新时期智慧水利建设的思考

2021-04-03侯薇

地下水 2021年2期

侯薇

(吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林长春 130000)

智慧水利工程建设属于智慧城市建设的一个重要部分，在提升国家粮食、水资源及生态环境安全水平中具有重要意义。具体执行过程需要用到信息工程、云计算、大数据、人工智能等最新的技术科研成果。通过新进科技技术应用来达到解决当前水利问题，提升水安全保障能力，加快推进水利现代化的目的。

1 智慧水利的概念

智慧水利最早起源于美国，这一技术应用的关键词是自动化、交互性、智能化。具体的执行过程是将信息工程、云计算、大数据、人工智能等最新的技术科研成果与互联网进行综合利形成物联网技术，达到能够自动即时地探测、记录、存储水及其存在环境、物理大气水文过程及其他水利工程的元素指标数据，然后将这些数据利用网络技术传送到对应的数据存储库中，最后通过云计算、建模等智能化的手段来对数据进行整理、分析，并根据分析结果做出最佳的决策，发出对应的指令，使对应的操作者和设备做出有效的反应，以达到有效解决水利中存在的各类问题，提升对水资源的利用率及防范抵御水旱灾害能力的目的[1]。

具体而言，智慧水利工程的实施过程中必须把握以下三个要点：(1)坚持云计算、大数据、互联网等新信息通信技术的应用。(2)管理过程会涉及到多个学科和方面，都需要专业知识作为支撑，因此整个过程是多部门合作的过程，需要气象、水文、市政等多部门联合对天上、空中、地面、地下等方位进行多源信息的监测与融合。(3)智慧水利工程必须满足系统中包括预测预报、检测分析、控制运行等多工程的集成及应用要求。

2 我国智慧水利建设现状

目前我国社会和政府，尤其是水利部门对水利信息化建设的重视程度有所提升，近年出台了包括《关于推进水利大数据发展的指导意见》、《加快推进智慧水利指导意见》等在内的多个重要的关于水利信息化建设的文件，希望通过智慧水利的建设来达到推进水利现代化发展水平的目的。而水利信息化建设工作到现在已经经过了二十年的时间，且已经取得了十分突出的成绩。这个期间不仅水利综合信息采集体系已经初步形成、水利建设的网络通信保障能力也取得了明显进步，同时与智慧水利有关的云计算、大数据等科技手段也被逐步引入到水利建设中来[2]。因此，新时期下水利建设过程已经迈入了智慧水利建设的大门，并取得了一定的成绩，水资源总体的管理水平得到了提升。

但是目前建设状况与预期目标还存在很大的差距，主要差距表现在以下四个方面：(1)当前水利设施的检测系统并不能实现全方面的检测感知，且具体执行中存在检测过程自动化水平不高的问题；(2)各级信息互联发展差异性大。受到区域网络基础设施和条件的限制，一般而言，较上一级的信息互联效果较好，越往下越差。因为下级尤其是县级及县级以下部门中网络覆盖率小，未能实现全面连接水利业务网；(3)智能水利建设要求多部门的合作，这个过程需要多部门信息数据的共享，但是目前来说，水利信息化建设中存在水利部门内部、上下级及各相关部门间信息共享不足的问题；(4)智慧水利建设处于初级阶段，大数据、云计算等技术也是初步应用，智能化应用水平不高[3]。

3 智慧水利的基本要求及优势

3.1 做好信息获取、存储、利用等的管理

信息是实现智慧水利建设的基础，因此必须做好信息获取、存储、传输、分析及利用管理，在具体的信息管理中实现信息多元性、感知完整性、信息汇集、信息融合四方面是关键。下面就对这几点要求进行具体分析：

(1)保证信息的多元性。因为智慧水利建设中牵扯的社会领域较多，且监测管理过程中涉及的面也很广，具体执行过程中存在复杂性和多样性。例如：智慧水利建设中要与气象、水文、市政等多部门打交道，同时监测管理的水利工程对象包括江、河、湖及人工建设水利工程等，水利监管的某一指标信息不会是一时的，要存在对比性，所以可能涵盖了过去、现代及未来的信息，具有一定的时间跨度且数据信息多；信息传输存储中也会以图像、数字和视频等不同格式出现[4]。

(2)信息感知的完整性。为了改善目前监测数据的不全面问题，提升水利信息监测的全面性、精准性，需要进一步扩大感知及监测范围。具体的执行就是扩大江河湖泊及水利工程设施的监测范围。同时需要继续引入高科技的手段和设备来提升信息立体感知的智能水平，例如雷达、卫星等。

(3)重视信息汇集过程和结果。智慧水利执行过程中需要将获取的信息数据及已有的数库支撑平台和数据库内容进行综合汇聚、整合。其中数据汇集平台应该是在水利管理部门及对应的管控省份、检测流域三级建立，实现遥感影像获取的统一性。然后根据各级的不同需求来对对应数据信息进行处理分析。

(4)做好信息融合管理过程。采取多种措施和手段设立多源、多尺度的信息管理体系。例如使用不同类型的传感器、不同的时间或空间尺度来进行信息测量和获取，并利用多源影像复合、图像分析与理解等手段进行信息融合[5]。

3.2 高效获知专业知识

智慧水利建设应用过程中不仅包括多种数据信息，还会用到众多学科的专业知识和规律，而很多既定的知识和规律需要通过一定的手段来分析、总结得出。而这些具体的手段不仅包括传统的统计方法，还应该包括大数据挖掘及人工智能等高科技方法。

(1)大数据挖掘手段。大数据挖掘是指利用软件实现在海量数据库中对应知识的查找提取、分析处理等工作。水利建设中的数据具有信息量大、数据类型多、价值密度低、更新速度快等特点，特别适合使用大数据挖掘手段。

(2)人工智能应用。人工智能的应用是建立在大数据挖掘基础上的，需要利用数据来实现智能。只是人工智能具备“指令”功能，可以根据反馈结果来做出对应的指令，并将指令以数据方式传输给对应的设备或机器，使其做出对应的动作。而大数据只能做到分析总结这一步，而不能根据分析结果去自动安排行动。目前，人工智能在降雨预报、洪水预报预警等方面得到了应用，并具有很好的应用前景[6]。

3.3 拓展智慧水利工程中对应的能力

智慧水利建设应用的最终目标是提升水利工程管理的水平和能力。这其中就包括对水文属性的感知能力、对气象水文现象的模拟能力、对未来气候的预测能力等，因此智慧水利建设中需要实现这些能力的提升。

(1)流域水模拟和预测。预测一般分为洪水预报及天气预报等多个方面。例如：流域洪水预报时，要建造对应的水文模拟模型并根据实际需求来进行模型要素和范围的拓展工作，提升模拟能力。而天气预报时，需要进一步拓展水文天气预报的预见期。

(2)重视水工程安全分析和科学调度工作开展。工程规划、建设、管理及运行过程中，都必须重视水利工程智能手段的应用，通过模拟过程来发现可能存在的问题，并研究对应的解决策略，按照策略要求开展调度工作。

(3)在水利工程行政管理方面引入智能管理系统。在智慧水利平台建设的基础上来进一步开展升级的监管信息预处理、安全生产监管、工程质量监督等，从而实现水利建设行政管理的智能化，提升资产、机关建设等众多项目的智能化管理水平。

(4)水利信息智能服务应用。按照民众的需求来建立对应的信息智能化管理系统，并公开对应的水利信息，提升民众对节水等水资源管理概念的认知和意识，提升水服务水平。

4 提升我国智慧水利建设效果的措施

4.1 重视信息化基础设施建设

信息化是智慧水利建设的基础，也是短板。而不论是智慧化还是信息化实现的过程中，都需要对应的设备作为支撑。因此新时期智慧水利建设中必须重视信息化基础设施的建设，实现水安全、水资源及环境环境等信息的立体高效监测。目前最主要的工作就是完善网络体系件建设，保证全方位检测所需的网络环境条件满足需求。同时配备符合现代化需求的设备、软件等，为智慧水利的发展保驾护航。