吳 偉 秦超杰

智能技術在水利防汛減災工作中的研究及應用

吳 偉 秦超杰

2016年，長江、淮河、太湖、珠江等流域都發(fā)生多年不見的大洪水，面對汛情全國上下協(xié)同作戰(zhàn)，防汛救災工作取得有力有序、平穩(wěn)可控的成果。與十多年前相比，由于水利工程及非工程不斷地建設和發(fā)展以及新技術的應用，防汛救災工作更加科學和人性化。如今在互聯(lián)網時代，大數據、智能化技術將成為水利行業(yè)的“神器”，為水利防汛減災帶來無時不在、無處不達的便利與高效。

一、水利防汛減災的技術需求背景

我國水災害的突發(fā)性、反常性和不可預見性日益凸顯，往往是多災并發(fā)、重災頻發(fā)、時空異常、旱澇急轉，氣候變化趨勢遠遠超出了以往的認識和經驗，經常性發(fā)生50年一遇或100年一遇的大洪水。通過科學的管理手段和先進的防汛減災技術，可改變防洪減災過多依靠人海戰(zhàn)術的做法，減輕防洪減災人力投入和勞動強度，使洪澇災害所造成的損失降到最小程度。

二、防汛減災新技術的應用現狀

1.應用現狀

20世紀末開始，我國在水利工程建設的同時，相繼大規(guī)模、系統(tǒng)性地建設了防汛減災決策和調度信息化系統(tǒng)，工程覆蓋我國7大流域、32個?。ㄊ?、自治區(qū)）。防汛減災信息系統(tǒng)的建設，使水利信息采集的新技術、新模式得到廣泛應用，洪水預報精度和優(yōu)化調度方案大大提高和完善；國家防汛調度指揮系統(tǒng)的全面建設，實現了中央和流域調度系統(tǒng)的實時交互和聯(lián)動，提高了防汛抗減災指揮決策的科學性，更充分地發(fā)揮水利工程減災效益。

2.存在問題

隨著社會經濟各方面事業(yè)的迅速發(fā)展，在防洪工程取得巨大效益同時，洪水災害的經濟損失也不斷增加。水利建設中的科技技術較落后，水利科研投資嚴重不足，都是制約水利科技發(fā)展的因素。進一步提高防洪減災科技能力，減少洪災損失，遏制洪水災害對社會環(huán)境的影響，已是當今社會的亟待加強研究的問題。

因此，水利防汛減災工作，要適應社會的進步和水利事業(yè)的發(fā)展需求，在“智慧水利”思想的潮流引領下，利用當今中國進一步的改革開放的大好時機，充分利用現代科學技術，通過“互聯(lián)網+水利”及智能技術，使水利防汛減災工作更上一個新臺階。

三、智能技術應用探索

1.信息網絡的智能化

新形勢下，隨著人水和諧的治水新思路不斷深入發(fā)展，水利管理中的智能調度需要對水利信息的感知、仿真、預警、數據處理和運行維護等關鍵技術進行綜合運用。

（1）物聯(lián)網

物聯(lián)網就是把感應器嵌入到各種物體中，利用射頻識別技術、傳感器技術、納米技術、網絡融合技術等，實現人類社會與物理系統(tǒng)信息交流。利用現有的物聯(lián)網技術，可進行流域水文、工況等水利信息的采集、傳輸、管理；通過對降水、風速、溫濕度、土壤水分等傳感器進行數據的智能采集和監(jiān)測，可實時監(jiān)測區(qū)域內水資源的整體情況；通過對河流、湖泊、水庫、飲用水源地、地下水觀測點等傳感器的遙感和地面的觀測，實現現場水質的連續(xù)自動監(jiān)測。

（2）云計算

水利行業(yè)的基礎數據涉及到流域和地方以及各個業(yè)務交叉部門，這不僅需要水利數據化的高度整合管理，更需要在數據處理方面根據實際情況靈活處理。

水利行業(yè)的信息種類多，各級信息分屬于不同的管理單位，云存儲能夠有效實現信息的共享，特別是防汛、山洪、水污染等突發(fā)事件，云存儲能提供統(tǒng)一有效的信息支持，為上級決策提供依據。

2.5G通信技術

5G（第五代移動通信）是一個端對端的生態(tài)系統(tǒng)，可帶來一個全面移動和聯(lián)網的寬帶通信系統(tǒng)。在水利行業(yè)，將普遍適用于水利信息的采集、傳輸和分析、調度、管理。出差在外的決策指揮人員憑借手機即時直觀地瀏覽任意一個水利設施的運行情況，獲取運行數據，并通知相關人員進行高清會商。

3.智能化視頻監(jiān)視系統(tǒng)

高清、智能、多維漸漸成為視頻監(jiān)視的主流發(fā)展趨勢，也為水利事業(yè)提供了新的技術手段。高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能對污染物的分布和發(fā)展趨勢等進行有效的遠程觀測，作為領導決策和執(zhí)法的依據。采用復合成像、視頻圖像處理及自動識別行為分析報警等相關軟件，可在夜間或者惡劣天氣條件下實現高效監(jiān)控。在洪水淹沒水域進行救援時，可利用紅外熱成像攝像機準確判斷出人的位置，使被困人員及時得到救助。

4.防汛調度智能會議系統(tǒng)

目前，水利系統(tǒng)各級單位均建設有多媒體會議系統(tǒng)，使得地理上分散的用戶可以共聚一處進行會議會商。智能會議系統(tǒng)是將計算機技術、網絡技術、多媒體技術、聲光學技術等應用到傳統(tǒng)的會議中，實現會議系統(tǒng)的數字化、網絡化、智能化、無紙化等多功能性質的專業(yè)化會議系統(tǒng)。隨著視訊技術的進步，人們需要高質量的音頻信號，高清晰的視頻動態(tài)畫面及圖像資料，準確無誤的數據表達及一套實用高效的控制系統(tǒng)，以實現高質量的異地會商。同時，防汛調度智能會議系統(tǒng)還支持單兵系統(tǒng)、無人機系統(tǒng)、車載采集系統(tǒng)及其他水利數據的接入，使防汛決策部門可實時掌控防汛最前沿的情況，為防汛科學決策和管理提供相關信息支持。

5.無人機

無人機是通過地面遠距離無線遙控和機載計算機程控系統(tǒng)進行操控的不載人飛行器，具有設計結構簡單、飛行靈活、易于控制、運行成本低等特點。

在汛期，無人機搭載攝像機可以迅速到達險情地域的上空，及時搜集水情、汛情和工程情況等信息，并且能夠實時地監(jiān)視汛情的走向，為防汛指揮部作出決策提供較為客觀真實的信息；在地質災害發(fā)生區(qū)等高危地區(qū)，無人機能夠以較低的成本進行救援行動，憑借體積小、攜帶方便的特點，地面工作人員可以及時地協(xié)調救援工作，降低了救援的難度，增加了救援的工作效率，保證了救援人員的安全。

工程測繪以無人機作為遙感飛行平臺，在機體上荷載數據遙感設備，利用遙感數據處理系統(tǒng)作為技術支撐，融入“3S”技術，可以實時對地或對目標水域進行觀測及數據的快速處理。

動態(tài)及環(huán)境監(jiān)測利用無人機技術對水域實施動態(tài)監(jiān)測，能夠查明范圍內水域的變化情況。

其他應用無人機在應急通信、水資源調度、蓄滯洪區(qū)管理、堰塞湖應急監(jiān)測以及污染源監(jiān)測等方面都有著廣泛的應用，也可用于泄洪分流對大壩的定點爆破。

四、結語

近年來，水利信息化為適應國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略和“數字水利”向“智慧水利”發(fā)展轉變的需要，依托現有水利信息化成果，不斷地應用新技術（航天技術、量子通信、物聯(lián)網、云計算、大數據及移動互聯(lián)網等）進行水利信息化建設，推動了信息化與水利現代化的深度融合與創(chuàng)新發(fā)展，有力支撐和推動了水治理和水管理能力現代化進程。水利管理部門應不斷提升水利科技智能化建設和管理水平，普遍應用現代通信、計算機網絡等信息技術，開發(fā)與水有關的信息資源，直接為水資源的開發(fā)利用、水資源的配置與使用、水環(huán)境保護與治理等管理決策服務，提高水利行業(yè)的科學管理水平■

（作者單位：淮河水利委員會通信總站 233001）