省级水利时空信息网络构建的思考及建议——以贵州省为例

刘心怡，苟胜国，朱孟兰，刘 冉

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院，贵州 贵阳 550081)

1 省级水利时空信息网络建设的必要性分析

2008年，水利部出台《加快推进水利信息化资源整合与共享指导意见》[1]，2017年出台《水利部政务信息系统整合共享工作方案》[2]，一系列共享工作方案的出台旨在进一步加快水利信息系统的整合共享，深化水利信息资源的综合利用，促进支撑“放管服”改革，进一步提升政务治理能力。近年来，随着水利信息化投入的不断增加[3]，对于各业务领域的支撑逐渐完善，但业务领域之间数据却难以共享，资源相对独立容易形成孤岛。那么如何打破数据壁垒，为各类业务数据搭建桥梁，最终形成信息网络，显得尤为重要。时空信息网络是一个十分宽泛的概念，所有水利行业监管的对象都有着相应的时空属性，而对于各种关注对象的监管，严格上来说亦是对其本体属性在时空四维概念中变化情况的监管。由此可见，只要利用好时空属性，以时空为桥梁链接各类信息数据，将从数据层面上打破壁垒为水利信息系统的整合共享打下坚实的基础。

2 贵州省级水利时空信息数据现状基础分析

根据《贵州省水利信息化发展“十三五”规划》相关要求，“十三五”期间，贵州省水利时空信息化主要从基础设施整合优化、资源共享与服务、资源深度开发与利用3个主要层面进行扩展[4]。以信息化资源管理与服务为核心的水利信息化建设体系，将包括基础设施与运行环境体系、信息化资源管理与服务体系、综合应用体系和之配套的保障体系等4个方面，形成具有感知识别普适化、异构设备互联化、联网终端多样化、管理决策智能化特征的新阶段信息化建设体系。现阶段进入“十三五”末期，贵州省水利信息化在物联网的构建上、云环境的搭建上都取得了长足的进步。但在调研中发现各业务部门对于信息化成果的应用并不普遍，建设成果对技术单位依赖性较强，上下调度仍采用传统方法，跨部门数据获取通道仍未打通，现有的几十个应用系统也多以“烟囱式”的方式存在，在提升工作效率，加强监管等方面没能展现出应用的优势。

3 贵州省级水利时空信息网建设步骤及建议

省级水利时空信息网数据模型、应用关系见图1。

3.1 业务需求为舵，标准规范为帆

3.1.1 业务需求的深度调研与分析

根据国家及贵州省水利信息化发展方向，利用好水利一张图已有建设成果，积极服务“六网会战”，目光长远地分析“水网”建设过程中对于时空信息数据的需求。以需求为导向，制定时空数据信息网编织方案。

结合贵州省水利“十四五”规划等指导性文件，对该省各级别工作人员包括基层一线工作人员的业务需求进行深度补充调研，对现有系统业务服务短板重新进行调研，对其背后所需的时空数据支撑短板进行总结，结合卫星遥感技术、无人机采集技术等新兴技术对时空数据补短板工作进行统一谋划。

对发达省份水利信息化水平进行调研和对标，总结其时空数据采集及管理的经验教训，有效提升该省智慧水利应用。根据浙江舟山、江苏无锡、上海市等地区多部门协同利用大数据与水利结合应用的成功案例，针对灾害易发、频发地区，横向对接通信、气象、自然资源、应急管理等部门，以大数据挖掘为手段，以水利行业专业特长及优势为基础，结合多行业多部门的数据及专长，形成多部门协同应急的能力。

3.1.2 制定时空数据相关标准规范

根据水利业务部门的特点，针对不同业务层面、不同业务分析尺度，针对不同地域或业务逻辑，其相应的时空数据采集类型、范围、精度、频次、维度等也有所不同。构建相应分级标准及规范，建设标准化数据库，确保数据采集相关工作的规范化实施，引导各级部门采集数据顺利入库，实现海量数据规范化管理。

图1 省级水利时空信息网数据、模型、应用关系

水利时空数据涉及范围广、数据类型多而杂，其中部分数据属于敏感涉密数据，为此，需要严格按照国家相关信息安全管理政策法规，建立完善的信息安全管理制度体系，研究既能保证业务应用又能保证数据安全的两权办法，确保安全而高效地数据使用、数据挖掘和数据应用研究。对所涉时空数据进行密保等级划定，建立统一的水利大数据安全体系，加强重要数据和基础网络的安全防护和监管能力，同时开放低密数据面向公众服务，提高公众服务能力。另一方面，需要建立安全可靠的数据传输、迁移、交付机制以防止数据被泄密和被窃取，在此基础上建立水利时空大数据的权限管理和审计机制，确保数据被正确的使用和管理。

与相关业务部门之间的时空数据流转、调配等可根据应急相关等级签订数据交互协议，实现在特殊时期特殊区域时空数据的迅速共享，共同支撑和服务于决策。

3.2 补充数据短板、编织时空网络

3.2.2 现有多源异构时空数据治理

(1)长期以来，随着水利行业采集数据能力不断提升，水利行政部门在日常和应急工作中积累了大量数据，这些数据呈现出多源异构、分布广泛和动态增长的趋势[5]。通过对数据进行分析，从来源类别看，来源于不同自然环境特征、不同应用专题、不同业务分析尺度、不同体系、不同物联网设备及交叉业务领域等；从数据结构格式看，存在结构化数据和非结构化数据，以及不同数据的存储和交换格式；从数据时间维度看，来源于不同采集时间、不同监测频次以及历史阶段采集数据等。而目前已覆盖区域仍然存在数据采集不完整、不全面情况。对以上数据进行全面治理，任务艰巨，但基础工作决定了上层建筑。地基不牢，则系统应用只能飘在空中，对业务的支撑也无法实现。

(2)对现有数据范围进行解析，就时空数据空白区域结合实际业务需求及未来发展方向，补充相应关注点、线、面空间数据及智能感知终端、覆盖范围等的空间位置并对监测数据进行二三维一体化可视化集成显示，对大面积基础数据的缺失，则需制定相应采集规划或采集方案，逐步实现全省水利相关时空数据的完善。

3.2.3 时空数据标准化

(1)基于实现“一数一源、一源多用”的原则，通过搭建统一数据库框架、编织数据网络，可以实现数据高效集成与互联互通；通过统一的空间数据库框架打破数据牢笼，消除业务壁垒，实现多源异构数据的整体应用。

(2)反向制定各类数据采集尺度、标准以及入库、查询、提取统一编码规则，实现数据标准化管理。通过统一的架构和集成方式实现数据的标准化采集，标准化录入、标准化储存，集中管理、集中应用和集中联动更新，有效降低数据交换和共享的复杂度及耗时度，提高数据使用效率。向上与国家水利一张图相互衔接，向下支撑全省各层级水利信息化查询、分析、计算、规划及决策。横向对标通信、气象、自然资源体系国土空间规划等，进行跨行业、跨部门、多维度、多角度的数据使用与分析计算，实现水利时空数据赋能。

(3)构建多层级数据体系，对时空数据进行甄别和分等定级，建立完善的信息安全管理体制。对供给侧按照业务需求及数据等级进行数据管理和资源调配，精简数据提取流程，提升数据使用效率，全面支撑各级业务部门信息交换及工作调度。全面支撑各级主管部门水利规划、实施及监督的相关工作；而对于需求侧公众服务，则自动提供低风险或脱密数据，提升公众服务能力。

(4)建立完善的数据索引，对已存在水利信息的原始数据进行分析，解析各类数据结构和逻辑关系，利用时空数据挖掘技术在繁杂的水利大数据中迅速查询并提取到关键的数据[6～8]，保证时空数据的使用效率。建立资源目录，优化索引机制，建立动态索引维护机制，对数据进行增、删、查、改操作时，自动完成索引迭代更新。

3.3 优化分析模型、支撑智能应用

3.3.1 现有模型优化升级

(1)数据导向型短板补充，已有系统中，部分时空演算模型为经典模型，在研究与实验中均能取得理想的计算结果，在大量实践中获得证明其演算结果与现实对应性强，但在特定区域实际应用中，分析结果却与现实情况差距较大，分析其问题根源，往往来自于该区域基础时空数据的缺失。数据精度不达标、数据范围不充足、数据时限性不满足等都会造成分析结果的大相径庭。对于这一类问题，应针对性的补充采集相关时空数据，支撑分析计算，真正实现辅助决策。

(2)模型导向型短板补充。在原有系统中，水利分析模型往往基于一些经验模型或是概念模型，模型构建基于某区域抽样数据或小范围数据，在参数的选择及权重的确定上具有偶然性或不确定性，在理想状态下可以进行部分情况的现实模拟，但在实际应用中，虽时空数据量充足其计算仍然频频出现偏差。针对类似原有时空分析模型已不满足于实际需求的，应基于大数据处理思维对原有模型进行优化或重新研发，结合时空数据网络的编织、引入神经网络、机器学习等先进技术，构建全新算法模型，支撑和适应不断变化的水利业务计算需求。

(3)原有系统平台中，对于已不符合现实情况、业务需求已更新、或算法已过时的模型块进行及时剔除，减少系统冗余。

3.3.2 智能应用轻量精准

在大数据及分析模型的支撑下，应用应尽量轻量化，能精准的触及业务痛点。专业而庞大的应用系统过于繁琐而且使用门槛较高，通过对专业分析功能进行模块化处理，简化优化应用功能及操作，实现应用智能化，行业智慧化。

水利时空大数据从多个方面对顶层应用进行支撑，其涉及类型主要分为基础测绘地理信息数据、地理信息专题数据，而结合实际业务需求，对这两种数据中的一部分数据对象增加时间维度后，则形成了第三种用于时间属性的时空数据。三种数据类别共同搭建了整个时空数据的底层基础，而模块化的分析计算工具是数据流向应用的交通桥梁，基础、顶层轻量化应用直接解决客户需求，从而三者相互支撑，共同编织形成贵州省水利时空信息大数据网。

4 结语

随着信息化的快速发展，水利信息化建设面临着新的变革与挑战。在《贵州省水利信息化发展“十三五”规划》期间，贵州省实现了“数字水利”到“智慧水利”的转变，水利信息化建设取得了一定的成效。但在时空信息化建设方面仍存在一定的不足，本文分析了水利信息化中时空信息网络建设的必要性，并从业务、数据、模型三个方面对时空信息化网络提出建设意见，以业务需求为导向、数据完善为基础，优化分析模型辅助进一步加强贵州省水利信息化建设，提升水利信息智能化应用。