陜西智慧水利5G 應(yīng)用淺析

曹均昌

（陜西省信息宣傳教育中心，陜西 西安 710004）

所謂“智慧水利”，就是利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、VR、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，提升感知能力、提升水資源的利用效率和水旱災(zāi)害的防御能力，提升基礎(chǔ)設(shè)施潛力、加強(qiáng)互聯(lián)互通，信息共享、強(qiáng)化推進(jìn)智能、智慧應(yīng)用。5G 是指第五代通信技術(shù)，5G 具有高于4G 數(shù)百倍的速率、具有更高的帶寬。延遲少，網(wǎng)絡(luò)連通后的響應(yīng)時(shí)間低于1 ms，可實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備互連。將5G技術(shù)與智慧水利建設(shè)相結(jié)合，可大幅度提高實(shí)時(shí)監(jiān)控、應(yīng)急指揮的效率[1]。

1 陜西水利信息化現(xiàn)狀

2003 年以來(lái)陜西水利先后建成了《陜西省防汛會(huì)商系統(tǒng)》《水情信息查詢系統(tǒng)》《渭河流域防洪風(fēng)險(xiǎn)分析》《防汛衛(wèi)星云圖系統(tǒng)》《防汛大屏幕演示系統(tǒng)》《防汛信息服務(wù)系統(tǒng)》《視頻會(huì)議系統(tǒng)》《陜西省取用水量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)》《陜西省水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》《視頻監(jiān)控系統(tǒng)》等。全省水情信息采集點(diǎn)有1200 多個(gè)，視頻監(jiān)視點(diǎn)達(dá)到510 個(gè)，取用水戶1300 戶，監(jiān)測(cè)大型水庫(kù)21 座。全省12 個(gè)大型灌區(qū)、11 個(gè)地市及72 個(gè)縣水利局均可和省水利廳互聯(lián)互通。

近年來(lái)陜西水利信息化建設(shè)邁出了一定步伐，取得了一些成績(jī)。尤其是《陜西省防汛會(huì)商系統(tǒng)》通過(guò)對(duì)實(shí)時(shí)水雨情的監(jiān)測(cè)報(bào)警，降水、徑流過(guò)程的模擬，與歷史同期類比，降水量統(tǒng)計(jì)，降水等值線、等值面，洪量計(jì)算等實(shí)現(xiàn)了水雨情的信息化管理；水文監(jiān)測(cè)站可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，發(fā)送。但由于自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備或通訊鏈路的原因會(huì)出現(xiàn)誤碼，導(dǎo)致降雨量數(shù)值“冒大數(shù)”，需程序剔除或人工干預(yù)。目前，全省有36 座大中型水庫(kù)和絕大多數(shù)小型水庫(kù)仍沒(méi)有建設(shè)相應(yīng)的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；由于網(wǎng)絡(luò)通道帶寬較窄，傳輸受限，防汛搶險(xiǎn)很多重要的數(shù)據(jù)不能保證準(zhǔn)確實(shí)時(shí)傳輸；陜西省水利廳機(jī)房最大也只有60 m2，服務(wù)器計(jì)算存儲(chǔ)能力不強(qiáng)，雖然建有oracle、SQL 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，但沒(méi)有搭建起完整的軟硬件支撐平臺(tái)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智慧應(yīng)用，人工智能、AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、VR、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)并沒(méi)有得到廣泛的使用。

2 智慧水利

智慧水利可以提升水利資源的管理效率，提升水利資源的信息化建設(shè)效率,提升水利工作部門的自主創(chuàng)新能力和服務(wù)效率，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，保障水利資源在一定的條件下即時(shí)共享，智慧水利同時(shí)能夠保障人們基本的用水安全和生活質(zhì)量。

2.1 智慧水利采集體系建設(shè)

智慧水利采集體系是水利部門最基本的數(shù)據(jù)采取收集體系，支撐智慧水利所有的綜合應(yīng)用。水利信息資源建設(shè)是水利信息化建設(shè)的重要基礎(chǔ)，雖然已積累一定的信息資源，但這些信息資源較分散，無(wú)法成為公共資源進(jìn)行綜合利用。通過(guò)建立氣象、河道水文、水庫(kù)水文、水利工程、水環(huán)境、地下水、城市供水、灌區(qū)、山洪災(zāi)害等監(jiān)測(cè)體系，實(shí)施信息資源的優(yōu)化整合，積極推進(jìn)數(shù)據(jù)中心建設(shè)，構(gòu)建水利數(shù)據(jù)統(tǒng)一的存儲(chǔ)與管理平臺(tái)。

2.2 智慧水利通訊網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)

智慧水利信息網(wǎng)絡(luò)是智慧水利的神經(jīng)和血脈。經(jīng)過(guò)十幾年建設(shè)的陜西水利信息網(wǎng)光纖通信已經(jīng)覆蓋到縣，傳輸信道，數(shù)據(jù)的時(shí)效性、通過(guò)光纖入戶或者無(wú)線寬帶技術(shù)采用專網(wǎng)與公網(wǎng)建設(shè)相結(jié)合的方式為智慧水利奠定了良好基礎(chǔ)。水利廳局域網(wǎng)（內(nèi)網(wǎng))和水文局等部門互聯(lián)互通，信息共享，并通過(guò)VPN 連接因特網(wǎng)，為智慧水利搭建基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

2.3 智慧水利支撐環(huán)境建設(shè)

通過(guò)建設(shè)云數(shù)據(jù)中心、中心機(jī)房及軟硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)感知信息的匯集、整合現(xiàn)有的水利資源數(shù)據(jù)、如水利基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、社經(jīng)數(shù)據(jù)庫(kù)、氣象數(shù)據(jù)庫(kù)、水文數(shù)據(jù)庫(kù)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、圖像數(shù)據(jù)庫(kù)、政務(wù)辦公數(shù)據(jù)庫(kù)等，通過(guò)物理存儲(chǔ)庫(kù)和數(shù)據(jù)交換庫(kù)的建設(shè)將涉水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一有效的交換和存儲(chǔ)管理。

2.4 智慧水利業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)

業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)通過(guò)結(jié)合水利部門職責(zé)和核心業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)仿真和模擬演進(jìn)，提升智慧應(yīng)用層次。針對(duì)防汛抗旱、生態(tài)環(huán)境、防災(zāi)減災(zāi)、水資源管理、電子政務(wù)、灌區(qū)優(yōu)化、工程建設(shè)管理等開發(fā)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

2.5 智慧水利融合平臺(tái)建設(shè)

利用云計(jì)算、中間間、知識(shí)圖等各類先進(jìn)的信息技術(shù)建設(shè)專業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)水務(wù)信息的處理和管理能力達(dá)到云端部署、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，終端應(yīng)用的現(xiàn)代化模式。通過(guò)開發(fā)APP 等模塊程序可以實(shí)現(xiàn)電腦、平板、手機(jī)、大屏等跨終端服務(wù)。隨著衛(wèi)星定位系統(tǒng)的逐步發(fā)展，衛(wèi)星定位系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在我國(guó)很多河流防汛工程中，這無(wú)疑促進(jìn)了水利防汛工程的發(fā)展。當(dāng)發(fā)生防汛災(zāi)情時(shí)，衛(wèi)星定位系統(tǒng)能夠第一時(shí)間判斷出災(zāi)情位置，這為工作人員作出具體的部署工作提供了技術(shù)支持。同時(shí)，通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與衛(wèi)星定位系統(tǒng)有效融合，一旦發(fā)生危險(xiǎn)情況，系統(tǒng)會(huì)立即進(jìn)行報(bào)警，可以極大的提升搶險(xiǎn)救災(zāi)效率。

2.6 智慧水利保障體系建設(shè)

保障體系建設(shè)主要是實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì)、建立標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)資源共享，避免各自為政重復(fù)建設(shè)，基于國(guó)家有關(guān)信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)地方水利信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐步規(guī)范，從省廳到地區(qū)、縣、涉水工程建設(shè)都必須遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一接口，合理配置資源，協(xié)同工作、促使智慧水利健康可持續(xù)發(fā)展。

3 5G 在智慧水利中的應(yīng)用

3.1 5G 在實(shí)時(shí)監(jiān)控中的應(yīng)用

陜西省已經(jīng)建成的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，用戶通過(guò)手機(jī)等終端隨時(shí)可以查看到河道水位、水庫(kù)大壩狀態(tài)、低洼地積水、堤防、跨河大橋、水文監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、取用水泵站、滑坡體等的實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻。但由于傳統(tǒng)無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率慢、視頻加載延時(shí)明顯、經(jīng)常出現(xiàn)馬賽克或斷連現(xiàn)象，清晰度感官性差等問(wèn)題，視頻監(jiān)控不能完全實(shí)時(shí)。5G 時(shí)代的視頻監(jiān)控將實(shí)現(xiàn)4K 全高清監(jiān)控，5G 網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬和低延時(shí)的優(yōu)越特性能夠保障水利數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集信息、高清視頻實(shí)時(shí)回傳。

3.2 5G 在應(yīng)急搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

陜西省水利廳之前已經(jīng)配有國(guó)產(chǎn)大疆多臺(tái)Mavic 無(wú)人機(jī)，該款無(wú)人機(jī)能拍攝4K 分辨率的視頻，并配備地標(biāo)領(lǐng)航系統(tǒng)，最長(zhǎng)飛行時(shí)間可達(dá)27 min，續(xù)航7 km，利用其技術(shù)對(duì)重點(diǎn)河道、重點(diǎn)水利設(shè)施進(jìn)行航拍監(jiān)測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)突發(fā)險(xiǎn)情、搶險(xiǎn)救災(zāi)、河湖水質(zhì)、水政執(zhí)法、施工現(xiàn)場(chǎng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、指揮。原無(wú)人機(jī)通訊采用4G，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)仍不能達(dá)到完全實(shí)時(shí)回傳，無(wú)人機(jī)上加裝5G 通信模塊后，利用5G 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)越的低時(shí)延特性，使得地面人員可以更加精確操控?zé)o人機(jī)，無(wú)人機(jī)響應(yīng)地面命令更快，一旦突發(fā)險(xiǎn)情，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)單兵系統(tǒng)或無(wú)人機(jī)與控制中心互聯(lián)，對(duì)險(xiǎn)情現(xiàn)場(chǎng)精確把控，為指揮中心的決策分析、統(tǒng)一應(yīng)急指揮調(diào)度提供強(qiáng)有力的支撐。

3.3 5G 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陜西省大中型水庫(kù)80%建有閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)閘門的運(yùn)行狀況，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上下游水位、閘門啟閉狀態(tài)與開度、水流狀態(tài)、閘室情況等。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)圖像回傳，數(shù)據(jù)信息動(dòng)化采集，工作人員通過(guò)該系統(tǒng)能夠直接控制閘門。以前基本采用有線網(wǎng)絡(luò)連接，現(xiàn)在可以利用5G 邊緣云技術(shù)采用移動(dòng)5G 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)邊緣對(duì)業(yè)務(wù)預(yù)處理，并可以連接水位、水流、水質(zhì)等檢測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)應(yīng)用和物聯(lián)感知，可以在閘門各電氣設(shè)備及傳感器植入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在智能終端附近部署5G 邊緣云，最后通過(guò)VR 技術(shù)實(shí)現(xiàn)可靠的人機(jī)交互，建立無(wú)線方式的運(yùn)維管理系統(tǒng)，使監(jiān)控功能更加高效便捷[2]。

3.4 5G 在VR 巡查、運(yùn)檢中的應(yīng)用

水利部門有大量的水利設(shè)施，如泵站、閘門、水電站、排灌站、污水處理站等，通過(guò)引入VR 技術(shù)，運(yùn)維管理人員通過(guò)VR頭盔或顯示器無(wú)需親自到現(xiàn)場(chǎng)了解儀器儀表信息、設(shè)備的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、原理圖等。只需站在巡檢臺(tái)上便可跟隨VR 系統(tǒng)自動(dòng)獲知所有信息，從而保障水利設(shè)施的正常運(yùn)行，大大提高了工作效率。

4 結(jié)語(yǔ)

5G 技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)水利事業(yè)由數(shù)字水利向智慧水利發(fā)展。陜西智慧水利和5G 技術(shù)的有力結(jié)合，必將使陜西水利在管理水平、水利工程安全建設(shè)、進(jìn)度管理、運(yùn)營(yíng)監(jiān)管、防災(zāi)減災(zāi)、生態(tài)保護(hù)等方面取得質(zhì)的飛躍。5G 是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。5G技術(shù)將有巨大的發(fā)展前景，圍繞5G 技術(shù)，智慧水利的發(fā)展必然要依靠5G 技術(shù)取得進(jìn)一步的發(fā)展。開發(fā)智慧水利業(yè)務(wù)信息化系統(tǒng)將會(huì)有一個(gè)新的局面。然而，5G 智慧水利的發(fā)展還要面臨較多的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在成本較高，資源合理分配艱難，邊遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋較難，以及新一代迎合5G 時(shí)代的水利信息化人才和團(tuán)隊(duì)的培養(yǎng)等挑戰(zhàn)。