大數(shù)據(jù)技術(shù)在水利信息化中的應(yīng)用展望

艾尼瓦爾·達(dá)吾提 安東 迪麗努爾·吐爾洪

【摘要】? ? 大數(shù)據(jù)技術(shù)作為一種新的科技數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用模式，為新的條件和任務(wù)下的水工業(yè)信息系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)，對水利信息系統(tǒng)提出了新的要求。本文總結(jié)了該技術(shù)在水利變革中的可行性研究，并結(jié)合水利信息化過程中的許多問題，進(jìn)一步研究了大規(guī)模信息系統(tǒng)的核心困難與解決措施，重大信息技術(shù)將為信息技術(shù)在水利管理模式和新一代信息技術(shù)的應(yīng)用及其在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的創(chuàng)新活動提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，簡要說明了大型信息技術(shù)在水利系統(tǒng)水信息學(xué)中的使用前景。

【關(guān)鍵詞】? ? 大數(shù)據(jù)? ? 水利? ? 信息化? ? 應(yīng)用

引言：

水利信息化的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)90年代，二維繪圖在CAD計算機(jī)中的普及，而利用三維協(xié)同設(shè)計來改變工作方式，提高工作效率。水利信息工作需要提高管理質(zhì)量，經(jīng)過眾多實(shí)踐者的共同奮斗，做出了重要貢獻(xiàn)。隨著通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各種數(shù)字技術(shù)頻出不窮，水利中的數(shù)據(jù)量與信息的作用不斷增長，預(yù)示著數(shù)據(jù)時代的到來。大數(shù)據(jù)給信息過程帶來了新的壓力，從數(shù)據(jù)的分析保存、傳輸、檢索和研究，也帶來了廣泛的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，基于水利行業(yè)的信息化發(fā)展目標(biāo)，大數(shù)據(jù)技術(shù)是一門新興的信息技術(shù)，分析了應(yīng)用需求，提出了水利大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，作為綜合信息平臺和云存儲應(yīng)用的一部分，研究了三維智能交互方案，并對數(shù)據(jù)在水利中的進(jìn)一步使用做出了研究與預(yù)測。

一、促進(jìn)水利信息化的意義

水利資源的信息化是指與水相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、處理和傳輸，以及利用現(xiàn)代系統(tǒng)、管理和技術(shù)對其進(jìn)行綜合利用。此外，水資源信息化對發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、加強(qiáng)政府管理能力具有重要意義。

1.國家戰(zhàn)略規(guī)劃。水污染、缺水、洪澇三大水資源問題嚴(yán)重影響著各國社會和人類發(fā)展。長江、黃河等干流及其流域，以及其他形式的水污染、水土流失等問題仍在繼續(xù)，國民經(jīng)濟(jì)每年損失能夠達(dá)到數(shù)億美元。為提高水資源利用效率，造福人民，水利部將水利建設(shè)列入發(fā)展規(guī)劃，作為水資源管理的依據(jù)。規(guī)劃提出要有效適應(yīng)水資源管理理念，從工程到水資源管理，信息資源戰(zhàn)略思維，實(shí)現(xiàn)水資源利用效益最大化。在這一過程中，綜合信息化和水資源數(shù)字化是前提和基礎(chǔ)。在大數(shù)據(jù)時代，信息的冗余和擁塞制約著水利信息化的進(jìn)程，因此，建立水利信息系統(tǒng)具有重要的戰(zhàn)略意義。

2.促進(jìn)政府職能轉(zhuǎn)變。政府要服務(wù)于公共利益和社會水利利益，提高水利信息化水平，水利管理部門可以通過數(shù)據(jù)管理門戶或平臺向社會發(fā)布水利管理信息，我們要及時幫助社會，維護(hù)社會治安，保障公共事業(yè)的公平正義。

3.促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。水是一種自然資源，水利工程是公用事業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，是國家最有效、最可持續(xù)地利用水資源的計劃，是保證社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展和人民群眾安居樂業(yè)，水資源管理是國家治理的重要任務(wù)。

4.確保信息交流。系統(tǒng)化是建立水資源信息系統(tǒng)的成果之一，可以有效降低政府管理成本，從而將特定區(qū)域和行業(yè)的信息聯(lián)系起來，在一定程度上實(shí)現(xiàn)知識共享，提高水資源管理機(jī)構(gòu)的工作效率，降低水資源管理的運(yùn)行成本。

5.大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和價值。大數(shù)據(jù)的概念最早于2008年在英國提出，大數(shù)據(jù)處理非常普遍，對原始數(shù)據(jù)的分析揭示了規(guī)律性，現(xiàn)在很多行業(yè)都有很多有價值的數(shù)據(jù)?？偨Y(jié)其規(guī)律性，預(yù)測國民經(jīng)濟(jì)和人口福利，并確定相關(guān)性，確定大數(shù)據(jù)中一些事件的共性，可以在很大程度上“預(yù)測”未來。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)模塊具備復(fù)雜場景下的關(guān)聯(lián)性分析、綜合監(jiān)管及預(yù)警告警等功能。以信息化手段，協(xié)同水利行業(yè)之間的業(yè)務(wù)應(yīng)用，提升水利管理能力和提高水利行政管理效率。深入挖掘大型信息技術(shù)在水資源建設(shè)和管理中的潛在價值，將極大地提高行業(yè)的水利信息管理水平，也將對未來科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

二、存在問題

目前，大部分水利管理部門基本建成，滿足了組織生產(chǎn)和信息化管理的業(yè)務(wù)需要，而且隨著信息化水平的提高，不斷深化和完善。由于起步晚、人員相對孤立等客觀原因，需要提高信息技術(shù)水平和應(yīng)用深度。

2.1上部結(jié)構(gòu)相對較低

只有不斷地投資于水利信息化研究與應(yīng)用，隨著時間才能實(shí)現(xiàn)智慧水利。其特點(diǎn)是投入超前，產(chǎn)出交付滯后，短期內(nèi)無法取得明顯成效。讓各單位主要領(lǐng)導(dǎo)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，加大工作力度，全面規(guī)劃和合理安排高級管理人員的工作，形成自上而下綜合治理的理想局面。信息化工作被稱為“一人工作”，其理念需要領(lǐng)導(dǎo)充分理解，制定適合應(yīng)用的頂層設(shè)計和總體規(guī)劃，形成自上而下的果斷實(shí)施;如果從清晰、循序漸進(jìn)的角度出發(fā)，就會形成“被動局面，這將使我國水利信息化的發(fā)展陷入僵局。

2.2缺乏有效的協(xié)調(diào)

有效的交互平臺主要用于處理水利工作、項目管理、文檔等積累的信息，沒有一個統(tǒng)一的平臺，這些數(shù)據(jù)就無法有效的鏈接、處理，最終會造成信息障礙，無法滿足行業(yè)對有效節(jié)約、資源共享和重用的需求。

2.3難以適應(yīng)發(fā)展的要求

經(jīng)濟(jì)建設(shè)向現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)變，水利信息化、水利工程設(shè)計等產(chǎn)業(yè)更加受到重視，國家高度重視環(huán)境保護(hù)，對環(huán)境影響評價項目所包含的信息有很大的依賴性，由于缺乏可供使用和使用的有價值的數(shù)據(jù)，開發(fā)人員被迫在數(shù)據(jù)收集的框架內(nèi)工作。在新的專業(yè)和新的水利行業(yè)發(fā)展條件下，考慮到建設(shè)內(nèi)容和目標(biāo)的要求，傳統(tǒng)的采集方法已經(jīng)不能適應(yīng)信息化的要求。

三、可行性分析

3.1水資源現(xiàn)狀

水利大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來，高價值體現(xiàn)在一個國家的水資源部門，即形成大數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)部門，以滿足社會需求，它是提高水利服務(wù)質(zhì)量的手段和基礎(chǔ)，一是要摒棄傳統(tǒng)的“弱數(shù)據(jù)理解”，形成適應(yīng)時代、多年的“強(qiáng)數(shù)據(jù)理解”。各級水利部門積累了大量寶貴且孤立的信息和數(shù)據(jù)，建立可靠的數(shù)據(jù)采集、收集、存儲和共享機(jī)制，可以使結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)形成可持續(xù)更新的寶貴資源。數(shù)據(jù)應(yīng)用的最大價值在于其開放共享，保證了數(shù)據(jù)的靈活應(yīng)用和信息創(chuàng)新，可以解決許多的問題，保證了行業(yè)高管的有效決策，提供了更高層次的參考作用與價值。

3.2水資源技術(shù)路線

水資源數(shù)據(jù)庫研究大型水資源的利用技術(shù)，在技術(shù)建設(shè)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于資源層的四層結(jié)構(gòu)，邏輯技術(shù)支持層、服務(wù)層和應(yīng)用層是標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口。作為“數(shù)據(jù)”的支撐，資源層提供可靠、不斷更新的數(shù)據(jù)存儲容量;邏輯覆蓋作為數(shù)據(jù)開發(fā)的輔助手段，為異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理、聚合、傳輸和交換提供了廣泛的應(yīng)用;公共服務(wù)業(yè)也是“數(shù)據(jù)開發(fā)”的支柱產(chǎn)業(yè)，旨在通過大規(guī)模水文數(shù)據(jù)應(yīng)用，創(chuàng)造動態(tài)的、擴(kuò)展的服務(wù)形式，滿足專家數(shù)據(jù)的基本使用;應(yīng)用層作為“中間設(shè)備接口”是一個支撐層，它能更好地體現(xiàn)水文數(shù)據(jù)的價值。每個用戶都可以在標(biāo)準(zhǔn)的交互平臺和應(yīng)用程序的基礎(chǔ)上建立系統(tǒng)接口，有條件地利用大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)，并利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析預(yù)測與水有關(guān)的數(shù)據(jù)仍集中在數(shù)據(jù)交換上，受產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的制約，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足復(fù)雜的分析預(yù)測要求。由于數(shù)據(jù)混合、復(fù)雜度高的特點(diǎn)，以及水電發(fā)電固有的結(jié)構(gòu)多樣性，在這方面，本文結(jié)合改革開放、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和克服技術(shù)難題的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對數(shù)據(jù)交換技術(shù)進(jìn)行了全面研究，以適應(yīng)高可用性的特點(diǎn)。隨著水利行業(yè)大數(shù)據(jù)的快速增長和高可用性，它具有很強(qiáng)的靈活性，具有高伸縮性、多異構(gòu)體等特點(diǎn)，建立了一系列大數(shù)據(jù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)體系。

四、應(yīng)用展望

4.1正確區(qū)分有關(guān)概念

在建立水利信息系統(tǒng)時，第一步要了解與水利相關(guān)的一些概念。信息是一個大概念，一切現(xiàn)象都可以忽略不計，大數(shù)據(jù)是信息的形式和載體，可以看作是一個符號。在以往的水信息研究中，水信息的種類和形式是相當(dāng)復(fù)雜的，在水利信息化的理論和實(shí)踐中，只有通過研究水文以及水文數(shù)據(jù)的信息化和其中的差異，并根據(jù)信息、數(shù)據(jù)的異同，才能為水利建設(shè)做出良好的準(zhǔn)備。正確解釋水信息的具體含義，明確干旱、水文等水信息的具體內(nèi)容;并明確了這類信息的來源、特點(diǎn)和用途。嚴(yán)格的區(qū)域配水信息、海量水情數(shù)據(jù)、情報等。

4.2建立信息系統(tǒng)框架

引入和應(yīng)用現(xiàn)代水資源信息系統(tǒng)的第一步是水利信息化的外在表現(xiàn)和最終結(jié)果，因此，水利信息系統(tǒng)建設(shè)已成為水利信息化的最終手段，信息系統(tǒng)是一種有效的信息結(jié)構(gòu)和組織。該系統(tǒng)是對數(shù)據(jù)、水信息和信息的有效設(shè)計和處理，其基本邏輯框架包括基礎(chǔ)參考層、數(shù)據(jù)層和平臺層、應(yīng)用層和基礎(chǔ)工作、安全體系和標(biāo)準(zhǔn)體系。在我國水利信息化建設(shè)過程中，往往強(qiáng)調(diào)建立系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)庫，而水利信息化如果沒有全面的信息資源規(guī)劃策略，將損害管理系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性，水利信息化最重要的部分是信息化的總體設(shè)計和規(guī)劃，即信息化框架的建立，這是我國水利信息化的主要技術(shù)之一。

4.3大比例尺的應(yīng)用

隨著國家水文信息化理念的進(jìn)一步發(fā)展，大規(guī)模信息技術(shù)在南方項目管理過程中逐步引入并付諸實(shí)施，2019年，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)平臺，南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局將進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，到2020年，可實(shí)時監(jiān)測1432公里的直接工程航道、64個控制閘和97個引導(dǎo)閘、54個回水閘，為中間件項目門的建設(shè)開發(fā)了一個網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)用平臺，基于大規(guī)模信息技術(shù)和GIS技術(shù)，可以實(shí)時跟蹤中線5000多個車輛的信息，大大提高了業(yè)務(wù)效率。

4.4應(yīng)用展望

大規(guī)模信息技術(shù)在水利信息化中的應(yīng)用是一項艱巨的任務(wù)，大數(shù)據(jù)處理技術(shù)與5g技術(shù)的融合將是我國發(fā)展的重要趨勢。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)水利技術(shù)的智能化、自動化和簡單化，隨著我國水利建設(shè)的發(fā)展和信息時代的要求，我國大部分水利設(shè)施的設(shè)計和建設(shè)還沒有融入大數(shù)據(jù)技術(shù)，水利建設(shè)融合大數(shù)據(jù)技術(shù)是必然趨勢。

五、結(jié)束語

水資源管理是現(xiàn)代水資源開發(fā)的基石，水文信息學(xué)是我國最重要的戰(zhàn)略之一。研究和掌握我國水信息學(xué)的現(xiàn)代狀況，可以為水信息學(xué)的全面發(fā)展提供參考，信息科學(xué)的建設(shè)可以為國家水利事業(yè)的發(fā)展提供一定的指導(dǎo)，促進(jìn)水信息學(xué)的發(fā)展進(jìn)程。大數(shù)據(jù)技術(shù)是一門迅速發(fā)展的最新技術(shù)，隨著科學(xué)研究和應(yīng)用的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于水利工程集成管理、科學(xué)計算建模、協(xié)同設(shè)計等領(lǐng)域，數(shù)據(jù)在水利信息化建設(shè)中的地位應(yīng)用越來越重要，并推動了水利行業(yè)的科技進(jìn)步，這將對水利行業(yè)未來的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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