北京市智慧水务顶层
设计案例
北京市智慧水务顶层设计案例
随着全球物联网、新一代移动宽带网络、云计算等信息技术的迅速发展和深入应用，信息化发展正酝酿着重大变革和新的突破，更高阶段的智慧化发展已成为必然趋势。2008 年，IBM提出重大社会发展理念：“智慧地球”，认为世界的基础结构正在向智慧的方向发展，可感应、度量的信息源无处不在，互联网平台让这一切互连互通，让一切变得更加智能化；随后，又提出“智慧城市”的崭新
理念，欧美发达国家掀起了建设智慧城市的热潮。2011 年起，智慧城市的理念在国内得到广泛认同，2012 年，北京市发布《智慧北京行动纲要》，正式开启从“数字北京”向“智慧北京”跃升的新篇章。借助“智慧北京”、“推进水利信息化建设”等外部大环境，积极跟踪物联网、云计算等高新技术的发展，围绕水务中心工作谋划北京水务信息化的新发展，提出了建设“智慧水务”的构想，旨在通过信息化建设促进和带动水务现代化，提升水务行业社会管理和公共服务能力，保障水务可持续发展。
1北京水务信息化发展现状
从“十五”到“十二五”初期，北京水务信息化发展经历了起步萌芽（2002 年前）、基本建设（2002—2005 年）、业务应用（2006—2010 年）3 个重要阶段，北京水务信息化工作按照“统一规则、分步实施；平台公用、资源共享；应用先导、务求实效”的原则，全面开展了 1 个基础设施平台、1 个综合数据库、6 大业务应用、3 个保障环境的建设。初步形成了“数字水务”的基本成果，实现了支撑北京水务可持续发展的应用绩效，水务信息化建设进入“整合共享、深化应用”的发展阶段。初步建成雨情、水情、水环境、工情、供水、排水、节水等 11 类信息采集系统；形成上连北京市政府、水利部、海河水利委员会，横连北京市交管局、气象局，下连 14 个区县水务局、28 个局属单位的骨干通信网。建成局中心综合数据库，涵盖 8 大类45 小类业务数据；建成信息共享交换平台，向局内 25 个单位及市应急管理办公室，以及交通、市政市容管理委员会等部门共享数据。在水资源、城市应急防汛、供排水、郊区水务及水务工程管理等核心业务领域建设了一批重大应用系统。初步完成信息化标准、运行管理维护及信息安全 3 大保障环境的建设。
尽管水务信息化取得了丰硕成果，但是距离“智慧北京”、“水务改革发展”的要求还有很大距离。水务信息化工作仍存在以下一些制约发展的瓶颈问题，必须充分认识、积极应对、妥善解决：
1）监测不够全面。目前北京市水务监测能力在国内处于领先水平，但还存在信息采集站点内容不够均衡，布设密度和深度不能完全支撑水务精细化管理的要求，设备的完好性、可用性和可靠性有待进一步增强和优化。
2）决策支持不够科学。随着水务信息化应用的逐步开展，应用系统建设主要集中在水文水资源、防汛抗旱、工程自动化方面，在水环境、水生态及决策支持等方面的应用还较少；系统功能大都以信息服务为主，主要满足日常管理需要，辅助决策类、统计分析类系统不足，不能有效
满足水务决策、应急管理的需求。
3）服务不够主动。目前水务信息化的服务对象涉及政府部门、水供应商、社会公众等，基本能够满足各类用户的需求，但尚处于被动服务的阶段，在主动性、便捷性、人性化等方面存在改进空间。
4）业务不够协同。水务信息化现有的各业务应用系统仅限于各部门内部使用，相互之间只实现了数据共享，尚未实现应用层面的联通、共享，也未实现跨部门、层级的业务协同。
2北京市智慧水务建设目标
智慧水务的本质是一种具有综合性、整体性的行业信息化发展过程，也可以指符合智慧化特点的一个具体的城市或区域的水务系统。智慧水务是指把新兴的信息技术充分运用于城市水务综合管理，把传感器嵌入和装备到自然水和社会水循环系统中，并通过普遍连接形成“感知物联网”；然后通过超级计算机和云计算将“水务物联网”整合起来，以多源耦合的二元水循环模拟、水资源调控、水务虚拟现实平台等为支撑，完成数字城市水务设施与物理城市水务设施的无缝集成。依托机制创新，整合共享气象水文、水务环境、市容绿化、建设交通等涉水领域的信息，构建基于数据中心的应用系统，为电子政务、水务业务管理、涉水事务跨行业协调管理、社会公众服务等各个领域及需求提供智能化的支持，从而能以更加精细、动态、灵活、高效的方式对城市水务进行规划，设计和管理，达到“智慧水务”的状态。
北京市智慧水务建设的总体目标如下：充分利用“十五”、“十一五”期间的建设成果，按照“深度融合、全面共享”的指导思想，以物联网、云计算等高新技术为主导，以“自然-人工”二元水循环理论为指导，以计算机通信网络和各采集控制终端为基础，基本建成集高新技术应用为一体的智能化水务管理体系，基本实现信息数字化、控制自动化、决策智能化，使得感知内容全覆盖，采集信息全掌握，传输时间全天候，应用贯穿全过程。
北京市智慧水务建设按照“五年基本建成，八年基本完善”的总体部署，拟分 2 个阶段开展实施，第 1 阶段为 2013—2017 年，基本完成北京市智慧水务建设，初步形成与智慧北京相适应的水务管理能力；第 2 阶段为 2018—2020 年，全面完善北京市智慧水务建设，为智慧北京的实现提供有力支撑。
3北京市智慧水务总体架构
3.1 智慧水务业务架构
根据北京市水务局三定职能和水务业务的实际需要，将水务业务从宏观上划分为决策指挥和公共服务 2 大类，具体组成和架构如图 1 所示。水务决策指挥层的 3 大业务需要水务信息监测与服务类和水务工程建设与管理这 2 项基础业务进行支撑。
3.2 智慧水务总体架构
在水务业务梳理和分析的基础上，按照智慧水务顶层设计的思路，借鉴目前国际国内同类项目建设经验，初步搭建了北京市智慧水务总体架构，主要包括智慧水务监测体系、控制体系、传
输网络、水务数据中心、应用、服务对象、安全保障及推进机制等 8 大部分，具体框架如图 2 所示。
3.3 智慧水务功能架构
智慧水务通过“智能感知、智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度、智能处置、智能控制、智能服务”功能体系，实现水安全智能保障，提高水资源调控能力，以支撑日常和应急状态下的防洪、水资源、水环境和水生态等管理业务工作，具体功能架构如图 3 所示。
4北京市智慧水务建设任务
根据北京市水务信息化发展现状和智慧水务顶层设计的总体框架，智慧水务建设任务可以概括为“4511”，即 4 大监测体系、5 大控制体系、1 个数据中心、1 个应用体系。
4.1 完善 4 大监测体系
主要围绕防汛、水资源、水环境和水生态管理4 类核心业务，完善水务监测体系。和传统的监测手段相比，智慧水务需要利用遥感、卫星、物联网等技术，构建智能感知体系，确保信息互通和资源共享，形成“空天地”一体化的水务立体感知监测体系。
4.2 完善 5 大控制体系
洪水控制体系涵盖潮白河、永定河、拒马河及城市内涝，实现上蓄、中疏、下排的防洪格局；水源控制体系涵盖京密、永引、南水北调和应急等水源，通过南水北调水入京，与本地 10 个水库、6 处水源地及再生水实现统一配置；城市供水控制体系包括城区和郊区供水控制体系，形成城内六区一网和多个郊区供水单元相结合的供水格局；城市排水控制体系包括污水收集和处理体系；生态河湖控制体系包括内城水系、生态廊道及小流域。
4.3 建成 1 个水务数据中心
通过元数据库结合数据资源目录的方式实现数据的标准化管理，并在现有综合库的基础上建设数据仓库，为分析、统计、决策等过程提供数据支撑。建设水信息基础平台，建立形式多样、使用灵活、方便快捷的资源共享服务系统，形成“一张图、一个库、一个平台”。
4.4 构建统一业务应用体系
采用功能个性化定制的思想，水务应用系统由通用和个性 2 种模块组装的方式实现。水务局机关处室和其业务对口的局属单位在共性业务上使用统一的通用模块，针对个性业务可以开发个性模块。通过管理平台实现模块的共享、升级和管理。形成上下贯通、左右协同的业务应用链条，为社会公众、水务各级管理部门提供在线服务和决策支持。
5北京市智慧水务实施路径
5.1 建设原则
为确保智慧水务目标的实现，克服水务信息化发展过程中出现的各自为政、重复建设、信息资源分散、开发利用效率低等全局性问题，智慧水务建设应遵循以下基本原则：
1）统筹规划，稳步推进。依据《北京市智慧水务顶层设计》部署，统筹安排建设任务，逐一落实，协调、稳步推进各项建设内容，满足当前工作的迫切需要。同时，建立有效的工作协调机制，健全相关办法，制定标准与规范，采取有效措施，促进重点项目建设在技术上统一标准、框架，确保信息的互联互通，促进资源的整合、公用、共享，充分发挥各种资源的作用和效能。
2）需求驱动、急用先建。以满足实际需求，提升业务支撑能力为目的，建立以应用需求为导向、信息技术应用服从水务事务和业务需求的科学发展模式，在保障系统可扩展性的基础上，选择实用先进的信息技术，建立可配置、易扩充和能演化的系统，注重实用、好用、够用，确保系统尽快发挥效益。
3）注重整合、资源共享。所有信息基础设施，都必须按资源共享的原则建设和应用；特别是要依托水务数据中心建设，建立信息交换平台，在全市水务系统内部最大程度地共享信息资源，对社会公众要最大程度地开放公共信息，实现资源优化配置、信息互联互通、政务公开透明，促进信息基础设施和应用系统效能最大化，避免重复建设。
4）建管并重，注重运维。加强建设项目的规范化过程管理与科学评估，明确各类信息基础设施及业务应用的合理生命周期，将所建系统的运行维护管理方案及合理生命周期内所需备品备件纳入设计内容，落实运行维护经费和组织方式，强化日常管理，保障水务信息系统建得成、用得好、可持续。
5.2 应用系统建设模式
智慧水务的核心体现在应用层面，应用系统建设将以现有系统整合为主，现有系统升级改造和新建系统为辅的方式开展。
5.2.1 现有系统整合
现有系统整合分为数据资源与应用系统整合2 个层面。数据资源层面的整合针对运行良好、相互功能交集较小，但具有一定数据联系的现有应用系统，通过分析系统之间的数据关联关系（数据类型、流向、共享需求等），确定整合后的数据资源结构，并对上层应用系统进行相应改造，实现同一数据资源上不同系统的稳定运行。应用系统层面的整合是在云计算服务环境下，基于 SOA 架构，对当前在不同的开发平台下，用不同的开发语言、架构设计开发，并且运行于不同网络环境当中的信息系统进行深入分析，将业务流程分割包装成不同的服务，并整合在统一的网络中，对使用者提供透明化的服务，从而实现系统的松散耦合。
5.2.2 现有系统升级改造
对不能满足智慧水务业务需求的系统进行评估，找出目前运行状况良好的系统，按照智慧水务顶层设计业务需求，在云计算与物联网环境下，基于 SOA 技术架构对业务流程进行重新梳理，并采用工作流、可视化等技术对业务流程进行建模，构建可变动的业务流程定制机制，实现对现有系统的改造，以满足服务社会公众和支持领导决策的需求。
5.2.3 新系统建设
对于无法通过升级改造达到相应的建设目标，或者升级改造成本过高，或者承担了新的工作和任务的系统，需要建设新的信息系统。新建系统要基于统一的布局、标准和开发平台，充分考虑软硬件的兼容性问题，以提高各业务系统的开发效率，方便各业务系统间的集成，实现各系统间的互联互通与信息共享，从而保障跨部门的业务协同。
5.3 智慧水务建成后预期效果
智慧水务建成后，将形成“4511”的水务信息化综合体系，实现以水务局为中心，局属单位为分中心的全市水务云服务系统，为基层监控、业务管理、决策支持、公共服务，提供全面、可靠、灵活、便捷的信息化支撑和保障。
5.3.1 实现控制自动化
面向北京市水源地、自来水管网、排水管网、城市生态河湖水系等各类监控对象，建立防洪工程、水源工程自动化、城乡供水、城市排水工程和生态河湖工程等控制体系，实现水务工程及时、可靠、自动控制。
5.3.2 实现管理协同化
面向业务人员，建立市区两级联动的协同管理工作体制，在业务和政务管理方面实现统一流程、用户、资源、配置的协作化管理。通过对目标、过程、执行及结果等管理的统一把控，使业务人员的管理更加高效、共享和协同，实现精细化管理。
5.3.3 实现决策科学化
面向领导，建立模型，实现多水源多用户水资源联合调度、洪水资源利用、风险管理等分析，为领导科学决策提供支持。通过信息支撑，以及决策依据、方法及过程的科学化，使得水务局领导的决策更加综合、合理、可行，形成科学化决策。
5.3.4 实现服务主动化
面向社会公众，建立涉及水行政、民生的公共服务，提供了解水务的渠道，实现水务信息资源共建共享，避免重复建设。通过服务内容、方式、品质及社会交互，使得社会公众体验到水务品质的人性化、便捷性、舒适性，实现主动化服务。
6结语
“智慧水务”是北京水务落实“智慧北京”的重要载体，总体框架和建设内容是对《“十二五”北京水务信息化发展规划》的细化和补充，是指导未来十年北京市水务信息化统筹发展和协调建设的重要依据，目前已应用于年度信息化项目申报工作中，作为审批水务信息化项目的主要依据。
今后将在智慧水务总体框架指导下，重点研究水务数据中心建设方案、业务应用体系整合联
通解决方案等，实现水务普查数据与日常业务数据的融合，以及面向全市水务系统的信息共享和业务协同，推进全局统筹、集约、协调发展。