求，以软件系统建设为核心，以地理信息系统和电子政务协同服务平台为支撑，基于空间电子地图实现可视化的危险源管理、应急资源保障、预案管理、应急接处警、预警监测、指挥调度和协同会商等，将防汛应急管理全过程纳入图上作业，目的是打造全流程可视化的防汛应急管理和指挥协同平台，为政府防汛指挥工作提供可视化辅助决策依据。
应用功能：
1）监测预警
2）协同会商
3）指挥调度
三、水资源监控与管理
系统简介：
以支撑最严格的水资源管理业务为核心，充分依托水利信息化基础设施，以资源整合和信息共享为手段，建设以水源、取水、用水和排水等水资源开发利用主要环节的监测以及大江大河行政边界控制断面、水功能区监测为基础，以水利政务外网和政务内网为依托，以业务应用系统为重点的水资源管理系统，形成支持水资源管理体系的工作业务平台和决策支持环境，从而为各级水行政主管部门更好地履行水资源管理职责，实现水资源优化配置、高效利用和科学保护目标提供支撑。
应用功能：
1）信息采集与传输系统
信息采集包括供取水监测、地表水监测、地下水监测、水功能区监测、排污口监测、行政边界断面监测、河道水情、气象雨情等监测项目。
所有原始数据均存入水资源综合数据库，为水资源统一管理、分析、评价、预报和决策提供信息依据。
2）水资源信息服务系统
提供对各类监测数据的综合信息服务，包括水资源监测信息接收处理、运行实况综合监视与预警、统计分析等。
3）水资源业务管理系统
4）水资源调度配置系统
在监测、统计、模型相结合的基础上，为决策者提供多角度、可选择的水资源配置、调度方案，供决策参考，并为业务管理提供边界条件和审批依据。
5）水资源应急管理系统
对各种紧急状况应急监测的信息进行接收处理、实况综合监视与预警、统计分析等，以积极应对各种突发状况和事故。
四、城市排水管网
系统简介：
城市排水管网具有种类繁多、纵横交错、结构复杂、分布广泛、隐蔽、信息量丰富、查询工作量大、保存期长、要求不断运行使用等特点，传统的图纸、图表等形式记录保存管线资料，并在此基础上进行传统手工管理的方式已经无法适应现代城市排水行业基础设施管理的需要，用先进的计算机信息技术对城市市政排水设备设施进行管理已迫在眉睫，因此，依托GIS开发城市排水管网信息系统是对日常城市排水业务进行科学管理以及实现对排水设备设施管理定量化、信息化的保证。
应用功能：
体系具有管网分析、方案管理、空间编辑、属性编辑、模拟结果表达、数据查询、资料管理等基本功能模块，同时管网监测、管网规划设计、户线接入、管网三维、模拟结果率定、参数率定、暴雨生成等专业扩展模块。
☆排水管网数据处理
排水管网数据处理
标准化管网数据格式：
对当地管网普查数据进行分析、处理、定制数据入库技术路线；
管网拓扑关系检查：
对原始数据中的拓扑错误进行查询定位，协助进行管网数据的补测；
管网拓扑关系修正：
对管网数据中的拓扑错误进行修正，构建准确、完整的管网拓扑关系修正；
建立管网综合管理数据库：
建立结构完整，格式统一的排水管网综合管理数据库；
数据持续更新维护机制：
对管网模拟数据库进行持续的更新和维护，保证模型的准确性。
☆管网建模与综合评估
数字排水平台（DigitalWaterDS）将GIS技术和专业模型合理集成，充分发挥两者的优势，具有排水系统资料管理和水量、水质模拟等功能，可构建排水管网模型，可进行排水系统综合评估、排水业务分析、城市非点源污染评估。
管网建模与综合评估
构建排水管网模型：
利用普查数据、GIS数据和监测数据等进行排水管网模型参数的率定和验证；
排水系统综合评估：
对排水状况进行全管网水利分析，指导管网的改造、养护、清淤等工作；
排水管理业务分析：
通过对多种情景的模拟，对流域内排水管网的优化调度、泵站的合理利用进行分析，制定科学管理方案；
城市非点源污染评估：
对城市降雨径流污染负荷进行估算，对污染特征进行分析，对治理措施进行模拟。
五、河道综合管理
系统简介：
河道管理信息系统面是面向河道管理部门业务，以河道现状数据和土地利用数据为基础，以河道管理相关技术规程和政策要求为依据，以GIS和工作流为基础平台、以计算机网络为传输载体、使用可视化技术，实现对河道基础数据的管理、更新和应用；并利用信息系统实现河道管理业务办公自动化基础数据的维护和更新，提高河道管理的效率和质量，充分利用GIS技术和计算机技术来减轻河道管理的劳动强度，实现河道管理的信息化、规范化和高效化。
应用功能：
河道基础信息管理：
提供市级、镇级和其他河道多级别的河道全数据管理以及河道基础信息的录入、编辑、查询定位、统计输出等功能。
1）河道蓝线管理：
提供基于不规则三角形内心算法的河道中心线的自动提取功能，并以河道中心线数据和土地利用数据为基础，结合大量辅助作图工具，绘制河道蓝线。
2）河道占用单位管理：
提供河道占用单位的新增、编辑、分类统计以及河道占用单位年审状态、缴费状态的可视化展示。
3）河道工程管理：
提供对河道附属工程设施，如：
泵站、排污口、码头、堤坝等的新增、编辑、符号化等功能
六、闸泵站自动控制
系统简介：
闸门自动控制系统应用传感器、自动控制、通讯及计算机等技术，实现闸门实时信息自动采集、传输和控制等。
应用功能：
1）上位机功能
①．采集下位机（工控机）系统设备运行实时数据。
②．远程控制闸门的开度，具有群控制及单机控制功能，并动态显示闸门操作过程。
③．计算各闸门流量、合计流量。
④．具有闸门启、闭运行自动记录功能。
⑤．编制打印运行日志、月志、年统计表。
⑥．保留系统原手动操作功能。
⑦．建立实时数据库及历史数据库。
⑧．具有查询，报警功能。
⑨．具有良好的中文人机界面。
显示功能：
上、下游水位过程线，闸门开度柱状图，流量过程线等。
2）现地监控站（工控机）功能
①．接受上位机运行指令，采集现场闸门的位置和状态信号、上下游水位信号及现场各类设备运行实时参数与状态信号。
②．根据上位机下发指令进行各扇闸门的群控和单控，具有按给定开度或给定流量实现闸门开度的定点控制功能。
③．脱网单机运行，可以在现地控制柜上进行单门自动控制操作。
④．可以显示闸位信号与运行状态信号。
⑤．具有运行状态判别，故障多重保护功能：
在停机指令发出后，可监控上升，下降接触器的实际状态。
当接触器发生故障不能断开时，PLC将在规定的时间内发出主回路分断指令，将电机回路切断，保证设备运行的安全性。
⑥．具有现场手动控制功能：
提供手动操作按钮、指示灯、闸位显示以及电机过流保护。
3）视频监视系统功能
①．视频信号的全方位显示。
视频信号传送到硬盘录像机，图像可以根据系统预定的时间在设置好的显示终端设备上显示并能进行自动切换，显示不同监控点的图像；同时监视主机可对监控点的三可变镜头的变焦、聚焦、光圈，全方位云台的上、下、左、右进行控制和操作，及时掌握各监控点区域范围内的运行情况。
②．视频信号的录制。
通过数字硬盘录像机，可以自由的设定开始录制的起始时刻、时间长度等选项。
有选择性的对视频信号进行录制，合理使用存储空间。
③．视频信号的远传。
系统可将远端监控点传输到监控中心的视频信号通过图像服务器进行压缩处理，可通过电话线、LAN/WAN、ISDN、DNN等方式传输到所需要的远方任何一个地点。
④．系统的安全与保密性。
在视频监控系统中提供三级安全和保密控制：
一是一般查询功能；二是操作功能，能对系统进行操作，既可以进行查询，也可以进行控制；三是系统管理员，除了具有操作员的一切功能外，还能对系统进行修改和扩充。
为了保证系统安全性，各种登陆都需要口令。
⑤．系统的自我监测与维护。
系统的软硬件具备自动的通讯监测和自我维护功能，对系统自身故障能及时给与告警和记录，同时误操作和部分故障不会导致系统崩溃。
七、三维电子沙盘
系统简介：
三维电子沙盘，又称三维数字地图，三维地理信息系统。
是遥感、地理信息系统、三维仿真等高新技术的结合。
应用功能：
三维电子沙盘的数据包括：
基础地理信息数据、模型数据、属性数据、图形数据等，系统可提供前端的数据管理工具，对后台数据进行管理，如：
添加、删除、更新等。
通过在三维场景中加载基础地理信息数据可以呈现真实的地理环境，如海水、地形等。
可以针对不同的方案设置不同的模型数据，用户通过链接的方式将模型数据同时与属性数据关联，达到方案推演的真实效果。
第四章江苏省内水利信息化项目
一、“十二五”水利信息化项目省级投资估算表
序号
项目名称
投资（万元）
一
省水利数据中心
6500
升级会员 