智慧水利发展现状及关键技术研究进展_陈继明.pdf

河南水利与南水北调 2023年第2期智慧水利智慧水利发展现状及关键技术研究进展陈继明（江西省宜春市袁锦水利工程服务中心，江西 宜春 336000）摘要：水利信息化迅速发展达到相对高级阶段便相应提出了智慧水利的现代概念。从“十五”以来，水利信息化至今取得了诸多的建设成果，为水利智慧化发展奠定了坚实的基础。文章简要阐述了智慧水利的概念和内涵，分析了智慧水利的发展现状，对智慧水利发展的一些关键技术如高精度、低成本物联网传感技术，水利大数据传输、存储和分析处理技术等的研究进展进行了探讨。关键词：智慧水利；水利智能化；水利大数据中图分类号：TV1,TP114文献标识码：A文章编号：1673-8853（2023）02-0101-02Development Status and Key Technology Research Progress of Intelligent Water ConservancyCHEN Jiming（Yuanjin Water Conservancy Engineering Service Center,Yichun 336000,China）Abstract：Intelligent water conservancy has reached an advanced stage of water conservancy informatization development.Since theTenth Five-Year Plan,water conservancy informatization has made many achievements,laying a solid foundation for the intelligentdevelopment of water conservancy.The concept and connotation of intelligent water conservancy are briefly expounded.Thedevelopment status of intelligent water conservancy is analyzed.And the research progress of some key technologies in the developmentof intelligent water conservancy,such as high-precision and low-cost sensor technology of Internet of Things,transmission,storage,analysis and processing technology of water conservancy big data is discussed.Key words：intelligent water conservancy;water conservancy intelligentize;water conservancy big data0引言随着全球自然环境问题的日趋严峻，人与自然之间关系的和谐处理，自然资源的合理开发、利用和保护等，成为当前人类社会关注的焦点。水是人类生命之源，也是人类社会发展的重要基础资源，从某种程度而言，人类社会的发展史就是一部水利开发史。从工业时代开启以来，人类对于水资源开发利用的需求急剧上升，并在此过程中对水环境、水生态造成巨大破坏和污染，全球水资源、水环境面临着严峻的形势，加强水资源保护，转变水资源开发利用模式，成为解决当前水资源可持续开发利用和水环境平衡稳定问题的关键。智慧水利是在IBM“智慧地球”理念下提出的一种水利领域新型发展模式，是基于信息化、智能化的一种水利发展高端形态。中国是水资源相对短缺的国家，尤其是社会经济的飞速发展对水资源的消耗巨大，资源供给与需求之间的矛盾比较突出，同时水环境污染问题、水灾水患等问题也比较严重，智慧水利发展对中国来说意义重大。从水利信息化到水利智能化再到水利智慧化，中国智慧水利发展在国家水利部行政管理部门、科研院所、流域机构和相关企业的大力推动下不断加速，正在成为水利行业实现创新发展、产业转型升级的重要突破口。2021年全国水利工作会议要求全面提升智慧水利建设水平，人民论坛 研究推进智慧水利系统建设，智慧水利在水利事业发展中的战略价值和意义突显。基于文献研究，就当前智慧水利发展现状和一些关键技术的研究进展进行探讨，以期能够为相关研究提供一些参考与借鉴。1智慧水利的概念和内涵1.1智慧水利的基本概念智慧水利是在“智慧地球”概念基础上延伸出来的一个子概念，是水利领域基于新一代信息技术从数字化、智能化到智慧化的发展过程，是水利信息化的高级阶段。IBM“智慧地球”概念，是从智慧型基础设施建设入手，将传感或感应装置嵌入到各种人类赖以生存、生活的基础设施中，如输用电设备和线路、交通基础设施和运输工具、桥梁大坝以及供水系统设备等，然后将这些具备了传感功能的物体或设备相互连接，形成一种“物联网”。在此基础上，再将这种“物联网”与以计算机为载体的“互联网”相融合，形成人与物两个系统间的信息联通。从某种程度来说，智慧水利属于“智慧地球”大系统的一个组成部分，是以水利领域新一代信息技术应用为基础构建的一种高度智能化的水利信息管理系统。1.2智慧水利的内涵智慧是一个十分抽象的概念，一般特指生物所具有的自主性、创造性的思维活动能力。所谓智慧地球、智慧水利就是将人的这种思维活动能力映射赋予了这些特定对象，通过技术手段来使之更接近于人的思维特征。智慧水利就是利用了新一代信息技术如云计算、大数据及人工智能等，使水利对象在运行过程中所产生的信息能够被自动感知、记忆、存储和分析判断，并通过数据信息的广泛共享和集中管理，实现物联网和互101河南水利与南水北调 2023年第2期智慧水利联网的资源整合，进而为水利业务提供更为精准、专业的智能分析和泛在服务，全面提升水利管理和决策的水平。从这个角度来说，智慧水利的内涵主要包括以下几个方面的特征：一是要具备对水利对象全要素的感知能力。能够全面感知到水利对象的各种状态指标是智慧水利的基本特征。地面监测站、卫星遥感及无人机遥感监测等构成的空天地一体化监测感知体系，是实现对各种类型水利对象进行全要素感知的基础。二是水利物联网的形成以及与互联网的深度融合。水利物联网的形成是智慧水利的重要特征之一，不但要将各种类型的水利对象联通形成网络，同时要与互联网进行深度融合，实现水利系统各种物的数据的全面整合以及和互联网信息平台的互联互通。三是水利信息跨平台、跨系统分享和资源整合。水利系统是一个十分复杂、庞大的综合性系统，智慧水利应具备跨系统、跨平台的数据信息分享和整合能力，才能在更高层次和更大空间范围内实现高效、智能的数据分析和挖掘，进而为水利业务提供更为全面、精准的信息服务支持。四是能够通过机器学习、深度学习具备解决复杂水利问题的能力，能够结合水利水文专业模型与知识，实现场景式态势智能推演，为水利决策提供科学依据。2智慧水利发展现状国家对于水利信息化建设一直都十分重视，从“十五”开始，水利部便对水利信息化建设进行了总体部署，多年来在水利信息化建设方面所取得的成果，为智慧水利的发展打下了坚实的基础。早在2003年，水利部就发布了第一部全国性的水利信息化发展规划，即 全国水利信息化规划（“金水工程”规划），为在全国水利系统开展水利信息化建设提供了指引和统筹安排。此外，水利信息化顶层设计 水利信息化资源整合共享顶层设计 水利网络安全顶层设计 等智慧水利发展纲领性文件，在防汛抗旱、水资源管理及水土保持等细分领域实施的信息系统建设指导性文件，都有力地推动了水利信息智慧化建设。截止目前，水利系统在信息采集和工程监视方面的建设成果显著，省级水利信息采集点全国范围内建设超50万个，县级水利信息视频监视点建设超12万个，其中，实现数据信息共享接入的采集点、视频监测点规模达到了10万个以上；全国省、市、县三级约90%以上的水利部门在水利业务方面实现了联通，形成了全国性的水利业务网络；在水利通信方面形成了卫星通讯设备、卫星短报文传讯站等多通道通信体系；水利部基础设施云，县级以上数据存储服务器不断扩容等，都使得水利数据计算存储能力不断增强。近年来数字水利向智能水利、智慧水利加快了发展进程，积极探索新一代信息技术在水利领域的应用，推动智慧水利快速发展。如浙江台州智慧水务建设工作，无锡利用物联网技术对太湖水质、蓝藻、湖泛等进行智能感知，实现蓝藻打捞及运输车船的智能调度。浙江舟山应用大数据和“互联网+”技术；上海市构建的雨情自动测报、积水自动监测采集网；江西省智慧水利建设行动计划 等建设实践。3智慧水利建设的关键技术3.1高精度、低成本物联网传感技术物联网传感技术是智慧水利发展的关键基础支撑技术之一。水利系统拥有十分庞大、复杂的运行体系，水利对象复杂多样，要实现万物互联，对传感技术提出了较高的要求，很多水利对象所要感知的性能指标和参数不仅包括一些常规项如温度、湿度、位置变化等，还包括一些特殊的性能指标如强度、浓度等，这使得传感器的种类及应用精度成为关键技术问题。就目前来说，智慧水利的主要应用场景包括了城市供水、农业灌溉、河湖水质监测、水工建筑安全监控、洪旱灾害风险评估与预警等，水利对象感知所涉及到的传感器类型包括了温度传感器，湿度传感器、水位传感器、压力传感器等。一些水利对象感知所要求的传感精度并不是很高，如使用场景十分广泛的液位传感器、压力传感器、温度传感器等，目前基本能够实现低成本大范围的应用；但在一些应用场景中却涉及感知精度要求较高且感知类型较为特殊的水利对象，这些传感器一般应用于精密测量，造价高昂，大面积应用尚难以做到低成本和高精度的平衡。3.2大数据传输、存储和挖掘技术基于水利领域物联网和互联网深度融合的智慧水利，水利业务各项工作开展必将产生海量的数据信息，这些数据的传输、存储和分析挖掘技术，是智慧水利发展所面临的关键技术。水利系统的数据来源主要包括三个方面，即人、物和环境。人的数据主要是指人在水利各项业务活动中产生的数据信息，包括经济信息、管理信息等；物的数据主要是指自然或非自然的水利对象如水利基础设施、设备等在运行过程中产生的数据信息；环境数据则主要是指影响水利对象状态的各种自然环境数据和人工环境数据，如气象数据、流域地质和水文数据、水体生态环境数据等。所谓智慧水利是在对水利系统各类数据进行大范围采集的基础上进行的传输、存储和分析处理，进而提高水利治理的智能化水平。对水利对象的透彻感知是实现数据大范围、大规模采集的基础，而数据的传输、存储和分析处理则是实现水利自动化、智能化、智慧化管理的核心所在。目前，国家智慧水利在构建全面透彻的空天地一体化感知网络方面取得了有效进展，但在确保感知水利大数据高效传输和安全存储，大数据分析处理必需的存储和算力研究还有待进一步的技术突破。参考文献：1 连彬，魏忠诚，赵继军.智慧水利关键技术与应用研究综述J.水利信息化，2021（5）.2 蔡阳.智慧水利建设现状分析与发展思考 J.水利信息化，2018（4）.3 张大富，韩留生，孙广伟，等.融合水利水文专业知识的智慧水利关键技术研究 J.科学与管理，2020，40（5）：106-110.收稿日期：2022-11-26编辑：雍友玉102