淺析“智慧水利”及其應(yīng)用

王雪松

當(dāng)前社會正處于一個飛速發(fā)展的時期，信息化、智能化等高新科技是這個時代的主題。而智慧水利是水利行業(yè)邁向水利現(xiàn)代化的重要組成部分，是反映水利現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，提高了水利工作者的工作效率，為人民群眾的生活質(zhì)量提供了保障，推動了創(chuàng)新型國家的建設(shè)。

一、“智慧水利”的定義

“智慧水利”就是利用信息化、智能化、數(shù)據(jù)化幫助傳統(tǒng)水利邁向現(xiàn)代化水利的一個過程。主要是以數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和管理為基礎(chǔ)，通過運(yùn)用先進(jìn)成熟的通信、衛(wèi)星影像、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、信息采集與處理技術(shù)手段，建立以信息采集與管理業(yè)務(wù)為核心，服務(wù)于防汛調(diào)度監(jiān)控、水環(huán)境監(jiān)測等業(yè)務(wù)的信息化與衛(wèi)星影像作業(yè)平臺，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、采集自動化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化、管理集成化等目標(biāo)。此外，通過水利信息資源高度融合，在水利信息化的基礎(chǔ)上深度開發(fā)利用，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線寬帶、云計算等高新科技與水資源信息系統(tǒng)的融合，實(shí)現(xiàn)水資源信息共享和智能管理，切實(shí)提高水利工程運(yùn)行管理的效率和效益。智慧水利涵蓋了水文、水質(zhì)、水資源、供水、排水、防汛抗旱、排澇等各個方面，是通過各種信息傳感設(shè)備，測量降雨量、水位、流量、流速、水質(zhì)等水資源要素，并通過無線終端設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)傳遞信息，從而實(shí)現(xiàn)智能信息識別、計算、監(jiān)控、定位、跟蹤、管理、模擬、預(yù)測和管理。

二、發(fā)展“智慧水利”的必要性

1.河流監(jiān)測數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一管理

對水資源的規(guī)劃和開發(fā)往往是分部門進(jìn)行，各單位和行業(yè)存在重復(fù)監(jiān)測狀況，缺乏信息和資源共享，從而影響監(jiān)測的效率和質(zhì)量。因而進(jìn)行統(tǒng)一完善的數(shù)據(jù)管理工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，是水利工作現(xiàn)代化、科技化的必然要求。

2.水文監(jiān)測效率低

在水文環(huán)境監(jiān)測中，及時、快速地開展河流生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展研究是非常必要的。但目前我國主要的水文環(huán)境監(jiān)測方法是利用水文站網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)存在監(jiān)測效率低的弱點(diǎn)，無法滿足河流生態(tài)環(huán)境監(jiān)測需求。

3.缺乏健全的河流衛(wèi)星影像監(jiān)測與信息服務(wù)平臺

由于我國各大流域缺乏各種前期基礎(chǔ)工作，水資源環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測體系尚未建立，因此建立健全的水資源環(huán)境衛(wèi)星影像監(jiān)測體系迫在眉睫。

4.缺乏系統(tǒng)的河流監(jiān)測技術(shù)與信息服務(wù)指標(biāo)體系

河流監(jiān)測涉及生態(tài)環(huán)境衛(wèi)星影像監(jiān)測、濕地變化監(jiān)測、水環(huán)境衛(wèi)星影像監(jiān)測、涉水災(zāi)害等方面的監(jiān)測，不同類型的監(jiān)測缺乏統(tǒng)一規(guī)范的監(jiān)測指標(biāo)體系，缺乏實(shí)用化監(jiān)測方法和流程。因而建立系統(tǒng)的信息化與衛(wèi)星影像監(jiān)測技術(shù)指標(biāo)體系，對于衛(wèi)星影像監(jiān)測具有重要的指導(dǎo)意義。

5.監(jiān)測力度不夠

國內(nèi)重要河流一般都實(shí)施了水域功能區(qū)劃、水環(huán)境監(jiān)測以及自動監(jiān)測，并對水污染總量進(jìn)行了控制，但是一些流域開展的基礎(chǔ)研究工作明顯不足，導(dǎo)致缺乏全面、準(zhǔn)確的技術(shù)資料，難以為水污染防治提供科學(xué)的依據(jù)，許多重要的斷面沒有得到監(jiān)測，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足水環(huán)境保護(hù)的需要。

三、“智慧水利”系統(tǒng)框架

1.感知層

感知層是“智慧水利”的基礎(chǔ)。它主要是通過視頻、監(jiān)測站、衛(wèi)星影像等途徑獲取河流空間數(shù)據(jù)，對各個河流交匯處、水壩、泵站、水閘、排污口、險工險段等進(jìn)行監(jiān)測，實(shí)時采集水質(zhì)、水位、流量、流速和水情、雨情、災(zāi)情等數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)水利信息的全面接入，能夠及時地為水利工作者提供第一手信息。

2.傳輸層

該層是為信息采集與更新提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈Ｖ饕抢糜芯€網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、電信運(yùn)營商的移動通信網(wǎng)、地面基站等方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。

3.數(shù)據(jù)層

該層主要是構(gòu)建水利公用數(shù)據(jù)庫等，用以存儲水文數(shù)據(jù)等信息。水利數(shù)據(jù)中心是實(shí)現(xiàn)水利基礎(chǔ)信息共享儲存和綜合服務(wù)的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施，是水利信息資源綜合開發(fā)利用的基礎(chǔ)，是水利信息化建設(shè)和發(fā)展的核心項(xiàng)目。數(shù)據(jù)中心不僅僅是一個數(shù)據(jù)集合，更是一個信息和服務(wù)的集合。

數(shù)據(jù)的來源多種多樣，數(shù)據(jù)中心對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、校驗(yàn)、編排調(diào)度等預(yù)處理，處理后的數(shù)據(jù)上傳至儲存總線進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲。

4.平臺層

該層是“智慧水利”的核心，云計算平臺將資源進(jìn)行整合，為應(yīng)用層各系統(tǒng)提供顯示工具集、分析工具集和業(yè)務(wù)工具集。應(yīng)用支撐平臺是構(gòu)筑整個水利業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的統(tǒng)一支撐平臺，介于水利數(shù)據(jù)中心和業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用之間，是連接基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用系統(tǒng)的橋梁，實(shí)現(xiàn)資源的有效共享和應(yīng)用系統(tǒng)的互相聯(lián)通。

5.應(yīng)用層

應(yīng)用層由多個系統(tǒng)組成，如防汛抗旱調(diào)度智慧系統(tǒng)、河長制移動應(yīng)用系統(tǒng)、水資源監(jiān)管管理系統(tǒng)、綜合視頻監(jiān)控、衛(wèi)星影像水利綜合應(yīng)用系統(tǒng)等。可以分為兩個方面：一方面為自動回應(yīng)，針對不同的數(shù)據(jù)信息，提前在系統(tǒng)中作出各種應(yīng)對措施，一旦達(dá)到某種限值，系統(tǒng)會立刻發(fā)出警報，向平臺發(fā)出請求，平臺將會在最短的時間內(nèi)做出最合理的解決措施。如汛期由于連續(xù)的降雨，導(dǎo)致河流水位上升，當(dāng)達(dá)到汛限水位時，平臺會自動發(fā)出警報，向工作人員發(fā)出預(yù)警，并及時啟動相關(guān)應(yīng)急措施。另一方面，根據(jù)不同用戶的不同要求，對各種信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，為工作人員提供決策依據(jù)。如在水質(zhì)監(jiān)測過程中，一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，會分析出水中各種相關(guān)物質(zhì)含量，找出不達(dá)標(biāo)的原因，為工作人員解決問題提供依據(jù)。

四、“智慧水利”產(chǎn)生的影響

首先，提高了水利工作者的工作效率。過去，水利工作者們?yōu)榱藴y得河流水質(zhì)、流量、水位等數(shù)據(jù)，只能通過實(shí)地測量獲得，工作繁雜，且耗時較長，使得一些工作不能及時開展。而“智慧水利”這一理念提出后，通過高新技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)智能化、數(shù)據(jù)處理便捷化，更加靈活、迅速、正確地向需求者提供相關(guān)信息，并提出解決措施，大大提高了工作效率；其次，為人民群眾的生活質(zhì)量提供了保障。如在汛期，及時、準(zhǔn)確地向水利主管部門反饋降雨量、水位等重要數(shù)據(jù)，使得領(lǐng)導(dǎo)們能及時作出決策，實(shí)施相應(yīng)的應(yīng)急措施，盡最大可能保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全；最后，推動了創(chuàng)新型國家的建設(shè)。習(xí)近平總書記在黨的十九大報告中強(qiáng)調(diào)要建設(shè)數(shù)字中國、智慧社會，把智慧社會作為建設(shè)創(chuàng)新型國家的重要內(nèi)容，“智慧水利”作為其中的重要內(nèi)容，持續(xù)推進(jìn)“智慧水利”的發(fā)展，為建設(shè)創(chuàng)新型國家做出了重要貢獻(xiàn)。

五、結(jié)語

“智慧水利”是水利行業(yè)邁向水利現(xiàn)代化的重要組成，是反映水利現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，也是實(shí)現(xiàn)最嚴(yán)格水資源管理、水土流域保護(hù)、水工程科學(xué)高效管理的基礎(chǔ)，更是建設(shè)創(chuàng)新型國家的重要手段。必須通過加大財政投入、提供政策支持、實(shí)現(xiàn)技術(shù)支撐、優(yōu)化管理方式等具體措施，全方位地提升水利部門社會服務(wù)的水平和日常工作的效率，繼續(xù)深入推進(jìn)“智慧水利”建設(shè)，在智能灌溉、水質(zhì)監(jiān)測、工程遠(yuǎn)程控制、業(yè)務(wù)監(jiān)管、工程管理等水利工作各領(lǐng)域應(yīng)用高新技術(shù)。建立標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，通過數(shù)據(jù)中心的收集和交換，整合現(xiàn)有資源，在現(xiàn)有系統(tǒng)間開辟數(shù)據(jù)通道，同時為遠(yuǎn)期擴(kuò)展預(yù)留余地，最終實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)平臺統(tǒng)一、業(yè)務(wù)平臺統(tǒng)一、交互平臺統(tǒng)一”的“智慧水利”建設(shè)目標(biāo)■