李 燕，楊石磊

（1.貴州大學明德學院，貴州 貴陽 550025；2.中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

1 大數(shù)據(jù)與水利大數(shù)據(jù)

1.1 大數(shù)據(jù)概述

近些年，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和云計算的快速發(fā)展，人們越來越意識到了大數(shù)據(jù)的重要性，各個領域都在積極研究和運用大數(shù)據(jù)解決問題。大數(shù)據(jù)，從字面理解就是海量數(shù)據(jù)的意思，除此以外還有不同于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)的特點，總結為4個“V”：（1）巨大的數(shù)據(jù)量（volume）；（2）繁多的數(shù)據(jù)類型（variety）；（3）超低的價值密度（value）；（4）較快的處理速度（velocity）。如何從巨大的數(shù)據(jù)中挖掘出其潛藏的價值才是大數(shù)據(jù)的意義所在，只有被合理利用的數(shù)據(jù)才能稱之為大數(shù)據(jù)，不然只是一堆數(shù)據(jù)[1]。

1.2 水利大數(shù)據(jù)

陳軍飛等[2]提出水利作為國家的基礎產(chǎn)業(yè)，在日常工作中已經(jīng)積累了大量有關的數(shù)據(jù)，再加上傳感網(wǎng)、射頻技術、遙感等技術的發(fā)展，采集水利數(shù)據(jù)的能力得到提升，能收集到更多更廣的數(shù)據(jù)。這些水利數(shù)據(jù)主要包括水位流量關系、水文氣象、地形地質、水生態(tài)等實測信息，還有生態(tài)環(huán)境、人文經(jīng)濟、地質災害及互聯(lián)網(wǎng)等通過水利普查或者其他輔助手段得到的數(shù)據(jù)。結合大數(shù)據(jù)的概念，陳軍飛等總結了水利大數(shù)據(jù)的概念為由水利業(yè)務數(shù)據(jù)（包括水文氣象、地質、水位流量、水土保持、農(nóng)田水利、災害、水利工程建設管理等）、水利相關領域的數(shù)據(jù)（包括人口、環(huán)境等）以及由社會公眾提供的數(shù)據(jù)（主要是網(wǎng)絡上提供的圖片、文字、音頻和視頻等）構成的，并且在合理時間內(nèi)難以用常規(guī)分析方法獲取、存儲、處理和分析的數(shù)據(jù)集，所以需要采用大數(shù)據(jù)相關的處理方法對其進行分析和處理從而實現(xiàn)水利管理的決策。

傳統(tǒng)水利數(shù)據(jù)分析方法和水利大數(shù)據(jù)的研究方法有很多不同之處，主要包括：前者通常是基于抽樣數(shù)據(jù)，而后者則是基于海量數(shù)據(jù)也就是數(shù)據(jù)總體進行分析；前者通常是基于某個專業(yè)或某個部門內(nèi)部的數(shù)據(jù)進行分析，而后者則是跨專業(yè)、跨部門進行的多維度和多角度的數(shù)據(jù)分析。

2 水利工程的建設程序

本文將從水利工程規(guī)劃、建設和管理階段的出發(fā)，介紹大數(shù)據(jù)的應用。

項目建議書、可行性研究、初步設計和施工詳圖設計階段又稱為規(guī)劃設計階段[3]，主要任務是明確工程的任務與綜合利用要求；擬定總體布置，選擇主要工程位置、工程形式、工程規(guī)模與主要參數(shù)；研究工程實施程序與運用方式；估算工程費用、工程效益；評價工程隊環(huán)境的影響，并綜合論證建設項目的必要性和合理性[4]。施工詳圖設計是在初步設計的基礎上，對建筑物各個部位進行詳細設計，供后期施工使用。

建設實施階段主要是指主體工程的建設實施，項目法人按照批準的建設文件，組織工程建設，保證項目建設目標的實現(xiàn)[5]。

運營管理階段要充分發(fā)揮水利工程的效用，實現(xiàn)防洪、減災、水資源合理調度和使用等目的，因地制宜保障不同水域工程的排水、過水、調水、蓄水能力和使用效果[6]。

3 大數(shù)據(jù)在不同階段的應用

水利部門已經(jīng)積累了大量的數(shù)據(jù)，而且隨著遙感等技術的發(fā)展，水利數(shù)據(jù)的提取技術也得到了提高。再結合大數(shù)據(jù)優(yōu)異處理數(shù)據(jù)的方法，大數(shù)據(jù)在水利工程中的應用越來越多。

3.1 大數(shù)據(jù)在規(guī)劃設計階段的應用

在規(guī)劃設計階段要確定水利工程的總體布置、主要工程位置、工程規(guī)模等，在確定這些之前要先得到工程所在地的地形圖、水文氣象及地質等數(shù)據(jù)，而這些都能通過大數(shù)據(jù)方法解決。

首先是大數(shù)據(jù)在地形圖繪制中的應用。韓平等[7]提出經(jīng)過多年努力雖然已經(jīng)獲取了大量多種類的地理信息數(shù)據(jù)，但還是存在覆蓋面不廣、獲取手段單一、精度無法滿足要求等缺點，而空間信息和位置大數(shù)據(jù)能彌補這些不足。廖克[8]提出我國通過多年的努力通過遙感、已有的各種比例尺地形圖、普查以及移動通信等手段已經(jīng)累積了大量的地理數(shù)據(jù)，且今后數(shù)據(jù)增長速度和精度還會極大提高。今后關鍵工作是各類大數(shù)據(jù)的融合，建立智能化的應用模型可以自動生成綜合評價、預測預報等專業(yè)的制圖軟件。

其次是大數(shù)據(jù)在獲得水文氣象信息中的應用。陳軍飛等[2]提出大數(shù)據(jù)可以基于海量數(shù)據(jù)進行分析，跟傳統(tǒng)的水文數(shù)據(jù)抽樣分析相比得到的結果更可靠。艾萍等[9]應用遙感、物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星定位和云計算、大數(shù)據(jù)等技術，加上地面水文監(jiān)測站形成了一個空天地一體的水文信息感知系統(tǒng)，將來能成為智慧水利的數(shù)據(jù)支撐。

最后是大數(shù)據(jù)在工程地質中的應用。朱月琴等[10]設計了一個基于Hadoop的地質大數(shù)據(jù)融合挖掘框架，這個框架使用HDFS技術存儲地質文件，采用MapReduce對現(xiàn)有算法進行改造，通過Hive平臺快速查詢結果。在這些基礎上實現(xiàn)地質大數(shù)據(jù)的可視化。潘寶玉等[11]提出了多種地質大數(shù)據(jù)的存儲和處理方法，認為三維可視化是地質大數(shù)據(jù)最好的顯示方式。雖然地質大數(shù)據(jù)的研究還處在起步階段，但具有很好的發(fā)展前景[12]。

3.2 大數(shù)據(jù)在施工階段的應用

鐘登華等[13]設計的智慧大壩由大壩空間層、主動感知層、自動傳輸層、智能分析層和智能管理決策層5個環(huán)節(jié)構成，最后可以實現(xiàn)水利工程施工多目標實時優(yōu)化，施工質量實時控制，大壩穩(wěn)定性自動分析，水庫調度分析，設備維護方案制定，地震、超標洪水、滑坡等突發(fā)事件智能應急處理等。

3.3 大數(shù)據(jù)在運營管理階段的應用

大數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)洪旱災害的管理，運用大數(shù)據(jù)技術，再結合洪澇災害數(shù)據(jù)，可以提高洪澇災害預測的準確性且延長預測期。水資源配置方面，可以對水資源調度、水量分配、用水戶等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，隨時調整水庫的供水分配和蓄泄水量[2]。

3.4 大數(shù)據(jù)在其他方面的應用

除此以外，大數(shù)據(jù)在其他方面還有許多應用。例如，可以應用大數(shù)據(jù)實現(xiàn)區(qū)域水土流失的動態(tài)監(jiān)測與評價[14-15]；羅鵬等[16]運用WebGIS建立了大型灌區(qū)水利信息的綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了灌區(qū)閘門、水質、水雨情、渠道等信息的綜合管理及自動化辦公；吳思等[17]提出了大數(shù)據(jù)在管線挖掘中的應用思路，對今后市政管網(wǎng)空間分布及合理布置規(guī)劃提供了很大幫助。

4 結語

大數(shù)據(jù)在水利工程中的應用是必然的發(fā)展趨勢，一方面是因為和水利工程有關的部門已經(jīng)積累了大量的水利大數(shù)據(jù)，另一方面是遙感、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術的發(fā)展使得大數(shù)據(jù)技術越來越進步。大數(shù)據(jù)在水利工程中的應用還處于起步階段，在未來通過人們不斷努力研究會成為解決水利工程問題的重要手段。