樊 進(jìn) 呂 忍 舒 楠

（作者單位：宿遷市水務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司 223800）

“智慧水利”建設(shè)是重要的民生工程，也是“智慧城市”的重要組成部分，貫穿于防洪減災(zāi)、水資源配置、水環(huán)境保護(hù)與水管理服務(wù)等體系。國(guó)內(nèi)學(xué)者目前對(duì)于智慧水利的研究主要從地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)層面展開研究。本文基于智慧水利的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，從智慧水利的特征、技術(shù)支撐、實(shí)施路線及存在問題四個(gè)方面進(jìn)行歸納總結(jié)，并針對(duì)智慧水利的建設(shè)提出新思路與展望。

一、智慧水利的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

在全球信息化的新形勢(shì)下，水利工作者借鑒“智慧地球”的理念提出了“智慧水利”的概念，促使數(shù)字水利、水利信息化的快速發(fā)展。目前我國(guó)的智慧水利發(fā)展現(xiàn)狀主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.規(guī)劃與技術(shù)體系漸趨完善

《國(guó)家信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出要推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)行動(dòng)。這些促進(jìn)智慧城市發(fā)展的政策，從技術(shù)和需求上，為智慧水利的發(fā)展奠定了研究基礎(chǔ)。

2.基礎(chǔ)設(shè)施初具規(guī)模

在智慧水利發(fā)展的背景下，江蘇省無錫市開展了感知太湖智慧水利試點(diǎn)，建立防汛抗旱指揮智能決策系統(tǒng)、水資源和水環(huán)境管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了水利水務(wù)的智能感知、智能調(diào)度和智能管理功能；臺(tái)州的智慧水務(wù)試點(diǎn)建立了以“一個(gè)中心、兩個(gè)平臺(tái)、四大支撐體系”的管理系統(tǒng)；江西省水利廳出臺(tái)了《江西省智慧水利建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃》，依托智慧撫河信息化工程等項(xiàng)目建設(shè)積極開展智慧水利建設(shè)。

3.水利信息化的發(fā)展

水利信息化初步形成了水利業(yè)務(wù)應(yīng)用、水利信息資源、水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施、水利網(wǎng)絡(luò)安全、水利信息化保障環(huán)境五大體系。同時(shí)，依托這些信息化體系的建設(shè)，不斷深化水利業(yè)務(wù)應(yīng)用水平，并向基層水利部門拓展。

二、智慧水利的主要特征

智慧水利就是充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)水利數(shù)據(jù)、水利資源進(jìn)行整合與分析，實(shí)現(xiàn)成果的可視性、設(shè)施的智能性、災(zāi)害的預(yù)測(cè)性，并對(duì)水利應(yīng)用進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，降低了人為誤差。因此，可以將智慧水利的基本特征概括如圖1。

1.感知全面化

透徹的感知能力是實(shí)現(xiàn)智慧水利的前提和基礎(chǔ)，通過全方位、全對(duì)象、全指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，為水利管理部門提供多種類、精細(xì)化的數(shù)據(jù)支撐。

2.互聯(lián)泛在化

通過光纖、微波等傳統(tǒng)通信技術(shù)和現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)感知對(duì)象的水利監(jiān)測(cè)、預(yù)警、分析、預(yù)測(cè)和決策能力。

3.數(shù)據(jù)規(guī)范化

高效安全的數(shù)據(jù)整合能力是智慧水利的核心。不僅包括對(duì)統(tǒng)計(jì)年份內(nèi)的水利數(shù)據(jù)整理，還包括對(duì)各分級(jí)部門數(shù)據(jù)的整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

4.共享實(shí)時(shí)化

共享性是智慧水利實(shí)現(xiàn)管理與服務(wù)高效便捷的基本要求，通過各類數(shù)據(jù)的全參與、全交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利數(shù)據(jù)的共用、復(fù)用和再生，為智慧水利系統(tǒng)提供豐富的數(shù)據(jù)支撐。

5.應(yīng)用智能化

智能化是智慧水利的核心體現(xiàn)，關(guān)鍵在于對(duì)新技術(shù)的運(yùn)用程度和深度，比如地理信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新技術(shù)，有效地提高水利設(shè)施遠(yuǎn)距離控制和智能化執(zhí)行能力。

6.服務(wù)社會(huì)化

社會(huì)服務(wù)是智慧水利的重要落腳點(diǎn)，通過已建立的智慧水利水務(wù)系統(tǒng)將水利數(shù)據(jù)成果圖形化、動(dòng)態(tài)化，達(dá)到通俗易懂、便捷實(shí)用的目的。

三、智慧水利應(yīng)用的技術(shù)路線

1.智慧水利的技術(shù)支撐

智慧水利的快速發(fā)展促進(jìn)了水利信息化的進(jìn)程，而新興技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)智慧水利的發(fā)展同樣起到了關(guān)鍵性作用。

（1）跨平臺(tái)的BIM技術(shù)

BIM是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，建立起三維的建筑模型，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息。 BIM作為全開放的可視化多維數(shù)據(jù)庫，是智慧水利極佳的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，可保證數(shù)據(jù)隨時(shí)、隨地、隨需應(yīng)用。

（2）虛擬化的云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)顛覆性地改變了傳統(tǒng)水務(wù)行業(yè)的消費(fèi)模式和服務(wù)模式，節(jié)約了水利信息化的投入成本。

（3）海量的大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)作為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的新產(chǎn)物，在數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，大大提高了水利數(shù)據(jù)的處理效率。

（4）高效的人工智能技術(shù)

圖1 智慧水利的主要特征圖

人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，具有自學(xué)習(xí)、推理、判斷和自適應(yīng)能力，在水利設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)行、檢測(cè)、維修等過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

（5）科學(xué)的地理信息技術(shù)

地理信息技術(shù)，簡(jiǎn)稱GIS技術(shù)，它是一種能夠?qū)λ畔?shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、運(yùn)算、分析、顯示和評(píng)價(jià)的空間信息系統(tǒng)，形成能夠?yàn)樗姥础⒎懒璧葮I(yè)務(wù)服務(wù)的比較完善和高效分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理體系和影像分析平臺(tái)，滿足各種應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行的需要。

（6）實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

基于對(duì)自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警的高度重視，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為智慧水利中不可或缺的部分，通過先進(jìn)技術(shù)，及時(shí)掌握氣象情況，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)災(zāi)情，減少災(zāi)害損失。

（7）仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)即VR技術(shù)，通過借助計(jì)算機(jī)及傳感器技術(shù)，開創(chuàng)了嶄新的人機(jī)交互手段，是一種體現(xiàn)虛擬世界的仿真系統(tǒng)。依托VR技術(shù)，可以構(gòu)建出虛擬的水利環(huán)境，實(shí)現(xiàn)水?dāng)?shù)據(jù)的信息化、智能化、可視化，是一種綜合性的高科技技術(shù)。

2.智慧水利的實(shí)施路線

依托智慧水利的技術(shù)基礎(chǔ)，構(gòu)建智慧水利系統(tǒng)平臺(tái)的實(shí)施路線，如圖2所示。設(shè)備感知層是基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取、采集；數(shù)據(jù)傳輸層是工具，對(duì)收集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整合；平臺(tái)層是手段，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，使數(shù)據(jù)成果化；業(yè)務(wù)應(yīng)用層是交互，實(shí)現(xiàn)智慧水利的共享功能，最終目標(biāo)是為相關(guān)部門提供如防汛預(yù)測(cè)、水利設(shè)施監(jiān)測(cè)、決策支持等服務(wù)。

圖2 智慧水利系統(tǒng)技術(shù)路線圖

四、智慧水利面臨的問題

目前，國(guó)內(nèi)智慧水利還處于一個(gè)初步發(fā)展的階段，與智慧社會(huì)、智慧城市的需求依舊存在較大差距，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.感知能力不夠透徹

目前，各類水利設(shè)施的監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)未做到全面感知。例如，水庫安全監(jiān)測(cè)方面，僅有73% 的大型水庫建立了工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)施和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，多數(shù)中型水庫和幾乎所有小型水庫都沒有安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，大部分小型水庫甚至沒有水情監(jiān)測(cè)報(bào)汛設(shè)備。同時(shí)，感知技術(shù)手段也存在較大差距，自動(dòng)化水平不高。

2.“全面互聯(lián)”不夠全面

據(jù)統(tǒng)計(jì)，還有13%的區(qū)縣級(jí)水利部門未連接到水利業(yè)務(wù)網(wǎng)，僅有6個(gè)省區(qū)水利業(yè)務(wù)網(wǎng)通達(dá)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)水利單位，導(dǎo)致水利信息系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)“三級(jí)部署（水利部、流域機(jī)構(gòu)、省級(jí)）、五級(jí)應(yīng)用（水利部、流域機(jī)構(gòu)、省級(jí)、市級(jí)、縣級(jí)）”。數(shù)據(jù)庫的不連通，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)地域間的數(shù)據(jù)整合、分析，很難做到水資源的聯(lián)合管理和洪澇災(zāi)情的聯(lián)合整治，容易形成信息孤島。

3.智能應(yīng)用不足

由于智慧水利的發(fā)展總體上還處于初級(jí)階段。對(duì)于新一代高新技術(shù)，如大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等尚未得到廣泛應(yīng)用，水利管理系統(tǒng)的智能化尚未充分體現(xiàn)。

4.數(shù)據(jù)分析技術(shù)不夠先進(jìn)

目前，水利工程存在數(shù)據(jù)多、種類雜、體量大的特點(diǎn)，而數(shù)據(jù)分析技術(shù)難以全部適用，缺乏針對(duì)性，或者說缺乏統(tǒng)一性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的分析結(jié)果誤差較大，實(shí)際應(yīng)用效果不佳。如水文系統(tǒng)，是地球上最大、最復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其子系統(tǒng)同樣復(fù)雜，包括大氣層—海洋系統(tǒng)、河流系統(tǒng)、冰川系統(tǒng)、地下水系統(tǒng)等。

5.泛在服務(wù)欠缺

作為民生工程的水利行業(yè)，業(yè)務(wù)應(yīng)用多，但缺乏公共服務(wù)產(chǎn)品，系統(tǒng)應(yīng)用不夠人性化，操作不便，精度較差。

6.認(rèn)識(shí)不到位

智慧水利作為新興的信息技術(shù)產(chǎn)物，對(duì)于很多基層水利單位來說，存在解讀不徹底、目標(biāo)不清晰、任務(wù)不明確、實(shí)施不到位等問題。

五、智慧水利建設(shè)的新思路與展望

基于對(duì)智慧水利的發(fā)展現(xiàn)狀、技術(shù)特點(diǎn)、實(shí)施路線和存在問題的分析，提出對(duì)智慧水利建設(shè)的新思路與展望。

1.明確智慧水利的目標(biāo)和任務(wù)

結(jié)合智慧水利的特征，明確智慧水利的建設(shè)目標(biāo)及任務(wù)：（1）完善智慧水利建設(shè)的實(shí)施方案，積極開展智慧水利、智慧水務(wù)試點(diǎn)工作；（2）進(jìn)行前期調(diào)研與需求分析工作，為智慧水利的開展提供現(xiàn)實(shí)支撐；（3）開展智慧水利關(guān)鍵技術(shù)研究；（4）構(gòu)建智慧水利建設(shè)總體框架；（5）建立智慧水利評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.加強(qiáng)新興技術(shù)的應(yīng)用深度

積極開展高新技術(shù)在水利業(yè)務(wù)方面的研究，尤其是大數(shù)據(jù)技術(shù)，是水利信息化建設(shè)的技術(shù)基礎(chǔ)，加強(qiáng)大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施、大數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用平臺(tái)、云數(shù)據(jù)庫和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的搭建，對(duì)智慧水利的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

3.建立規(guī)范的信息服務(wù)系統(tǒng)

從智慧水利的總體框架出發(fā)，建設(shè)智慧水利云平臺(tái)，加強(qiáng)水利信息資源建設(shè)，提高水利成果共享服務(wù)，提升水利設(shè)施和智慧平臺(tái)的服務(wù)質(zhì)量。

4.開展智慧水利到基層的技術(shù)服務(wù)體系

智慧水利是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，對(duì)于技術(shù)薄弱的水利基層單位，需要加強(qiáng)人才培養(yǎng)，加大資金管理，完善運(yùn)營(yíng)模式，規(guī)范運(yùn)行制度，開展技術(shù)創(chuàng)新，建立起一套完整的基層技術(shù)服務(wù)體系。

六、結(jié)語

智慧水利是智慧城市的重要組成部分，加強(qiáng)智慧水利的建設(shè)不僅是水利工程的發(fā)展方向，更是社會(huì)發(fā)展的需求。通過信息化技術(shù)的支撐，建立完善的智慧水利管理與服務(wù)系統(tǒng)，為水利部門、公眾提供良好的智慧服務(wù)■