哈爾濱市松北水系信息智慧化管理的探討

劉 銳

(哈爾濱市水文水資源勘測總站,哈爾濱 150021)

哈爾濱市松北灌排體系及水生態環境建設工程,是哈爾濱市城市發展戰略支撐項目之一。工程類型復雜多樣,點多、面廣,隨著2019年松北新區79.86km2被國務院劃定為自由貿易試驗區新區,對松北水系工程的運行效率和運行安全提出了更高的要求。為加強松北水系建成后的運行管理水平,適應工程運行管理的需要,提高渠系河湖水網調度的精度和預警能力,建立一套行之有效的動態監測、調度控制智能體系是十分必要的。通過在線監測、實時控制和優化調度,配合新一代信息技術,及時、準確地掌握工程運行狀況、河湖水體水質狀況,科學調度松北水系,及時發布涉水信息,提高服務效率,提高防澇減災和應對突發性事件的能力。因此,探索利用互聯網、云計算、GIS等先進技術,提高松北水系的信息智慧化建設,研究利用大數據、云計算、物聯網、移動通訊等新一代信息技術實現管理“信息技術標準化、信息采集自動化、信息傳輸網絡化、信息管理集成化、業務處理智能化”的可行性。為此,文章是對實現松北水系工程管理智慧化,滿足新時代經濟社會發展新要求的一次嘗試性探討。

1 松北水系工程概況

哈爾濱市松北灌排體系及水生態環境建設工程是在哈爾濱市松北區原有河、渠、溝、泡和濕地水系的基礎上,經過人工開挖、疏通河道,形成的“四橫兩縱”為骨架,打造總長146km、面積26km2,具有引水灌溉、排澇減災、改善生態、旅游觀光等綜合功能的河網體系,計劃總投資340億元。

1.1 一期工程概況

一期工程由 “四橫”中的第一橫——發生渠以南的水工建筑物工程、渠道湖泊工程、路橋工程和園林綠化工程組成。工程主要有:新建發生渠等渠道7條(總長度55.65km)、湖泊8個(蓄水量109.5萬m3)、水工建筑物18座(水閘11座、船閘2座、泵站5座);新建橋梁47座(市政公路橋29座、農用汽車橋2座、高速公路橋2座、鐵路橋4座、景觀橋10座),加固橋梁21座;水景面積203.78萬m2,綠化面積968.21萬m2,道路面積18.44萬m2,場地鋪裝面積68.62萬m2,木平臺面積6.57萬m2,工程總投資108.95億元。

1.2 工程管理任務

哈爾濱市松北灌排體系及水生態環境建設工程的主要管理任務有5項:①水系的水量平衡、水系水資源統一調度,按計劃輸水配水;②負責對水城內濕地等項目進行觀測研究,合理保護和改善區域內自然生態,實現水資源良性流動;③受上級有關部門的業務指導,協助配合有關部門對水城水系進行水情預報、水文觀測、水質監測、工程安全監測;④負責水城水系工程及設施日常養護維修與安全;⑤負責區域內灌排和節制閘站日常管理工作,依據國家有關政策,承擔區域內的灌排任務等。

松北水系工程管理范圍大,建筑物多,為了加強防洪和水生態環境工程管理,充分發揮工程和非工程措施相結合的工程綜合效益,提高松北水系生態環境承載能力;統籌協調城市與農村生活、生產和生態環境用水需求,提高水資源利用效率和效益;建設人工湖泊、疏通河網水系和城鄉綠地,調控體系科學的決策十分必要。為加強松北水系建成后的運行管理水平,適應哈爾濱市松北灌排水系及水生態環境工程運行管理的需要,規劃時就考慮了構建數字水系調度系統,形成現代化的水系管理體系[1]。

2 松北水系數字水調系統現狀

目前已建成的數字水調系統有3部分:①基礎平臺工程;②水量水質聯合調度系統;③三維仿真平臺系統。數字水調系統基礎平臺工程包括包括IP電話及通信調度系統、網絡系統、服務器與存儲及系統軟件、網絡安全、大屏幕系統及交互數字平臺顯示系統、會議音響系統、集中控制系統(調度中心、會議室)、邊緣融合系統(會議室)視頻監控系統、相關輔助設備(會商室、會議室、機房)、樓宇布線、機房工程、消防系統、數據中心精密空調(風冷)、機房門禁系統、配電系統、機房報警系統、機房環境監控系統、背景音樂、氣象信息實時傳送顯示系統等子系統。水量水質聯合調度系統是以松北水系日常安全運行、調度方案編制等實際需求為出發點和落腳點進行開發的,主要的功能模塊主要包括:工情信息查詢、雨水情信息查詢、統計分析、降雨產流、水動力水質模擬、日常調度、應急調度、數據維護、系統管理及幫助幾部分。三維仿真平臺是以哈爾濱市松北區的空間數據為基礎,運用計算機圖形圖像學技術,建立起集水系三維可視化展示、水系信息查詢、水工仿真模擬、暴雨積水模擬,水量聯合調度模擬、數字模型管理和空間數據服務為一體的三維軟件平臺。數字水調系統的建設,為松北水系渠系管理與調度的信息資源,構建集信息采集、傳輸、信息資源快速匯集和處理提供了基礎信息平臺;目標是搭建集水雨情實時監測與預報、水量水質聯合調度、排澇調度、農業水量水質聯合調度、三維仿真、綜合決策支持等于一體的調度管理平臺,為渠系調度提供現代化的管理平臺和輔助決策支持環境。

3 數字水調系統存在的問題

3.1 缺少配套工程,布局不到位

數字水調系統一期工程建成后,后續配套工程沒有建設,近年來,水系工程主體基本完成,部分工程開始運行,但沒有數據采集系統,數字水調系統無法實現設計的功能,面對日益多樣化和復雜化的管理工作,迫切需要配套工程建設以解決當務之急。

3.2 沒有數據傳輸線路,協同不到位

由于設計時,受限于當時的數據傳輸技術,缺少數據傳輸線路,水系之間如同一個個“信息孤島”,聯通薄弱,工作效率大打折扣。與水務、氣象等各單位之間的數據交換沒有建立專門線路,信息源不足,信息不對稱等實際問題,無形中增加管理成本。

3.3 觀念轉變慢,認識不到位

管理人員對智能化建設的重要性、必要性、緊迫性缺乏足夠認識。因此對于如何將智能化促進管理工作的跨越式發展,研究不夠,重視不夠。加上工作人員處理日常事務比較繁忙,學習新體系新知識的意愿普遍不高。

3.4 管理人員有限,急需升級智能化管理

目前,隨著水系運行任務的增加,管理人員明顯不足,只有升級系統實現智能化管理,才能節約人力,實現管理決策的快速和準確。

4 松北水系管理系統數字化向智慧化轉變

國兩會期間,人大代表、政協委員熱議“新基建”,標志著“新基建”進入加速規劃落地的階段,為推進智慧城市建設治理現代化注入了新的強大動能。城市治理是國家治理體系的重要組成部分。水利工程的管理也應與時俱進,運用大數據、云計算、區塊鏈、人工智能等前沿技術推動水利工程管理手段、管理模式、管理理念創新。

4.1 智慧化轉變的組織保障

要將數字水調系統升級為智能水調系統,首先需加大資金保障,完善系統建設,打造一個縱向到底、橫向到邊,全業務綜合水系管理智能化系統。通過智能決策系統、數據采集系統和數據傳輸系統,打通信息孤島,把數據優勢轉化為決策指令。同時系統要逐步實現與水務、氣象系統融合,方便水系管理,有效促進水系運行,提升社會公共服務能力。其次,建立領導機構,加緊智能化升級建設改造,切實加強智能化系統建設工作的組織保障,各部門齊抓共管,營造濃厚建設氛圍,上下形成合力,全面推進。最后,要加強隊伍培訓,提高系統應用水平,加強單位技術人才隊伍建設,積極推進內部隊伍提升和外部人才引進,盤活管理隊伍,實現隊伍有機更新,隊伍向結構化和高素質化邁進。進一步強化對聘用人員的業務知識、技能的培訓,提升智能水調系統的維護和管理能力。

4.2 智慧化轉變的技術支撐

數字水系的智能化改造以人工智能、區塊鏈、云計算、大數據、安全、物聯網、邊緣計算、數字孿生、5G應用等“ABCDSIETG”九大科技為工具箱的創新思路和實施路徑。其中:人工智能正成為新的生產力驅動,已經全面融入到云、網、邊、端等各層級,是智慧水利工程管理的重要的基礎支撐能力;區塊鏈有望改變傳統數據傳輸,其互聯互通、互信互認的特質將在打破信息孤島的困境,為數據的采集和存儲等領域發揮巨大潛力;大數據作為新生產要素,讓水利工程管理實現“從信息化到智能化再到智慧化”成為現實;邊緣計算重塑了智慧水利一中心、多節點的治理運行模式,實現“大小腦并用”,使分布計算、多邊協同變為可能;信息安全是“虛擬城墻”,是智慧水利運行管理不可或缺的一環;數字孿生以物聯網為基礎對水系工程進行數字仿真,并在虛擬空間中形成映射,從而實現全周期動態呈現和管理;5G作為智慧水利的“信息高速公路”,讓各種技術和信息得以實時高效連接互通,將催生更多新的治理場景應用以ABCDSIETG為代表的“新基建”、新技術,構成了新時代智慧水利的四梁八柱,為水利工程實現現代化管理奠定堅實基礎。

4.3 智慧化轉變的實現目標聯

雖然松北水系的管理系統采用了智能模型的開發方式,但經過了近十年技術的飛速發展,在技術路線上已經落后。目前的人工只能模型依托于大數據和云計算,更加智能化,也更加高效,原有的模型系統還需要專家系統的參與才能實現完整的功能,實際上更側重于知識和數據的管理,所以只能稱為信息化系統,智能的實現還是依托專業的人來實現。松北水系管理系統目前的數據來源主要有3個方面:①松北水系的總體規劃和設計;②松北水系三維仿真平臺的地理空間數據;③松北水系二維動力模型的計算數據。這些數據是實現智慧化系統開發的基礎數據,是實現松北水系管理智慧化的支撐。但是這些數據隨著時間的流逝,與實際工程運行存在著缺失和偏差,需要進一步的修正和補充。利用先進的人工智能模型對這些數據進行訓練,再依托原有的專家系統,實現松北水系智慧化管理,具有良好的基礎條件和先天的優勢。如果不進一步對系統進行智慧化改造,隨著技術的迭代,原有的管理系統終究將被時代所淘汰,這對原有投資會造成巨大浪費。而基礎數據沒有連續的更新,也將成為實現智慧化系統的阻礙。松北水系智慧化管理的主要目標是,打通數據采集與基礎平臺數據庫和云計算之間的信息通道,三維仿真平臺、水質水量聯合調度系統實現數據共享,重新推算底層數據——松北水系二維水動力模型,從新配套人工智能系統,挖掘數據潛力,實現從智能化到智慧化管理系統的轉變。

水利管理從信息化到智慧化與發展的歷程密切相關,“智慧”是一個階段性的概念。做信息化的過程當中首先是要做數字化,從模擬信號變成數字信號,比如現在的電視、電臺的傳輸和攝像頭技術等;第二個是智能化,是在數字化的基礎上,做到自動控制,讓計算機去學習人類的經驗,然后使系統應用具有智能判斷的能力;第三才是智慧化,是用更大的數據量使決策方案效果更好,水利工程管理智慧化是整個發展的第三個階段,從數字化到智能化到智慧化。目前松北水系的管理系統處于第二階段,及時向智慧化轉變是迫切的需要,也是節約投資降低管理資金的有效手段。

5 結 語

松北水系作為一個復雜的系統,讓水系管理更科學、更智慧、更安全,才能讓市民更幸福,既是城市治理的一致追求,也需要更加先進的理念創新和科技保障。從這個角度看,水利工程管理智慧化本身,就屬于“新基建”的范疇之一。另一方面,新時代、新形勢下的水利工程管理智慧化改造是一項系統工程,是“新基建”的大舞臺。

黨的十八大提出“新四化”的要求。用信息技術支撐現代農業、現代工業,支持新型城鎮化的建設,“智慧水利”是“智慧城市”的必要組成部分,不失時機加快智慧水利工程的規劃建設,及時吸收先進創新科技,全面優化城市水系治理和服務新區經濟,推進城市治理體系和治理能力現代化、加快高質量。