新時期智慧水利建設的思考

侯 薇

(吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130000)

智慧水利工程建設屬于智慧城市建設的一個重要部分，在提升國家糧食、水資源及生態環境安全水平中具有重要意義。具體執行過程需要用到信息工程、云計算、大數據、人工智能等最新的技術科研成果。通過新進科技技術應用來達到解決當前水利問題，提升水安全保障能力，加快推進水利現代化的目的。

1 智慧水利的概念

智慧水利最早起源于美國，這一技術應用的關鍵詞是自動化、交互性、智能化。具體的執行過程是將信息工程、云計算、大數據、人工智能等最新的技術科研成果與互聯網進行綜合利形成物聯網技術，達到能夠自動即時地探測、記錄、存儲水及其存在環境、物理大氣水文過程及其他水利工程的元素指標數據，然后將這些數據利用網絡技術傳送到對應的數據存儲庫中，最后通過云計算、建模等智能化的手段來對數據進行整理、分析，并根據分析結果做出最佳的決策，發出對應的指令，使對應的操作者和設備做出有效的反應，以達到有效解決水利中存在的各類問題，提升對水資源的利用率及防范抵御水旱災害能力的目的[1]。

具體而言，智慧水利工程的實施過程中必須把握以下三個要點：(1)堅持云計算、大數據、互聯網等新信息通信技術的應用。(2)管理過程會涉及到多個學科和方面，都需要專業知識作為支撐，因此整個過程是多部門合作的過程，需要氣象、水文、市政等多部門聯合對天上、空中、地面、地下等方位進行多源信息的監測與融合。(3)智慧水利工程必須滿足系統中包括預測預報、檢測分析、控制運行等多工程的集成及應用要求。

2 我國智慧水利建設現狀

目前我國社會和政府，尤其是水利部門對水利信息化建設的重視程度有所提升，近年出臺了包括《關于推進水利大數據發展的指導意見》、《加快推進智慧水利指導意見》等在內的多個重要的關于水利信息化建設的文件，希望通過智慧水利的建設來達到推進水利現代化發展水平的目的。而水利信息化建設工作到現在已經經過了二十年的時間，且已經取得了十分突出的成績。這個期間不僅水利綜合信息采集體系已經初步形成、水利建設的網絡通信保障能力也取得了明顯進步，同時與智慧水利有關的云計算、大數據等科技手段也被逐步引入到水利建設中來[2]。因此，新時期下水利建設過程已經邁入了智慧水利建設的大門，并取得了一定的成績，水資源總體的管理水平得到了提升。

但是目前建設狀況與預期目標還存在很大的差距，主要差距表現在以下四個方面：(1)當前水利設施的檢測系統并不能實現全方面的檢測感知，且具體執行中存在檢測過程自動化水平不高的問題；(2)各級信息互聯發展差異性大。受到區域網絡基礎設施和條件的限制，一般而言，較上一級的信息互聯效果較好，越往下越差。因為下級尤其是縣級及縣級以下部門中網絡覆蓋率小，未能實現全面連接水利業務網；(3)智能水利建設要求多部門的合作，這個過程需要多部門信息數據的共享，但是目前來說，水利信息化建設中存在水利部門內部、上下級及各相關部門間信息共享不足的問題；(4)智慧水利建設處于初級階段，大數據、云計算等技術也是初步應用，智能化應用水平不高[3]。

3 智慧水利的基本要求及優勢

3.1 做好信息獲取、存儲、利用等的管理

信息是實現智慧水利建設的基礎，因此必須做好信息獲取、存儲、傳輸、分析及利用管理，在具體的信息管理中實現信息多元性、感知完整性、信息匯集、信息融合四方面是關鍵。下面就對這幾點要求進行具體分析：

(1)保證信息的多元性。因為智慧水利建設中牽扯的社會領域較多，且監測管理過程中涉及的面也很廣，具體執行過程中存在復雜性和多樣性。例如：智慧水利建設中要與氣象、水文、市政等多部門打交道，同時監測管理的水利工程對象包括江、河、湖及人工建設水利工程等，水利監管的某一指標信息不會是一時的，要存在對比性，所以可能涵蓋了過去、現代及未來的信息，具有一定的時間跨度且數據信息多；信息傳輸存儲中也會以圖像、數字和視頻等不同格式出現[4]。

(2)信息感知的完整性。為了改善目前監測數據的不全面問題，提升水利信息監測的全面性、精準性，需要進一步擴大感知及監測范圍。具體的執行就是擴大江河湖泊及水利工程設施的監測范圍。同時需要繼續引入高科技的手段和設備來提升信息立體感知的智能水平，例如雷達、衛星等。

(3)重視信息匯集過程和結果。智慧水利執行過程中需要將獲取的信息數據及已有的數庫支撐平臺和數據庫內容進行綜合匯聚、整合。其中數據匯集平臺應該是在水利管理部門及對應的管控省份、檢測流域三級建立，實現遙感影像獲取的統一性。然后根據各級的不同需求來對對應數據信息進行處理分析。

(4)做好信息融合管理過程。采取多種措施和手段設立多源、多尺度的信息管理體系。例如使用不同類型的傳感器、不同的時間或空間尺度來進行信息測量和獲取，并利用多源影像復合、圖像分析與理解等手段進行信息融合[5]。

3.2 高效獲知專業知識

智慧水利建設應用過程中不僅包括多種數據信息，還會用到眾多學科的專業知識和規律，而很多既定的知識和規律需要通過一定的手段來分析、總結得出。而這些具體的手段不僅包括傳統的統計方法，還應該包括大數據挖掘及人工智能等高科技方法。

(1)大數據挖掘手段。大數據挖掘是指利用軟件實現在海量數據庫中對應知識的查找提取、分析處理等工作。水利建設中的數據具有信息量大、數據類型多、價值密度低、更新速度快等特點，特別適合使用大數據挖掘手段。

(2)人工智能應用。人工智能的應用是建立在大數據挖掘基礎上的，需要利用數據來實現智能。只是人工智能具備“指令”功能，可以根據反饋結果來做出對應的指令，并將指令以數據方式傳輸給對應的設備或機器，使其做出對應的動作。而大數據只能做到分析總結這一步，而不能根據分析結果去自動安排行動。目前，人工智能在降雨預報、洪水預報預警等方面得到了應用，并具有很好的應用前景[6]。

3.3 拓展智慧水利工程中對應的能力

智慧水利建設應用的最終目標是提升水利工程管理的水平和能力。這其中就包括對水文屬性的感知能力、對氣象水文現象的模擬能力、對未來氣候的預測能力等，因此智慧水利建設中需要實現這些能力的提升。

(1)流域水模擬和預測。預測一般分為洪水預報及天氣預報等多個方面。例如：流域洪水預報時，要建造對應的水文模擬模型并根據實際需求來進行模型要素和范圍的拓展工作，提升模擬能力。而天氣預報時，需要進一步拓展水文天氣預報的預見期。

(2)重視水工程安全分析和科學調度工作開展。工程規劃、建設、管理及運行過程中，都必須重視水利工程智能手段的應用，通過模擬過程來發現可能存在的問題，并研究對應的解決策略，按照策略要求開展調度工作。

(3)在水利工程行政管理方面引入智能管理系統。在智慧水利平臺建設的基礎上來進一步開展升級的監管信息預處理、安全生產監管、工程質量監督等，從而實現水利建設行政管理的智能化，提升資產、機關建設等眾多項目的智能化管理水平。

(4)水利信息智能服務應用。按照民眾的需求來建立對應的信息智能化管理系統，并公開對應的水利信息，提升民眾對節水等水資源管理概念的認知和意識，提升水服務水平。

4 提升我國智慧水利建設效果的措施

4.1 重視信息化基礎設施建設

信息化是智慧水利建設的基礎，也是短板。而不論是智慧化還是信息化實現的過程中，都需要對應的設備作為支撐。因此新時期智慧水利建設中必須重視信息化基礎設施的建設，實現水安全、水資源及環境環境等信息的立體高效監測。目前最主要的工作就是完善網絡體系件建設，保證全方位檢測所需的網絡環境條件滿足需求。同時配備符合現代化需求的設備、軟件等，為智慧水利的發展保駕護航。

4.2 強化知識體系建設

(1)加大人工智能方法研究，逐步實現人工智能算法，以便智慧水利建設中做出的模擬工作及預測工作的精準度；

(2)重視知識獲取模型的研發。例如研制水文模型對水文變量進行模擬和預測，建設全尺度的水模型，對我國將來的水資源整體變化進行精確的判斷和預測，方便及時采取措施來提升水資源使用率，減少旱情災害發生。

(3)重點開展流域水模擬和預測預報系統、水工程安全分析和科學調度系統、水行政管理智能系統、水信息服務智能系統為核心的系統建設[7]。

5 結語

綜上所述，新時代下社會和政府對智慧水利信息建設要求標準有所提升。因此作為水利建設管理單位和人員，必須認識到形勢的嚴峻性，積極地將先進的科學技術引入到水利工程建設中，提升建設管理工作的智能化水平，加快智慧水利建設進程，推動水利現代化發展。