張瑜 豫北水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司

目前，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能為代表的新一代IT技術(shù)已成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵手段。通過(guò)新技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的深度融合，建立覆蓋水文水資源等領(lǐng)域的透徹感知網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)水利設(shè)施的智能感知，為決策調(diào)度指揮提供科學(xué)依據(jù)。充分發(fā)揮已建水利工程設(shè)施效能，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)、水資源、水環(huán)境的智能化管理。

1.“智慧水利”概述

水利是農(nóng)業(yè)的命脈，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，而水利水電工程的建設(shè)質(zhì)量直接關(guān)系到老百姓的安全感、獲得感和幸福感?！笆奈濉睍r(shí)期水利保障國(guó)家水安全的重點(diǎn)舉措之一，就是推進(jìn)智慧水利建設(shè)。按照“需求指引、應(yīng)用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的要求，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化為主線，以數(shù)字化場(chǎng)景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為實(shí)施路徑，全面加強(qiáng)算據(jù)、算法、算力建設(shè)，構(gòu)建具有預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演的智慧水利體系。因此，必須深度融合新技術(shù)和管理工作，加強(qiáng)對(duì)各新興技術(shù)的認(rèn)知，以確保建成的智慧水利項(xiàng)目能夠高效、安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，并助理新階段水利高質(zhì)量發(fā)展，為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家提供有力的水安全保障。此外，在對(duì)智慧水利項(xiàng)目的全過(guò)程中，通過(guò)建立高速互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)外接口實(shí)現(xiàn)與上級(jí)單位和其它單位的連接及相關(guān)數(shù)據(jù)通信。實(shí)現(xiàn)信息采集處理自動(dòng)化，信息傳輸全面快速、預(yù)警預(yù)報(bào)及時(shí)可靠，調(diào)度指揮科學(xué)智能；實(shí)現(xiàn)工程管理的各項(xiàng)業(yè)務(wù)和水利政務(wù)辦公網(wǎng)絡(luò)化、無(wú)紙化，以此支撐智慧水利項(xiàng)目向全面科學(xué)決策和全面提升效率效能方向快速發(fā)展，更好地發(fā)揮防洪、供水、保護(hù)水環(huán)境安全等綜合利用服務(wù)。

2.“智慧水利”項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

“智慧水利”項(xiàng)目的建設(shè)需要遵循水利、信息產(chǎn)業(yè)等行業(yè)的相關(guān)政策、法律、法規(guī)、相關(guān)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范和規(guī)定；信息化建設(shè)與管理的有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范、信息自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等；水文自動(dòng)測(cè)報(bào)、水工建筑物設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控以及水環(huán)境監(jiān)測(cè)、通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的相關(guān)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范和規(guī)定；已批準(zhǔn)的軟件工程國(guó)家相關(guān)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范；水利工程設(shè)計(jì)、施工和管理的相關(guān)專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范和規(guī)定；國(guó)家有關(guān)部委、司的相關(guān)文件；此外，還應(yīng)滿足IEEE802.3網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，IEC870-5-103，以及GB、SD、DL、JIEC、IEEE、IEC、ISO、ANSI、DIN等相關(guān)的國(guó)際最新標(biāo)準(zhǔn)；該項(xiàng)目設(shè)計(jì)有關(guān)合同及業(yè)主的有關(guān)要求等。智慧水利項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人員只有在遵循相關(guān)法律法規(guī)的基礎(chǔ)上，才能確保項(xiàng)目的順利開(kāi)展，構(gòu)建安全的項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)體系。

3.“智慧水利”項(xiàng)目建設(shè)策略

3.1 信息共享

信息共享是指通過(guò)信息交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種技術(shù)，在這個(gè)過(guò)程中，需要對(duì)信息進(jìn)行有效的處理和利用，從而達(dá)到信息的使用價(jià)值。例如建立決策分析平臺(tái)可提升用戶的信息化水平，打破業(yè)務(wù)信息壁壘實(shí)現(xiàn)信息共享，幫助用戶分析其業(yè)務(wù)特性，提供輔助決策支持，從而提升數(shù)據(jù)自身的業(yè)務(wù)價(jià)值和管理決策水平，增強(qiáng)業(yè)務(wù)洞察力與競(jìng)爭(zhēng)力。應(yīng)避免出現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)文檔不重視的現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)只能在有限范圍、有限時(shí)段內(nèi)由少數(shù)人員熟悉使用。在共享環(huán)境中，這些數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的信息內(nèi)容很難理解，客觀上形成了難以逾越的數(shù)字鴻溝。導(dǎo)致水利信息化建設(shè)的各項(xiàng)工作無(wú)法順利開(kāi)展。因此，系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)定期對(duì)建設(shè)管理人員進(jìn)行培訓(xùn)，包括建設(shè)技術(shù)和建設(shè)管理。技術(shù)包括調(diào)度管理系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)、組成等；建設(shè)管理包括項(xiàng)目管理、基建財(cái)務(wù)、檔案管理等，提高建設(shè)管理人員的知識(shí)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)水平和處理建設(shè)中發(fā)生各種問(wèn)題的能力，為系統(tǒng)的順利建設(shè)、達(dá)到預(yù)期目標(biāo)提供保障。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

目前，國(guó)內(nèi)水利水電工程信息化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)架構(gòu)有分布式架構(gòu)和集中式架構(gòu)。分布式架構(gòu)一般采用性?xún)r(jià)比更高的 PC 服務(wù)器、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)和大量 PC 內(nèi)存閃存，程序同時(shí)運(yùn)行在眾多 PC 服務(wù)器上；分布式系統(tǒng)需要達(dá)到集中式系統(tǒng)同等或更高的可維護(hù)性與高一致性，需要通過(guò)先進(jìn)的分布式中間件與大規(guī)模運(yùn)維平臺(tái)來(lái)支持。集中式架構(gòu)下，包括操作系統(tǒng)，中間件，數(shù)據(jù)庫(kù)等“基礎(chǔ)軟件”均為閉源商用系統(tǒng)，系統(tǒng)在可維護(hù)性、一致性方面有優(yōu)勢(shì)。分布式架構(gòu)在經(jīng)濟(jì)性、安全自主、靈活性、可伸縮性等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，日趨完整的智慧水利體系將面臨著越來(lái)越多的待處理業(yè)務(wù)量和數(shù)據(jù)量，而分布式架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)也將更加顯著。通過(guò)將這種技術(shù)沉淀到了智慧水利云計(jì)算平臺(tái)上，支撐各部門(mén)更好地運(yùn)用分布式架構(gòu)和云計(jì)算的能力，共同用新技術(shù)的力量推進(jìn)智慧水利體系的構(gòu)建。

3.3 網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)

大部分水利工程均通過(guò)各種工業(yè)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制或遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，而隨著全社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型浪潮的到來(lái)，5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、云計(jì)算等新興 ICT 技術(shù)（信息與通信技術(shù)）被廣泛應(yīng)用于水利工程控制系統(tǒng)中，水利工程控制系統(tǒng)則升級(jí)為智慧水利物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，極大提高了水利工程的生產(chǎn)效率、設(shè)備故障預(yù)測(cè)率、系統(tǒng)智能化水平等，但也帶來(lái)了極大的信息安全風(fēng)險(xiǎn)，既有新的設(shè)備漏洞引入的脆弱性問(wèn)題，也有外部攻擊帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)安全威脅。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)自身的技術(shù)特點(diǎn)，建立覆蓋從端到云的主動(dòng)防御網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)體系，落實(shí)“終端監(jiān)視、邊緣監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、云端分析”的網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)總體策略，通過(guò)全覆蓋的數(shù)據(jù)采集和多手段的安全數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)智慧水利物聯(lián)網(wǎng)安全威脅的全過(guò)程管理，并提供快速的應(yīng)急響應(yīng)決策建議，幫助智慧水利物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的內(nèi)外部安全威脅，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程。但是，建立起監(jiān)測(cè)體系后，還需要對(duì)監(jiān)測(cè)分析技術(shù)進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化，對(duì)安全數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，不斷提高分析的準(zhǔn)確率，降低安全事件告警的誤報(bào)率。

3.4 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型的建立主要是對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理，在進(jìn)行智慧水利項(xiàng)目設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對(duì)數(shù)據(jù)的收集和整理，在這個(gè)過(guò)程中，需要將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)以及傳輸?shù)姆绞椒椒ǖ确矫娴馁Y料，都要實(shí)時(shí)地錄入到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，并且還要將這些信息的格式、類(lèi)型等內(nèi)容全部的錄入到計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)之中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于項(xiàng)目的數(shù)據(jù)管理。

我國(guó)幅員遼闊，各地智慧水利的數(shù)據(jù)模型不盡相同，如對(duì)水資源配置工程方法進(jìn)行研究：研究水量的區(qū)域分配、水資源利用效率、以及水資源開(kāi)發(fā)利用對(duì)該地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的作用；根據(jù)項(xiàng)目所在水系的水資源在線監(jiān)測(cè)和管理數(shù)據(jù)，建立水資源優(yōu)化配置數(shù)據(jù)模型，并進(jìn)行應(yīng)用研究。針對(duì)不同地域的智慧水利項(xiàng)目采取經(jīng)濟(jì)、安全、高效的數(shù)據(jù)模型。其次，還需要對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行內(nèi)存的計(jì)算與分析，通過(guò)合理分配內(nèi)存，減少資源的浪費(fèi)并降低成本。此外，為確保智慧水利項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)存的分布情況。通過(guò)合理開(kāi)發(fā)相關(guān)的軟件，重點(diǎn)加強(qiáng)軟硬件的配置工作，從而確保智慧水利項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)、高效、安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，并促進(jìn)我國(guó)實(shí)現(xiàn)數(shù)字水利向智慧水利的轉(zhuǎn)型。

圖1 水文信息化系統(tǒng)架構(gòu)圖

4.結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)化新技術(shù)與業(yè)務(wù)深度融合，充分開(kāi)發(fā)和利用水利信息資源，加強(qiáng)分析研判、模型仿真、預(yù)測(cè)預(yù)警、指揮調(diào)度、應(yīng)急處置等環(huán)節(jié)的聯(lián)動(dòng)、協(xié)同和智能應(yīng)用，為決策指揮調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)，充分發(fā)揮已建水利工程設(shè)施效能，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)、水資源、水環(huán)境的智能化管理。通過(guò)深度融合新技術(shù)和管理工作，加強(qiáng)對(duì)多專(zhuān)業(yè)技術(shù)的認(rèn)知程度，從而確保建成的智慧水利項(xiàng)目的正常運(yùn)行，并推動(dòng)新階段水利高質(zhì)量發(fā)展，為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家提供有力的水安全保障。