侯 薇

(吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130000)

智慧水利工程建設(shè)屬于智慧城市建設(shè)的一個(gè)重要部分，在提升國(guó)家糧食、水資源及生態(tài)環(huán)境安全水平中具有重要意義。具體執(zhí)行過(guò)程需要用到信息工程、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等最新的技術(shù)科研成果。通過(guò)新進(jìn)科技技術(shù)應(yīng)用來(lái)達(dá)到解決當(dāng)前水利問(wèn)題，提升水安全保障能力，加快推進(jìn)水利現(xiàn)代化的目的。

1 智慧水利的概念

智慧水利最早起源于美國(guó)，這一技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵詞是自動(dòng)化、交互性、智能化。具體的執(zhí)行過(guò)程是將信息工程、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等最新的技術(shù)科研成果與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行綜合利形成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，達(dá)到能夠自動(dòng)即時(shí)地探測(cè)、記錄、存儲(chǔ)水及其存在環(huán)境、物理大氣水文過(guò)程及其他水利工程的元素指標(biāo)數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳送到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)中，最后通過(guò)云計(jì)算、建模等智能化的手段來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析，并根據(jù)分析結(jié)果做出最佳的決策，發(fā)出對(duì)應(yīng)的指令，使對(duì)應(yīng)的操作者和設(shè)備做出有效的反應(yīng)，以達(dá)到有效解決水利中存在的各類(lèi)問(wèn)題，提升對(duì)水資源的利用率及防范抵御水旱災(zāi)害能力的目的[1]。

具體而言，智慧水利工程的實(shí)施過(guò)程中必須把握以下三個(gè)要點(diǎn)：(1)堅(jiān)持云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等新信息通信技術(shù)的應(yīng)用。(2)管理過(guò)程會(huì)涉及到多個(gè)學(xué)科和方面，都需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)作為支撐，因此整個(gè)過(guò)程是多部門(mén)合作的過(guò)程，需要?dú)庀?、水文、市政等多部門(mén)聯(lián)合對(duì)天上、空中、地面、地下等方位進(jìn)行多源信息的監(jiān)測(cè)與融合。(3)智慧水利工程必須滿足系統(tǒng)中包括預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、檢測(cè)分析、控制運(yùn)行等多工程的集成及應(yīng)用要求。

2 我國(guó)智慧水利建設(shè)現(xiàn)狀

目前我國(guó)社會(huì)和政府，尤其是水利部門(mén)對(duì)水利信息化建設(shè)的重視程度有所提升，近年出臺(tái)了包括《關(guān)于推進(jìn)水利大數(shù)據(jù)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》、《加快推進(jìn)智慧水利指導(dǎo)意見(jiàn)》等在內(nèi)的多個(gè)重要的關(guān)于水利信息化建設(shè)的文件，希望通過(guò)智慧水利的建設(shè)來(lái)達(dá)到推進(jìn)水利現(xiàn)代化發(fā)展水平的目的。而水利信息化建設(shè)工作到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)過(guò)了二十年的時(shí)間，且已經(jīng)取得了十分突出的成績(jī)。這個(gè)期間不僅水利綜合信息采集體系已經(jīng)初步形成、水利建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)通信保障能力也取得了明顯進(jìn)步，同時(shí)與智慧水利有關(guān)的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等科技手段也被逐步引入到水利建設(shè)中來(lái)[2]。因此，新時(shí)期下水利建設(shè)過(guò)程已經(jīng)邁入了智慧水利建設(shè)的大門(mén)，并取得了一定的成績(jī)，水資源總體的管理水平得到了提升。

但是目前建設(shè)狀況與預(yù)期目標(biāo)還存在很大的差距，主要差距表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：(1)當(dāng)前水利設(shè)施的檢測(cè)系統(tǒng)并不能實(shí)現(xiàn)全方面的檢測(cè)感知，且具體執(zhí)行中存在檢測(cè)過(guò)程自動(dòng)化水平不高的問(wèn)題；(2)各級(jí)信息互聯(lián)發(fā)展差異性大。受到區(qū)域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和條件的限制，一般而言，較上一級(jí)的信息互聯(lián)效果較好，越往下越差。因?yàn)橄录?jí)尤其是縣級(jí)及縣級(jí)以下部門(mén)中網(wǎng)絡(luò)覆蓋率小，未能實(shí)現(xiàn)全面連接水利業(yè)務(wù)網(wǎng)；(3)智能水利建設(shè)要求多部門(mén)的合作，這個(gè)過(guò)程需要多部門(mén)信息數(shù)據(jù)的共享，但是目前來(lái)說(shuō)，水利信息化建設(shè)中存在水利部門(mén)內(nèi)部、上下級(jí)及各相關(guān)部門(mén)間信息共享不足的問(wèn)題；(4)智慧水利建設(shè)處于初級(jí)階段，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)也是初步應(yīng)用，智能化應(yīng)用水平不高[3]。

3 智慧水利的基本要求及優(yōu)勢(shì)

3.1 做好信息獲取、存儲(chǔ)、利用等的管理

信息是實(shí)現(xiàn)智慧水利建設(shè)的基礎(chǔ)，因此必須做好信息獲取、存儲(chǔ)、傳輸、分析及利用管理，在具體的信息管理中實(shí)現(xiàn)信息多元性、感知完整性、信息匯集、信息融合四方面是關(guān)鍵。下面就對(duì)這幾點(diǎn)要求進(jìn)行具體分析：

(1)保證信息的多元性。因?yàn)橹腔鬯ㄔO(shè)中牽扯的社會(huì)領(lǐng)域較多，且監(jiān)測(cè)管理過(guò)程中涉及的面也很廣，具體執(zhí)行過(guò)程中存在復(fù)雜性和多樣性。例如：智慧水利建設(shè)中要與氣象、水文、市政等多部門(mén)打交道，同時(shí)監(jiān)測(cè)管理的水利工程對(duì)象包括江、河、湖及人工建設(shè)水利工程等，水利監(jiān)管的某一指標(biāo)信息不會(huì)是一時(shí)的，要存在對(duì)比性，所以可能涵蓋了過(guò)去、現(xiàn)代及未來(lái)的信息，具有一定的時(shí)間跨度且數(shù)據(jù)信息多；信息傳輸存儲(chǔ)中也會(huì)以圖像、數(shù)字和視頻等不同格式出現(xiàn)[4]。

(2)信息感知的完整性。為了改善目前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不全面問(wèn)題，提升水利信息監(jiān)測(cè)的全面性、精準(zhǔn)性，需要進(jìn)一步擴(kuò)大感知及監(jiān)測(cè)范圍。具體的執(zhí)行就是擴(kuò)大江河湖泊及水利工程設(shè)施的監(jiān)測(cè)范圍。同時(shí)需要繼續(xù)引入高科技的手段和設(shè)備來(lái)提升信息立體感知的智能水平，例如雷達(dá)、衛(wèi)星等。

(3)重視信息匯集過(guò)程和結(jié)果。智慧水利執(zhí)行過(guò)程中需要將獲取的信息數(shù)據(jù)及已有的數(shù)庫(kù)支撐平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容進(jìn)行綜合匯聚、整合。其中數(shù)據(jù)匯集平臺(tái)應(yīng)該是在水利管理部門(mén)及對(duì)應(yīng)的管控省份、檢測(cè)流域三級(jí)建立，實(shí)現(xiàn)遙感影像獲取的統(tǒng)一性。然后根據(jù)各級(jí)的不同需求來(lái)對(duì)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理分析。

(4)做好信息融合管理過(guò)程。采取多種措施和手段設(shè)立多源、多尺度的信息管理體系。例如使用不同類(lèi)型的傳感器、不同的時(shí)間或空間尺度來(lái)進(jìn)行信息測(cè)量和獲取，并利用多源影像復(fù)合、圖像分析與理解等手段進(jìn)行信息融合[5]。

3.2 高效獲知專(zhuān)業(yè)知識(shí)

智慧水利建設(shè)應(yīng)用過(guò)程中不僅包括多種數(shù)據(jù)信息，還會(huì)用到眾多學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和規(guī)律，而很多既定的知識(shí)和規(guī)律需要通過(guò)一定的手段來(lái)分析、總結(jié)得出。而這些具體的手段不僅包括傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法，還應(yīng)該包括大數(shù)據(jù)挖掘及人工智能等高科技方法。

(1)大數(shù)據(jù)挖掘手段。大數(shù)據(jù)挖掘是指利用軟件實(shí)現(xiàn)在海量數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)知識(shí)的查找提取、分析處理等工作。水利建設(shè)中的數(shù)據(jù)具有信息量大、數(shù)據(jù)類(lèi)型多、價(jià)值密度低、更新速度快等特點(diǎn)，特別適合使用大數(shù)據(jù)挖掘手段。

(2)人工智能應(yīng)用。人工智能的應(yīng)用是建立在大數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)上的，需要利用數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能。只是人工智能具備“指令”功能，可以根據(jù)反饋結(jié)果來(lái)做出對(duì)應(yīng)的指令，并將指令以數(shù)據(jù)方式傳輸給對(duì)應(yīng)的設(shè)備或機(jī)器，使其做出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。而大數(shù)據(jù)只能做到分析總結(jié)這一步，而不能根據(jù)分析結(jié)果去自動(dòng)安排行動(dòng)。目前，人工智能在降雨預(yù)報(bào)、洪水預(yù)報(bào)預(yù)警等方面得到了應(yīng)用，并具有很好的應(yīng)用前景[6]。

3.3 拓展智慧水利工程中對(duì)應(yīng)的能力

智慧水利建設(shè)應(yīng)用的最終目標(biāo)是提升水利工程管理的水平和能力。這其中就包括對(duì)水文屬性的感知能力、對(duì)氣象水文現(xiàn)象的模擬能力、對(duì)未來(lái)氣候的預(yù)測(cè)能力等，因此智慧水利建設(shè)中需要實(shí)現(xiàn)這些能力的提升。

(1)流域水模擬和預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)一般分為洪水預(yù)報(bào)及天氣預(yù)報(bào)等多個(gè)方面。例如：流域洪水預(yù)報(bào)時(shí)，要建造對(duì)應(yīng)的水文模擬模型并根據(jù)實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行模型要素和范圍的拓展工作，提升模擬能力。而天氣預(yù)報(bào)時(shí)，需要進(jìn)一步拓展水文天氣預(yù)報(bào)的預(yù)見(jiàn)期。

(2)重視水工程安全分析和科學(xué)調(diào)度工作開(kāi)展。工程規(guī)劃、建設(shè)、管理及運(yùn)行過(guò)程中，都必須重視水利工程智能手段的應(yīng)用，通過(guò)模擬過(guò)程來(lái)發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題，并研究對(duì)應(yīng)的解決策略，按照策略要求開(kāi)展調(diào)度工作。

(3)在水利工程行政管理方面引入智能管理系統(tǒng)。在智慧水利平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)一步開(kāi)展升級(jí)的監(jiān)管信息預(yù)處理、安全生產(chǎn)監(jiān)管、工程質(zhì)量監(jiān)督等，從而實(shí)現(xiàn)水利建設(shè)行政管理的智能化，提升資產(chǎn)、機(jī)關(guān)建設(shè)等眾多項(xiàng)目的智能化管理水平。

(4)水利信息智能服務(wù)應(yīng)用。按照民眾的需求來(lái)建立對(duì)應(yīng)的信息智能化管理系統(tǒng)，并公開(kāi)對(duì)應(yīng)的水利信息，提升民眾對(duì)節(jié)水等水資源管理概念的認(rèn)知和意識(shí)，提升水服務(wù)水平。

4 提升我國(guó)智慧水利建設(shè)效果的措施

4.1 重視信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

信息化是智慧水利建設(shè)的基礎(chǔ)，也是短板。而不論是智慧化還是信息化實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，都需要對(duì)應(yīng)的設(shè)備作為支撐。因此新時(shí)期智慧水利建設(shè)中必須重視信息化基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)水安全、水資源及環(huán)境環(huán)境等信息的立體高效監(jiān)測(cè)。目前最主要的工作就是完善網(wǎng)絡(luò)體系件建設(shè)，保證全方位檢測(cè)所需的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境條件滿足需求。同時(shí)配備符合現(xiàn)代化需求的設(shè)備、軟件等，為智慧水利的發(fā)展保駕護(hù)航。

4.2 強(qiáng)化知識(shí)體系建設(shè)

(1)加大人工智能方法研究，逐步實(shí)現(xiàn)人工智能算法，以便智慧水利建設(shè)中做出的模擬工作及預(yù)測(cè)工作的精準(zhǔn)度；

(2)重視知識(shí)獲取模型的研發(fā)。例如研制水文模型對(duì)水文變量進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，建設(shè)全尺度的水模型，對(duì)我國(guó)將來(lái)的水資源整體變化進(jìn)行精確的判斷和預(yù)測(cè)，方便及時(shí)采取措施來(lái)提升水資源使用率，減少旱情災(zāi)害發(fā)生。

(3)重點(diǎn)開(kāi)展流域水模擬和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、水工程安全分析和科學(xué)調(diào)度系統(tǒng)、水行政管理智能系統(tǒng)、水信息服務(wù)智能系統(tǒng)為核心的系統(tǒng)建設(shè)[7]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新時(shí)代下社會(huì)和政府對(duì)智慧水利信息建設(shè)要求標(biāo)準(zhǔn)有所提升。因此作為水利建設(shè)管理單位和人員，必須認(rèn)識(shí)到形勢(shì)的嚴(yán)峻性，積極地將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)引入到水利工程建設(shè)中，提升建設(shè)管理工作的智能化水平，加快智慧水利建設(shè)進(jìn)程，推動(dòng)水利現(xiàn)代化發(fā)展。