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摘要:建立城市水資源智慧系統(tǒng),加強(qiáng)水資源與水環(huán)境的科技化監(jiān)測(cè)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(duì)該系統(tǒng)主要核心構(gòu)架做了介紹,項(xiàng)目實(shí)施后,系統(tǒng)運(yùn)行良好,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、管理效益,該工程的實(shí)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(qiáng)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(diǎn)江河的排污口、重點(diǎn)水功能保護(hù)區(qū)、河流縣際間斷面的在線監(jiān)測(cè),建立蘇州市城市水資源智慧系統(tǒng)勢(shì)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(hù)、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(chǔ)、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(jī)制,實(shí)現(xiàn)蘇州市城市水資源信息“自動(dòng)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)字化存儲(chǔ)”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(jì)、社會(huì)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(jì)算機(jī)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?fù)鋱D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(diǎn)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(hù)及調(diào)度水資源的數(shù)據(jù)來(lái)源和方案依據(jù)[2]。為蘇州市水資源實(shí)時(shí)調(diào)度決策提供支持。除了重點(diǎn)點(diǎn)位的視頻監(jiān)測(cè)外,監(jiān)測(cè)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(jí)河流。其中,水源地和地下水監(jiān)測(cè)內(nèi)容除了水位、水質(zhì)外、地下水監(jiān)測(cè)還應(yīng)增加水溫的監(jiān)測(cè),其余檢測(cè)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)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(dòng)采集和人工采集兩種方式。自動(dòng)采集的完成依托在線監(jiān)測(cè)站,有些數(shù)據(jù)采用自動(dòng)采集產(chǎn)生的費(fèi)用太高,還有些數(shù)據(jù)因當(dāng)前缺少技術(shù)支撐不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集,針對(duì)這些情況,需利用人工采集,主要完成方式為人工巡測(cè)。
1.4計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)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(shí)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(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、語(yǔ)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(diǎn)污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接,實(shí)現(xiàn)信息的共享和交換。所有對(duì)接單位都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了政務(wù)網(wǎng)和電信VPN專線的外部網(wǎng)絡(luò)鏈路,項(xiàng)目實(shí)施時(shí),可以根據(jù)具體情況,選擇通過政務(wù)網(wǎng)或電信VPN實(shí)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(duì)水資源的管理業(yè)務(wù)市場(chǎng)需求進(jìn)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(xiàng)業(yè)務(wù)管理中,按照技術(shù)先進(jìn)、效率高、易操作的原則,進(jìn)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(gè)子信息服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)成:三條紅線預(yù)警、實(shí)況監(jiān)測(cè)、信息發(fā)布等。該系統(tǒng)以綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS技術(shù)為核心,服務(wù)對(duì)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(lán)、三項(xiàng)指標(biāo),其中,若超過黃色和紅色的報(bào)警臨界指標(biāo),預(yù)警服務(wù)啟動(dòng),預(yù)警方式為閃爍報(bào)警[5]。2.2.2實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息服務(wù)子系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)范圍主要是蘇州市主要流域和行政區(qū)劃。重點(diǎn)對(duì)象為蘇州市主要的河流、小型以上規(guī)模的水庫(kù)、水閘、各類監(jiān)測(cè)站、重點(diǎn)水源地和取水口等。系統(tǒng)用戶和預(yù)警對(duì)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(dòng)提示模式。不論是用戶觸發(fā)狀態(tài)下人工檢索,或者自動(dòng)提示模式下系統(tǒng)收到信息,只要此時(shí)獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、預(yù)報(bào)數(shù)值為報(bào)警項(xiàng)時(shí),就立即與系統(tǒng)中的報(bào)警門限值比對(duì),選擇彩色閃爍、聲音、光線等形式,反映相應(yīng)的實(shí)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(duì)象為從事水資源管理工作的人員和社會(huì)公眾,主要原理是利用綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和GIS技術(shù)為服務(wù)對(duì)象構(gòu)建操作平臺(tái),該平臺(tái)能提供水資源、水環(huán)境方面的信息服務(wù),主要有查詢、實(shí)況監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)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(huì)等。通過增強(qiáng)水資源信息服務(wù),吸納公眾參與到水資源保護(hù)和管理的行動(dòng)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(huì)影響[6]。2.2.5交換信息服務(wù)子系統(tǒng)。實(shí)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(dá)和上報(bào)、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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)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(tái)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(tái)共4個(gè)子系統(tǒng),分別為:2.3.1取用水總量管理系統(tǒng)。對(duì)主干河流,編制的水量調(diào)配方案進(jìn)行管理,并編制年度水量計(jì)劃,審核后,進(jìn)行傳達(dá)。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(jì)劃管理,考核與結(jié)果管理。主要功能項(xiàng)包括實(shí)現(xiàn)考核方案與指標(biāo)體系管理、實(shí)現(xiàn)年度目標(biāo)與工作計(jì)劃管理、實(shí)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(jì)劃這兩種,同時(shí),又具備服務(wù)于水資源管理的功能,如信息支持,分析、計(jì)算、記錄結(jié)果,綜合會(huì)商等服務(wù)。內(nèi)容涵蓋水資源管理的實(shí)時(shí)狀況評(píng)估、預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào),規(guī)劃與分配,年度配置計(jì)劃,月(旬)調(diào)配方案,實(shí)時(shí)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(jī)發(fā)生時(shí),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(huì)商管理四個(gè)專項(xiàng)應(yīng)急模塊啟動(dòng),進(jìn)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(chǔ)、指揮中心的安控機(jī)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(shí)間產(chǎn)生危機(jī)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(shí)時(shí)監(jiān)控與管理系統(tǒng)的安全防護(hù),從系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)安全性兩個(gè)方面進(jìn)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(jì),軟件可靠性設(shè)計(jì),雷電防護(hù)和斷電措施設(shè)計(jì)來(lái)保證;系統(tǒng)安全性主要從防黑客攻擊和安全認(rèn)證角度進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)安全和應(yīng)用安全設(shè)計(jì)。固態(tài)存儲(chǔ)器安裝在各個(gè)監(jiān)測(cè)站后,監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、自動(dòng)重傳。骨干網(wǎng)絡(luò)采用光纖專線作為信道,監(jiān)測(cè)站到監(jiān)控中心的信道采用GPRS(無(wú)線測(cè)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(jī)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(dòng)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(cè)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(cè)站需在房頂配套設(shè)置閉合式均壓帶,另對(duì)所有監(jiān)測(cè)站內(nèi)的電力和通信線路均實(shí)施屏蔽,包括連接傳感器的信號(hào)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(diǎn)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(tái)入侵防御系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)黑客攻擊的主動(dòng)防范和及時(shí)報(bào)警,并配置1套病毒防護(hù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)病毒的防范。
4結(jié)語(yǔ)
項(xiàng)目實(shí)施后,增加了水資源時(shí)空調(diào)配能力,通過實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和信息化數(shù)據(jù)傳輸,提高了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性,城市水資源在時(shí)空配置方面得到有力的信息化保障,促進(jìn)了水資源專項(xiàng)費(fèi)用征繳工作的開展,使水資源專項(xiàng)費(fèi)用全面覆蓋各用水戶和單位,解決了項(xiàng)目實(shí)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(wàn)m3,有力推動(dòng)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(jì)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(qiáng),管理經(jīng)費(fèi)呈下降趨勢(shì)。
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作者:李昱春 劉國(guó)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(jì)有限公司 蘇州吳中經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)行政審批局