水利行業(yè)信息化現(xiàn)狀與發(fā)展概述

劉 輝 方國材

(1.水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120；2.中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司，安徽 蚌埠 230000)

1 前 言

水利行業(yè)信息化是利用新一代的信息技術(shù)和人工智能，將傳統(tǒng)的工程水利新生出現(xiàn)代水利新業(yè)態(tài)。根據(jù)工業(yè)4.0對于工業(yè)技術(shù)的四個階段(機(jī)械化、電氣化、信息化和智能化)的定義，結(jié)合水利行業(yè)的技術(shù)發(fā)展過程，將水利行業(yè)信息化發(fā)展概化為“自動化、信息化、數(shù)字化、智能化”四個階段。目前，我國水利行業(yè)處于信息化階段，隨著“十四五”水利行業(yè)信息化的發(fā)展，將實(shí)現(xiàn)更加透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通、更科學(xué)的決策和更智能的管理。預(yù)計(jì)未來幾年，我國水利行業(yè)信息化將逐步進(jìn)入數(shù)字化階段，到2035年，我國水利行業(yè)信息化將進(jìn)入智能化階段。

2 發(fā)展歷程

我國水利行業(yè)信息化起步較晚，于20世紀(jì)70年代圍繞水位、流量等水情信息等方面開展建設(shè)，并對信息源進(jìn)行處理。至90年代，隨著微型計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)平臺的發(fā)展，水利行業(yè)信息化開始向這兩個方面轉(zhuǎn)型，特別是在1998年特大洪水發(fā)生后，國家開始布局建設(shè)國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)[1-2]。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著“以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化”發(fā)展思路和“金水工程”的確立，水利行業(yè)信息化感知采集體系，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施逐步完善，數(shù)據(jù)資源管理逐步加強(qiáng)，業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)逐步深入，安全體系逐步健全，技術(shù)應(yīng)用逐步擴(kuò)展，行業(yè)管理逐步強(qiáng)化，形成水利行業(yè)信息化全面的發(fā)展升級[3-4]。至“十一五”末期，我國已初步形成包括基礎(chǔ)設(shè)施保障體系、業(yè)務(wù)應(yīng)用保障體系及系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境保障體系等多方面的水利行業(yè)信息化應(yīng)用綜合體系。至“水利信息化發(fā)展十三五規(guī)劃”期間，已逐步形成信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合、水利模型與信息化技術(shù)相結(jié)合，水利網(wǎng)信水平逐步提高，水利行業(yè)信息化進(jìn)入快速發(fā)展、快速變革階段[5]?！笆奈濉背跗?，我國水利行業(yè)信息化仍然處于“強(qiáng)基礎(chǔ)、補(bǔ)短板、上水平”階段。進(jìn)入2021年，水利行業(yè)信息化已向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，注重“四預(yù)”研究，加強(qiáng)以防洪調(diào)度、水資源管理為基礎(chǔ)，多業(yè)務(wù)相協(xié)調(diào)的“2+N”發(fā)展體系。

未來，水利行業(yè)信息化將繼續(xù)以需求為導(dǎo)向，以技術(shù)發(fā)展為引領(lǐng)，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施體系建設(shè)、數(shù)據(jù)資源管理體系建設(shè)、應(yīng)用支撐體系建設(shè)及“2+N”的智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系建設(shè)，形成區(qū)域和流域協(xié)同推進(jìn)、中央統(tǒng)籌推進(jìn)的新局面。進(jìn)而將促進(jìn)水利網(wǎng)信提檔升級，水利數(shù)字化水平和重點(diǎn)領(lǐng)域智能化水平明顯提升，水利信息化進(jìn)一步高質(zhì)量發(fā)展。

3 關(guān)鍵因素分析

水利行業(yè)信息化的建設(shè)是多維驅(qū)動體現(xiàn)、多位發(fā)展的結(jié)果，縱觀整個水利行業(yè)信息化發(fā)展歷程，各階段都與政策支持、投資融資、企業(yè)進(jìn)步、技術(shù)發(fā)展息息相關(guān)，同時,政府的政策制定、投資及技術(shù)發(fā)展也已成為水利行業(yè)信息化發(fā)展的關(guān)鍵因素。

3.1 政策因素

水利行業(yè)信息化發(fā)展是以市場為導(dǎo)向，以政策驅(qū)動為基礎(chǔ)，其發(fā)展的各個階段，都伴隨大的政策的調(diào)整。總結(jié)2010—2020年我國水利行業(yè)信息化的主要政策，每次政策的發(fā)布都伴隨著重點(diǎn)業(yè)務(wù)和重點(diǎn)領(lǐng)域的發(fā)展，能力、管理、服務(wù)全面提升。

2011年通過《中共中央 國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》的發(fā)布，促使我國基本建成防洪抗旱減災(zāi)體系，目前已建成國家防汛抗旱指揮系統(tǒng)一期和二期，重點(diǎn)城市和防洪保護(hù)區(qū)防洪能力明顯提高，抗旱能力顯著增強(qiáng)。2012年發(fā)布的《全國水利信息化發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，以水土保持為重點(diǎn)，形成各級數(shù)據(jù)采集、傳輸、共享交換及發(fā)布的數(shù)據(jù)貫通體系，提高了水土保持的信息化應(yīng)用水平。2014年水利部制定了《水利部關(guān)于深化水利改革的指導(dǎo)意見》，指出在重要領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提升水利信息化的保障能力。2015年根據(jù)《全國水利信息化發(fā)展“十三五”規(guī)劃》要求深化技術(shù)與業(yè)務(wù)融合，積極探索科技創(chuàng)新，進(jìn)一步推進(jìn)信息互聯(lián)互通，最大程度發(fā)揮水利信息化資源效率。2019年通過《2019年水利網(wǎng)信工作要點(diǎn)》《智慧水利總體方案》《水利業(yè)務(wù)需求分析報(bào)告》發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了水利行業(yè)信息化在信息資源、業(yè)務(wù)應(yīng)用、新興技術(shù)及水利工程建設(shè)管理等方面的突破，推進(jìn)了國家治水體系和治水能力現(xiàn)代化。2020年，水利部辦公廳印發(fā)的《2020年水利網(wǎng)信工作要點(diǎn)》中，明確提出大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區(qū)塊鏈等技術(shù)與水利業(yè)務(wù)深度融合，并在水利工程建設(shè)和運(yùn)維管理方面進(jìn)行試點(diǎn)。

3.2 投資因素

根據(jù)水利部發(fā)布的《全國水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》有關(guān)數(shù)據(jù)，見表1，水利行業(yè)信息化投資及水利信息化占比都穩(wěn)步提高，其中水利行業(yè)信息化投資方面，預(yù)計(jì)2025年較2016年投資額增長一倍有余，水利行業(yè)信息化占比也由1.6%增加到3.6%，水利行業(yè)信息化投資地位逐步提高，進(jìn)一步說明信息化在水利工程建設(shè)中逐步被重視、認(rèn)可。近期至2022年，我國將推進(jìn)150余項(xiàng)重大水利工程建設(shè)，內(nèi)容涉及防洪、水資源管理、灌溉節(jié)水和供水、水環(huán)境水生態(tài)及智慧水利平臺5類，預(yù)計(jì)總投資也將達(dá)到1.29萬億元。

表1 2016—2025年水利投資及水利行業(yè)信息化投資

隨著5G網(wǎng)絡(luò)普及，BIM、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合“2+N”智慧水利的結(jié)構(gòu)體系逐漸完善，以及安全體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的建設(shè)，將繼續(xù)強(qiáng)化水利信息化水平，建設(shè)數(shù)字化平臺，規(guī)劃智能化應(yīng)用。預(yù)計(jì)“十四五”期間，包括防洪調(diào)度、水資源管理、水工程建設(shè)運(yùn)行、智慧水利、防汛抗旱、河湖管理、水土保持、行政執(zhí)法、水環(huán)境水生態(tài)等在內(nèi)的全國水利行業(yè)信息化領(lǐng)域的投資規(guī)模將超過1500億元。預(yù)計(jì)到“十四五”末，水利行業(yè)信息化投資將占水利工程總投資的5%。

3.3 技術(shù)因素

技術(shù)發(fā)展是推動水利行業(yè)信息化前進(jìn)的關(guān)鍵因素之一，隨著各類業(yè)務(wù)的不斷融合，行業(yè)內(nèi)大型企業(yè)的資金投入，水利行業(yè)信息化技術(shù)不斷提升。從大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、BIM、電子簽章、區(qū)塊鏈等技術(shù)的提出，到這些技術(shù)的融合、數(shù)字孿生、智慧使能體系建設(shè)，突出了技術(shù)的發(fā)展與提高，同時，技術(shù)也推動著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和企業(yè)實(shí)力的提升。

水利行業(yè)信息化技術(shù)主要包括5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)。通過水利行業(yè)信息化技術(shù)的運(yùn)用，水利場景數(shù)字化、模擬精準(zhǔn)化、決策智慧化等能力的建設(shè)得到推進(jìn)，具體涉及感知、傳輸、應(yīng)用支撐和業(yè)務(wù)應(yīng)用等內(nèi)容。在監(jiān)測感知方面，通過利用傳感、定位、視頻、遙感等技術(shù)，優(yōu)化完善水利監(jiān)測站網(wǎng)布局，強(qiáng)化在線監(jiān)測、自動監(jiān)測以及應(yīng)急監(jiān)測能力；在信息傳輸方面，通過提升通信和網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)應(yīng)用水平，強(qiáng)化水利網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知和水利關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的安全防護(hù)；在應(yīng)用支撐方面，通過集成耦合水文、水力學(xué)、水資源、水工程、工程調(diào)度等專業(yè)模型及可視化模型，推進(jìn)數(shù)字孿生流域模擬仿真能力建設(shè)，并提升聯(lián)機(jī)計(jì)算和數(shù)據(jù)實(shí)時處理分析能力；在業(yè)務(wù)應(yīng)用方面，以數(shù)字化場景、智慧化模擬、精準(zhǔn)化決策為路徑，積極探索構(gòu)建水利數(shù)字孿生應(yīng)用場景，推動構(gòu)建 “2+N”智能業(yè)務(wù)應(yīng)用體系，提升仿真、分析、預(yù)警、調(diào)度、決策和管理支撐能力。因此，水利行業(yè)信息化技術(shù)的發(fā)展，必將推動水利智能業(yè)務(wù)體系的建設(shè)，提高“四預(yù)”(預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案)和智能調(diào)度能力，推進(jìn)我國水利行業(yè)信息化高質(zhì)量發(fā)展，為我國水系治理體系和治理能力現(xiàn)代化提供有力支撐與強(qiáng)力驅(qū)動。

4 問題現(xiàn)狀和應(yīng)對措施

4.1 問題現(xiàn)狀

我國水利行業(yè)信息化發(fā)展近年來突飛猛進(jìn)，特別是“十三五”以后，已經(jīng)在資源開發(fā)利用、數(shù)據(jù)交換共享、水利工程建設(shè)管理等方面取得了較大成效。但是在新政策、新需求、新技術(shù)的背景下，水利行業(yè)信息化建設(shè)還存在諸多不足，如缺乏必要的人才培養(yǎng)機(jī)制、區(qū)域發(fā)展不平衡、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)不統(tǒng)一及新技術(shù)不能及時、有效應(yīng)用，這些方面需要進(jìn)一步完善、提高。

4.2 應(yīng)對措施

針對目前我國水利行業(yè)信息化存在的問題，實(shí)現(xiàn)水利行業(yè)信息化的進(jìn)一步發(fā)展，建議從以下幾個方面著手：

a.加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè)，形成梯隊(duì)管理。針對目前水利行業(yè)信息化人才缺失問題，特別是基層單位，可從高校中選拔，以梯隊(duì)形式培養(yǎng)，以快速融入、以舊帶新的模式，使相關(guān)人員快速成長。

b.國家統(tǒng)一布局，以工程帶動區(qū)域。國家重視跨區(qū)域、跨流域的水利工程建設(shè)，形成以水利工程信息化建設(shè)帶動區(qū)域信息化建設(shè)，使多區(qū)域信息化水平同步提高。

c.標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范頂層規(guī)劃，局部完善。針對目前信息化系統(tǒng)普遍存在的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)問題，國家應(yīng)該出臺相應(yīng)政策，制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，個別信息化系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際建設(shè)需要局部完善，實(shí)現(xiàn)從上至下信息化系統(tǒng)建設(shè)的統(tǒng)一。

d.技術(shù)深度挖掘，業(yè)務(wù)充分融合。深度挖掘目前主流信息化技術(shù)與水利行業(yè)的關(guān)系，將新興技術(shù)充分應(yīng)用到水利業(yè)務(wù)中，不斷提高水利行業(yè)信息化系統(tǒng)建設(shè)水平。

5 未來發(fā)展趨勢

目前水利行業(yè)信息化處于信息接收、處理、展示、分析，水利模型初步應(yīng)用階段。預(yù)計(jì)到2025年，水利行業(yè)信息化將以“2+N”整體架構(gòu)體系，在注重防洪調(diào)度、水資源管理的同時，關(guān)注河湖管理、水工程、水土保持、節(jié)水保護(hù)、智慧灌溉等業(yè)務(wù)，并與數(shù)字模型、水利模型、智慧使能深度融合，建立“預(yù)報(bào)、預(yù)警、預(yù)演、預(yù)案”的水利行業(yè)數(shù)字化平臺，提升基礎(chǔ)設(shè)施、信息資源、支撐組件及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用水平。預(yù)計(jì)到2035年，將在信息化平臺的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升達(dá)到水利行業(yè)智能化應(yīng)用目標(biāo)，形成區(qū)域加流域綜合管理、流域與流域協(xié)同管理新理念，并在區(qū)域和流域間，形成業(yè)務(wù)多維融合，流域與流域間，形成聯(lián)合調(diào)度、聯(lián)合運(yùn)行多位一體的新模式。

6 結(jié) 語

水利行業(yè)信息化整體是伴隨著信息化技術(shù)進(jìn)步不斷發(fā)展的，在不同階段有著不同的需求和實(shí)現(xiàn)方式。其整體發(fā)展在感知、基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源管理、應(yīng)用支撐平臺、應(yīng)用系統(tǒng)等模塊提升的基礎(chǔ)上，逐步進(jìn)步。目前，水利行業(yè)信息化處在信息感知、數(shù)據(jù)匯集、共享、交換、資源利用及信息展示和分析階段，預(yù)計(jì)到2025年，將在信息化階段的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字模型、水利模型、智慧使能的應(yīng)用，逐步向數(shù)字化轉(zhuǎn)變。