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王俊:基于“互联网+”的长江水文监测体系研究

2018年08月15日  来源: 长江技术经济杂志

1  引言

随着信息通信技术的快速发展,我国逐步进入信息化社会,而物联网、大数据和云计算等技术的出现,又引导信息化社会进入“互联网+”的跨界融合阶段。习近平总书记在2015年第二届世界互联网大会上谈到“互联网+”,国务院总理李克强同年在政府工作报告中提出“互联网+”行动计划,国务院印发《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》,为各行各业实施“互联网+”计划进行了顶层设计。“互联网+”是把互联网的创新成果与经济社会各领域深度融合,推动技术进步、效率提升和组织变革,提升创新力和生产力,形成更广泛的以互联网为基础设施和创新要素的经济社会发展新生态。

随着移动互联网、人工智能等新技术、新业务的发展,各行各业正在以互联网为平台进行融合创新,进入到了“互联网+”快速发展的时代。“互联网+传统集市”成了淘宝、京东等电子商城,“互联网+广告”成了百度,“互联网+安保服务”造就了360安全卫士,“互联网+出租车”成了滴滴打车等。而“互联网+传统水文监测”正是长江委水文局目前正在围绕服务安澜、绿色、和谐、美丽长江,开展的一项重大研究课题。

2  长江水文监测体系现状

2.1  水文监测站网

水文监测是指通过水文站网对江河、湖泊、渠道、水库的水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温、水质、墒情、冰情、风暴潮等实施观测,并进行分析和计算的活动。根据业务需要,长江委水文局在重庆、汉口、南京、上海等地设立了8个外业勘测局,负责水文监测业务的具体实施,多年来在长江干流及重要支流已建成较完备的监测网络,截至2017年底,共设立水文站118个、水位站233个、降水量站29个、蒸发试验站2个、水环境(水生态)监测断面327个、河道固定断面4700余个。这些监测站网为长江流域防洪减灾、流域规划、城市建设、环境保护等方面,提供了准确可靠的分析研究和设计成果,收集了较为完整的系列水文测验资料近2.8万站年,取得了巨大的社会效益和经济效益。

2.2  监测业务流程

水文监测产品是长江委水文局主要产品之一。为了保证水文监测产品成果质量,长江委水文局在全国水文行业中首家通过认证并执行ISO 9001∶2000标准,遵循基于PDCA(Plan Do Check Action)的模式进行过程控制与管理,形成了由任务下达、设备检查、外业测验、内业整编、产品交付等环节构成的水文监测体系。

3  水文监测存在的主要问题及原因分析

随着长江经济带发展战略深入实施、经济社会的快速发展和人民美好生活的需要,长江水文监测在服务公众、时效性等方面还存在着一些短板,主要表现在以下几方面。

3.1  成果时效性较低

水文资料整编成果是水文监测最终环节,是经济社会发展和建设的重要基础资料,对于保障防洪安全、供水安全、生态安全,开展水工程建设、做好水资源管理保护和生态修复等方面具有重要作用。随着经济社会的快速发展,特别是最严格水资源管理制度的实施、河湖长制管理考核和生态水量管理等工作,对水文整编资料的时效性和质量提出了更高的要求,一般都要求按月提交整编成果。而现有的整编作业模式,一般要在第二年3月完成水文整编成果复审,10~12月完成全国终审并刊印。时效性远远不能满足经济社会发展的需要。

3.2  公众认知度与参与度不够

水文监测产品是一种无形产品,表现为各类图表数据。而依托于水文监测产品的二次产品主要有工程水文设计成果(如频率曲线)、水文预报服务产品(各类预见期水文预报)、水资源管理统计报表等,这些产品以往主要服务于流域规划建设、防汛抗旱等,直接服务民生力度还不够。譬如,气象部门的产品可提供与民众出行、生活直接相关的天气预报及各种指数(如感冒指数、穿衣指数、洗车指数等)。而水文部门除了在汛期发生大洪水期间提供水情报汛等信息外,其余时段则似乎与民众生活关系不大,因此“存在感”偏低。

3.3  行业内部管理难度较大

现有监测体系从任务下达、仪器检查、外业测量、内业整编到产品交付的各个环节,从逻辑层面看是相互联系的,但在实际操作时却往往相对独立。各个环节之间形成一定的信息孤岛,内部管理难度较大。比如,水文测站为了合理地安排流量测次,往往需要关注上下游水情变化,了解某测站最近流量测次安排时机及流量大小,这些信息都需要人工进行问询,十分不便。再比如,对于某站流量测次的安排是否合理,是否按照任务书拟定的要求执行,由于数据未上网,也无法进行动态跟踪管理、效率低下。

分析问题产生的原因,主要是以下四个方面:一是监测信息链路不通畅。从任务下达、仪器检查、外业测量、内业整理、产品交付整个业务流程中任何一个环节还未全部实现信息化,数据成信息孤岛态势,都会导致水文监测业务信息链路不通,信息的传递与反馈不畅,无法精准地跟踪各个环节的进度,不仅会增加内部管理的难度,同时还会大幅影响水文监测产品交付的时效性。二是监测手段时效性不够。为了满足最严格水资源管理、河湖长制的考核管理以及生态文明建设的需要,需在某些控制断面实行水量在线监测,但受建站条件、仪器性能、交通通信、投资经费等因素限制,未能实行在线监测,仍然采用传统监测手段,这也是导致监测数据时效性无法满足要求的直接原因。三是整编手段待优化。原始监测数据不上网导致无法及时整编,单机版整编软件无法做到整编成果在线汇交、成果数据库版本控制难度增大、整编成果无法及时展示,这些都制约了水文监测产品时效性的大幅提高。四是数据深度挖掘缺失。水文监测数据是具有时空二维属性的结构化数据,在数据挖掘、大数据分析等方面,具有很大的发展空间,尤其是在服务经济社会发展、贴近民生方面几乎为空白,还需进行仔细深入的研究。

4  长江水文“互联网+水文监测”研究

按照ISO9001定义,产品就是向市场提供的能够满足消费者或用户某种需求的任何有形物品和无形服务。水文监测产品实质上是一种无形服务,表现为数据、图纸、报告等,归根结底水文监测产品就是数据,是一种信息。而互联网化就是利用互联网手段对信息进行有效提取、加工、分发等,这就为传统水文监测与互联网进行有机结合创造了条件。

为了补齐长江水文监测体系中存在的短板和低效点,必须改变传统固有思维,树立互联网思维,积极实现长江水文监测与“互联网+”相结合;充分发挥互联网在促进水文监测模式升级以及信息化和工业化深度融合中的平台作用,推动水文监测生产方式和发展模式变革。其重点是构建平台统一、深度融合互联网的水文监测综合管理平台,实现水文监测全业务流程链的在线管理,构筑“互联网+水文监测”的现代化监测体系。

4.1  “互联网+水文监测”的必要性

“互联网+水文监测”顺应时代发展的需要。传统水文监测模式由于为线下模式,导致监测、信息发布等环节时效性无法满足经济社会发展的需要。“互联网+”的核心是“连接”,利用互联网技术,尤其是移动互联技术将水文监测的各个环节进行有机串接,作为水文监测技术发展的新引擎、新驱动,必然是顺应时代的发展,可更好地为经济社会服务,更好凸显社会水文作用。

“互联网+水文监测”实现传统水文向智慧水文的蜕变。“互联网+水文监测”是长江委水文局水文信息化建设从注重部门、专业的局部发展模式向共享、集约的全局发展模式转变,从以满足处理日常事务需求为主向提升综合信息服务能力转变的需要。利用大数据分析、云计算、人工智能等技术构建“互联网+水文监测”,将成为未来水文监测的新生态,实现传统水文向智慧水文蜕变。

4.2  实施“互联网+水文监测”的原则

实施“互联网+水文监测”要遵循以下原则:一是要涵盖全业务流程链,建立包括任务下达、仪器检查、外业测量、内业整编到产品交付的唯一、清晰和完整的流程链,将互联网技术与传统监测深度融合,避免形成两张皮。二是基于现代信息通信技术,重点应用移动互联网、云计算、大数据、物联网等信息通信技术。三是平台统一,采用统一平台和应用程序,各单位和各业务不再另行采用自编程序。四是与已有系统完全兼容,做到数据访问接口统一,做到“一数一源”。

4.3  “互联网+水文监测”顶层设计

4.3.1  构建全流程综合管理系统,大幅提高监测产品时效性

构建基于“互联网+”的水文监测综合管理平台,打通水文监测全业务流程信息链路,利用互联网技术贯穿水文监测任务下达、仪器检查、外业测量、内业整理、产品交付整个业务流程,使各环节互联互通。重点应在以下几方面加强设计:一是提高原始监测数据的时效性。对于可实施在线监测的站点,开发基于声学、光学、水力学等原理的多元异构水信息在线监测平台,并实现监测要素的在线自动整编;对于无法实行在线监测的站点,利用移动互联技术开发水文测验APP,将人工监测水文要素进行实时推送,将原始监测数据由原来的“离线”模式升级为“在线”模式,提高其可访问性。二是对现有平台实行无缝对接与兼容。对于水文监测涉及到的人员、站点、设施设备等信息,则直接通过标准接口在现有平台进行实时抓取,避免重复开发,造成信息不对称。三是研制网络版整编平台。改变现有单机版整编模式,实行网络整编与分布式整编,做到按月整编、日清月结,逐月提交整编成果,大幅提高监测产品时效性,积极为流域水行政管理、经济社会发展建设提供支撑。四是水文监测还应在互联网化的基础上,全面利用数据挖掘、人工智能等技术实现智慧水文,全面推进长江水文科学大数据网络建设,研究水文信息场景体系架构,逐步推动基于知识图谱的水文科学大脑建设。

4.3.2  创新水文监测产品形式,积极服务经济社会建设

水文监测除了提供传统的各类形式的产品之外,在服务经济社会方面还应积极创新。在服务最严格水资源管理、河湖长制方面,可自动生成各类水资源通报、月报,结合各考核指标,实时生成各类考核成果,按照分级权限管理的要求进行信息推送,为水行政管理机构的处置提供决策支持。在服务城市内涝或防洪方面,利用大数据技术,可根据研究区域内的地形、排水系统和水文气象数据,结合水文学、水力学模型,进行情景预测预报和实时评估各区域的淹没风险,并推荐逃生路线和抢险方案。在服务民生方面,可创立各类水文民生指数,并利用微信公众号、各类新闻移动终端等新媒体进行实时推送。譬如,在汛期可根据水域实时汛情设立洪水指数、内涝指数;在枯季可根据实测水面线设立饮用水口无法取水风险指数;根据水域流速、温度场分布设立养殖适宜指数等。创立“免费提供简单服务,付费提供精准服务”的机制,进一步凸显社会水文的作用。

4.3.3  促进水文监测数据共享,更好发挥水文服务功能

深入贯彻共享理念,加快信息共享步伐,利用各种媒体手段,直面社会公众,在基础资料、水雨情信息和预报预警等方面开展多元化共享服务。针对社会难点、热点和关键点问题,在长江经济带建设、共抓长江大保护等方面积极跟进,在水库群联合调度、河湖长制实施、水域岸线治理等方面主动有为,在应急救灾和突发水安全事件中勇担大任,更好发挥水文服务功能。认真履行公益职能,收集准确全面的基础资料,继续做好基础测报预报工作,为管理决策发挥科学的技术支撑,服务安澜长江建设。

5  结语

采用互联网思维提出了“互联网+水文监测”顶层设计架构,构建平台统一、深度融合互联网、全业务流程链的水文监测综合管理平台,实现水文监测全业务流程链的在线管理,构筑“互联网+水文监测”的现代化监测体系,能很好地克服现行水文监测各个环节相对独立、闭塞、未形成有机整体的短板,大幅提高监测产品时效性,更好发挥水文服务功能。

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