基于美麗河湖智慧化管護(hù)的探索與分析

李柏慶，方睿騁，葉寒楚

(1.華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045；2.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310018；3.浙江省錢塘江流域中心河湖工程與治理部，浙江 杭州 310020)

1 研究背景

黨的十九大報(bào)告提出建設(shè)美麗中國，實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興?！吨泄仓醒雵鴦?wù)院關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》明確提出了加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)的要求，按照以人為本、放置結(jié)合、標(biāo)本兼治、綜合施策的原則[1]，這十六字治水方針更是促進(jìn)了生態(tài)各因素的共生。其中大花園建設(shè)是全面踐行習(xí)近平生態(tài)文明思想的浙江行動(dòng)，是浙江省實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展和高品質(zhì)生活有機(jī)結(jié)合的戰(zhàn)略之舉。自2018年以來，在各方共同努力下，浙江大花園建設(shè)取得了階段性成果，得到習(xí)近平總書記肯定[2-5]，2019、2020年美麗河湖建設(shè)均入選了浙江省十大民生工程，受到各界人士的廣泛關(guān)注。美麗河湖項(xiàng)目已經(jīng)完成了3年的建設(shè)，全省共有3批次總計(jì)325條的美麗河湖通過了省市級專家的評審，分別為2018年30條、2019年146條以及2020年141條河流。

在全省數(shù)字化改革大會(huì)上，袁家軍書記突出強(qiáng)調(diào)數(shù)字化改革是“數(shù)字浙江”建設(shè)的新階段，是政府?dāng)?shù)字化轉(zhuǎn)型的一次拓展和升級，是浙江立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局的重大戰(zhàn)略舉措，是爭創(chuàng)社會(huì)主義現(xiàn)代化先行省、展示“重要窗口”的重大標(biāo)志性成果。這些都為水利高質(zhì)量發(fā)展邁上新臺(tái)階，指明了著力點(diǎn)和奮斗目標(biāo)。為了這個(gè)奮斗目標(biāo)，以及實(shí)現(xiàn)美麗河湖建設(shè)的高效及可持續(xù)性的發(fā)展，將數(shù)字化改革融入美麗河湖的管護(hù)之中。

本文主要統(tǒng)計(jì)分析了2018—2020年浙江省美麗河湖的智慧化管護(hù)發(fā)展深度，詳細(xì)介紹了其中涌現(xiàn)出的特色高效智慧管護(hù)系統(tǒng)，為推動(dòng)美麗河湖智慧化平臺(tái)的建立提供了數(shù)據(jù)支撐及示范案例。

2 河道智慧化管護(hù)的主要內(nèi)容

水利工程運(yùn)行管理智慧化需要體制機(jī)制現(xiàn)代化的全力支持。著力破解制約水利工程智慧化運(yùn)行管理建設(shè)的體制機(jī)制障礙，充分發(fā)揮市場機(jī)制作用，建立完善政府、企業(yè)、社會(huì)多元化投入機(jī)制，大力拓寬投融資渠道，積極探索創(chuàng)新水利工程管理和生產(chǎn)運(yùn)營模式，不斷提高工程建設(shè)管理水平[6]。

對于河道智慧化管護(hù)的數(shù)字化建設(shè)主要分為數(shù)據(jù)感知、應(yīng)用共享、科學(xué)決策三個(gè)方面，在建設(shè)的過程中需要更加廣泛地應(yīng)用現(xiàn)代高新技術(shù)、高新設(shè)備，其中數(shù)據(jù)感知方面主要通過智能感知+數(shù)據(jù)采集+云平臺(tái)顯示+大數(shù)據(jù)；應(yīng)用共享方面主要利用無人設(shè)備；科學(xué)決策方面為人工智能+智慧應(yīng)用決策，增強(qiáng)數(shù)據(jù)互聯(lián)共享能力，進(jìn)行科學(xué)預(yù)測預(yù)警。通過構(gòu)建規(guī)范化的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)、處理標(biāo)準(zhǔn)、信息管理標(biāo)準(zhǔn)等標(biāo)準(zhǔn)體系，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測與全面互通共享，全方位提升河道數(shù)字化治理水平。

3 現(xiàn)階段智慧化管護(hù)分析

3.1 智慧化管護(hù)的統(tǒng)計(jì)分析

本文結(jié)合水利信息應(yīng)用在數(shù)據(jù)感知、應(yīng)用共享、科學(xué)決策三個(gè)方面的實(shí)際情況與薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中數(shù)據(jù)感知模塊主要為：巡河APP、視頻監(jiān)控以及水位雨情水情等信息的監(jiān)測等；應(yīng)用共享模塊主要為：無人船、無人機(jī)等設(shè)備的使用等；科學(xué)決策模塊為：遠(yuǎn)程操控實(shí)現(xiàn)調(diào)度運(yùn)行，以及對異常情況實(shí)現(xiàn)決策輔助處理等。表1～表3根據(jù)驗(yàn)收臺(tái)賬統(tǒng)計(jì)了2018—2020年間各地對于河道智慧化管護(hù)的建立情況，下表中分別用a代表巡河APP，b代表視頻監(jiān)控，c代表水位雨情水情等信息的監(jiān)測，d代表無人船、無人機(jī)等設(shè)備的使用，e代表遠(yuǎn)程決策處理。如表1～表3 分別統(tǒng)計(jì)出2018—2020年間智慧管護(hù)的建立情況。

表1 2018年智慧管護(hù)建立情況統(tǒng)計(jì)

表2 2019年智慧管護(hù)建立情況統(tǒng)計(jì)

表3 2020年智慧管護(hù)建立情況統(tǒng)計(jì)

通過上述數(shù)據(jù)與圖1可知，在數(shù)據(jù)感知方面各河湖都有較為廣泛的建立，其中巡河APP的建立已經(jīng)達(dá)到了全覆蓋的程度，其他數(shù)據(jù)感知方面的措施就處于不同階段，在視頻監(jiān)控方面，已由2018年的46.67%逐步提升至2019年的67.12%再到2020的87.23%；在水位雨情水情等信息的監(jiān)測方面，已由2018年的30%逐步提升至2019年的54.79%再到2020的81.56%。在無人機(jī)、無人船等高新設(shè)備的應(yīng)用方面，從2019年初步使用率15.75%至2020年的19.15%。在遠(yuǎn)程決策的輔助方面，從2019年的0.68%提升至2020年的7.1%。

圖1 近3年河湖智慧化管護(hù)情況

3.2 創(chuàng)新智慧化管護(hù)模式

通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)在數(shù)據(jù)感知方面，各河湖對于巡河APP的建立已經(jīng)達(dá)到了全面覆蓋的程度，視頻監(jiān)控方面和水位雨情水情等信息的監(jiān)測已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)普及的程度；在應(yīng)用共享方面，已經(jīng)處于發(fā)展階段；在科學(xué)決策方面，還僅僅是處于初步階段。以下分別列舉4個(gè)創(chuàng)新智慧管護(hù)模式。

(1)杭州市西湖區(qū)文新片區(qū)為實(shí)現(xiàn)緩解城市內(nèi)澇、改善內(nèi)河水環(huán)境這兩個(gè)難題，對區(qū)域內(nèi)重點(diǎn)水體的水質(zhì)、水文以及排水設(shè)施運(yùn)行進(jìn)行全面感知和動(dòng)態(tài)監(jiān)控，進(jìn)一步促進(jìn)“基礎(chǔ)設(shè)施智能化”、“數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化”、“監(jiān)管養(yǎng)護(hù)高效化”、“城市管理精細(xì)化”、“指揮調(diào)度科學(xué)化”智慧治水格局的形成。充分利用新增和存儲(chǔ)視頻在管護(hù)中的作用，可以實(shí)現(xiàn)對河道的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并在后臺(tái)建立算法判斷岸邊垃圾堆放和河面漂浮物的識(shí)別，以達(dá)到垃圾的及時(shí)清理和保潔的效果。并在港口試點(diǎn)投放河道垃圾自動(dòng)清掃機(jī)，對于河道水面的漂浮物、落葉等懸浮垃圾，以及清掃機(jī)的垃圾滿載提醒，在更換電池的條件下自動(dòng)清掃機(jī)可連續(xù)工作20小時(shí)以上，每日的垃圾清掃范圍可以達(dá)到10萬平方米以上。在清掃船上配備著視頻回傳和警示作用的遠(yuǎn)程喊話功能。對于自動(dòng)清掃機(jī)的作業(yè)路徑規(guī)劃和清掃工作的啟停都可以在APP上進(jìn)行，如圖2～圖3。

圖2 警示與遠(yuǎn)程喊話

圖3 河道垃圾自動(dòng)清掃機(jī)

(2)寧波市國家高新區(qū)中沿山干河美麗河湖的建設(shè)就利用了其地理位置上的優(yōu)勢，聯(lián)合高新園區(qū)內(nèi)的一些科技企業(yè)，在寧波市率先啟用智能無人船和無人機(jī)相配合的水空一體化巡查，實(shí)現(xiàn)巡查全覆蓋，在科技的幫助下可以有效地提高問題的發(fā)現(xiàn)和解決能力，使得“水利強(qiáng)監(jiān)管”可以落實(shí)到實(shí)際中。

(3)杭州市拱墅區(qū)2020年計(jì)劃打造拱墅區(qū)智慧治水2.0版本五平臺(tái)合一工程，分別為拱墅區(qū)地下管網(wǎng)與智慧平臺(tái)、拱墅區(qū)水下清淤檢測平臺(tái)、紅旗河片區(qū)水下三維BIM平臺(tái)、拱墅區(qū)“城市眼云公治平臺(tái)”、拱墅區(qū)閘泵站遠(yuǎn)程操控平臺(tái)。智慧河湖基本建成并有序運(yùn)行。通過現(xiàn)場調(diào)研，部分管理用房損壞需修繕，標(biāo)識(shí)標(biāo)牌設(shè)置較少。

(4)麗水市的小溪和鶴溪河為了避免村民隨意把垃圾投入河道、禽類亂散養(yǎng)于河道，外來人員電魚等事件的發(fā)生及維護(hù)河道整治成效，該村開啟智慧河道管理模式，通過監(jiān)控安裝、智能手機(jī)對聯(lián)，對河道進(jìn)行24 h動(dòng)態(tài)管理如圖4。有力地推動(dòng)了楊綠湖古村落村五水共治(河長制)工作。大均鄉(xiāng)圍繞全市生態(tài)產(chǎn)品價(jià)值實(shí)現(xiàn)機(jī)制試點(diǎn)，通過創(chuàng)新建設(shè)，推進(jìn)全市首個(gè)智慧生態(tài)治理平臺(tái)，積極搭建智慧生態(tài)監(jiān)控，完成智慧生態(tài)監(jiān)控體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)域內(nèi)空氣、水質(zhì)、森林火災(zāi)、水域治理等平臺(tái)管控。

圖4 智慧河道監(jiān)測管理指揮中心

根據(jù)上面四個(gè)具體的河湖管護(hù)模式可以看出，目前智慧平臺(tái)與河湖管護(hù)相結(jié)合有以下三個(gè)具體措施：①利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)對河湖面及周圍環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以對區(qū)域內(nèi)的水體和水質(zhì)情況做到及時(shí)準(zhǔn)確的掌控；②使用先進(jìn)的設(shè)備或跟所在地區(qū)的高新園區(qū)合作，利用無人機(jī)或無人船等設(shè)備對于河湖面的漂浮物及垃圾進(jìn)行清理，并在后臺(tái)對于垃圾的推進(jìn)用算法計(jì)算，可以及時(shí)地了解何時(shí)何地出現(xiàn)了垃圾堆積的情況；③用智慧平臺(tái)的新興技術(shù)對于傳統(tǒng)的管護(hù)方式進(jìn)行完善和輔助，兩者起到相輔相成的作用。

4 管護(hù)方式變化的總結(jié)與啟示

保護(hù)河道水資源和水中的生物多樣性、維護(hù)生態(tài)安全是新時(shí)期河湖建設(shè)以及水務(wù)工作者的重要職責(zé)。在加強(qiáng)河湖管護(hù)的過程中，沒有一個(gè)固定的完美的且適用于所有河湖的管護(hù)方式，都需要根據(jù)河湖所處地區(qū)、文化以及需要解決的主要問題等實(shí)際情況而定，不斷更新和完善對應(yīng)的管護(hù)制度。當(dāng)下科技處于飛速發(fā)展的階段，無人機(jī)和無人船技術(shù)越發(fā)成熟，可以把垃圾自動(dòng)清掃裝置、遠(yuǎn)程喊話系統(tǒng)以及智能預(yù)測、智能決策等系統(tǒng)應(yīng)用于河湖的管護(hù)工作中，能有效地提高河湖管護(hù)工作的智能化、現(xiàn)代化、科技化的水平，也降低了河道管護(hù)人員的工作強(qiáng)度，處理一些存在或潛在的安全隱患更加及時(shí)高效，推動(dòng)河湖管護(hù)工作的整體水平提高具有十分重要的意義，同時(shí)可以造福于民為人民打造良好的河湖環(huán)境，對于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展起到促進(jìn)性的作用。