“十四五”新階段水利信息化建設(shè)研究

□李士華

隨著水利現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，信息化建設(shè)的重要性在逐漸提升?！笆奈濉币?guī)劃之后，中國進入了新的發(fā)展階段，水利信息化建設(shè)也隨之進入了新的階段，在此階段要實現(xiàn)從水利信息化向水利信息智能化的轉(zhuǎn)變。在此背景下，要想推進水利信息化的建設(shè)，就離不開大數(shù)據(jù)、人工智能和數(shù)字孿生等新一代信息通信技術(shù)的運用。文章首先對水利信息化的相關(guān)概念進行了介紹，然后對大數(shù)據(jù)、人工智能和數(shù)字孿生等新一代信息通信技術(shù)在水利中的運用進行了分析，最后指出新階段水利信息化建設(shè)中面臨的困難，并提出針對性的解決對策，以期為水利信息化建設(shè)貢獻力量。

一、水利信息化的含義和水利信息化建設(shè)的意義

（一）水利信息化的含義

水利信息化是在創(chuàng)新水利基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)上，與現(xiàn)代化信息技術(shù)相融合，通過對傳感設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和數(shù)據(jù)分析設(shè)備的安裝，同時融合GIS（地理信息系統(tǒng)）、BIM（建筑信息系統(tǒng)）、大數(shù)據(jù)和云計算等信息技術(shù)，以便對水利相關(guān)的各個環(huán)節(jié)進行實時把控（包括數(shù)據(jù)的收集、處理、分析、儲存和共享，決策的制定及趨勢的預(yù)測等）所建立起來的水利信息體系。目前，水利信息化在中國可被用于水質(zhì)監(jiān)測、水資源調(diào)度及防汛抗旱等方面。

（二）水利信息化建設(shè)的意義

1.保證水資源調(diào)度合理

水利信息化建設(shè)能夠更加規(guī)范、合理地對水資源進行調(diào)度。傳統(tǒng)的水利工程在調(diào)度水資源時，通常要耗費大量的財力、人力和物力。與傳統(tǒng)水利工程不同，現(xiàn)代化水利在進行水利調(diào)度時，主要是通過信息技術(shù)來實現(xiàn)，例如：通過衛(wèi)星定位先確定位置，然后利用遙感技術(shù)進行信息收集，最后結(jié)合數(shù)據(jù)仿真技術(shù)模擬出一個最優(yōu)方案，使水資源進行合理的配置。在大幅度地提升了調(diào)度效率的同時，也節(jié)省了人力、物力。

2.水利工程管理的精細化

水利信息化建設(shè)能夠提升水利工程管理的精細化程度。通過運用信息技術(shù)，可以精細地了解水利工程的各項參數(shù)，例如：水位情況、月度季度降水量情況、水資源的監(jiān)控或者地下水等情況，從而實現(xiàn)精細化管理，極大地提高管理效率。

二、新階段水利信息核心技術(shù)分析

“十四五”規(guī)劃之后，中國進入新的發(fā)展階段，水利發(fā)展也隨之進入了新的階段，對水利信息化建設(shè)也有了更高的要求。水利部將水利智能化建設(shè)作為“十四五”規(guī)劃的重點建設(shè)內(nèi)容之一，國家水網(wǎng)工程將水利信息智能化作為重要任務(wù)進行推進，要求充分地運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生和移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，推動信息技術(shù)與水利的深度融合。

（一）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

水利行業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行融合之后，所產(chǎn)生的應(yīng)用叫作“水聯(lián)網(wǎng)”，在水利中運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可使得水利數(shù)字化的程度得到提升，進而使水利信息化建設(shè)水平也得到提升?！八?lián)網(wǎng)”是層狀結(jié)構(gòu)，從外到里詳細地分為云計算層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、邊緣計算層和傳感終端層四層，詳情如表1所示。

表1 水利物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

（二）人工智能技術(shù)

在現(xiàn)階段，人工智能技術(shù)逐漸地被運用到水利行業(yè)中。人工智能技術(shù)的運用，大幅度地提高了水利信息化建設(shè)水平，使水利信息化建設(shè)更具智能化。人工智能技術(shù)最早在水利行業(yè)中被用于防洪調(diào)度，主要是對洪水情況進行實時分析從而及時地對決策進行調(diào)整、優(yōu)化，以及智能預(yù)報洪水情況。通過不斷的發(fā)展，人工智能技術(shù)也漸漸地被用于水利行業(yè)的其他方面，比如利用智能機器人對水下大壩進行深度探測、水利器械故障智能診斷及智能預(yù)測水污染的趨勢等。

（三）大數(shù)據(jù)技術(shù)

傳統(tǒng)的水利管理數(shù)據(jù)很難做到系統(tǒng)性、全面性，多是無序、孤立的存在。而大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的全樣本描述、關(guān)聯(lián)分析以及規(guī)律分析則可以很好地彌補這些方面的不足。水利工作與大數(shù)據(jù)結(jié)合之后，可以對不同來源、多個類型的水利數(shù)據(jù)進行綜合處理與科學(xué)分類，可以更高效地對信息進行處理分析。水利大數(shù)據(jù)重點分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視5個模塊，通過處理分析后可以用于水資源調(diào)度、水利工程精細化管理、水環(huán)境治理、水災(zāi)害防護以及水生態(tài)保護5大方面，如表2所示。

表2 水利大數(shù)據(jù)模塊分類及應(yīng)用場景

（四）云計算技術(shù)

云計算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的新型計算與服務(wù)范式，采用云計算技術(shù)，可以為技術(shù)密集和問題復(fù)雜的水利行業(yè)提供一種全新的思路和方法。當(dāng)前中國水利行業(yè)也開展了對云計算的研究和應(yīng)用，并且取得了一些成果，如基于云計算的防汛抗旱信息集成平臺、基于云計算的水利工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)等，但云計算數(shù)據(jù)規(guī)范、云計算安全等方面還有待進一步的提高。

（五）移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

目前，水利行業(yè)開始普及移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這是一種通過智能移動終端將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，可直接與網(wǎng)站、智能手機、APP建立雙向通信的技術(shù)終端。以便提高水利行業(yè)的信息獲取能力，及時給用戶發(fā)送雨情、旱情、洪澇等信息，并且能自主進行水情查詢，縮短信息傳遞的時間，提高信息的可靠性。移動互聯(lián)網(wǎng)終端功能如表3所示。

表3 移動互聯(lián)網(wǎng)終端功能

（六）數(shù)字孿生技術(shù)

水利的數(shù)字孿生是充分利用精細化的物理水利模型、智能傳感器數(shù)據(jù)、水利歷史數(shù)據(jù)等，集成涉水的多學(xué)科、多要素、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成對智慧水利系統(tǒng)的映射。水利數(shù)字孿生詳細模塊與應(yīng)用如表4所示。

表4 水利數(shù)字孿生的模塊與應(yīng)用

三、新階段水利信息化建設(shè)面臨的問題

（一）對水利信息化的認知不足

水利信息化建設(shè)穩(wěn)步推進，但還存在認知不足的問題，工作人員將水利信息化簡單地理解為增加了數(shù)字計算和打印機等設(shè)備，因此水利部門還應(yīng)該逐步增強部分人員對水利信息化的理解，而且很多地區(qū)的水利信息化建設(shè)還停留在基礎(chǔ)階段，即使建設(shè)時間早，但沒有形成有效的系統(tǒng)，也就談不上對水利工程進行深度的挖掘。所以，在實際工作中，水利信息化帶來的便利還難以體現(xiàn)。

（二）缺乏水利信息化人才

中國水利信息化的儲備人才少，水利從業(yè)者不僅要具備水利專業(yè)化知識，還要根據(jù)現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展充分發(fā)揮信息才能。只有提高水利人才的信息化和專業(yè)化水平，培養(yǎng)復(fù)合型人才，才能展現(xiàn)出水利信息化的優(yōu)勢所在。

（三）信息采集手段較為落后

中國水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)無法匹配當(dāng)今的發(fā)展需求，導(dǎo)致水利信息化建設(shè)工作面臨著很大的阻力。一些地區(qū)的水利信息化基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)嚴(yán)重落后，尤其是在信息采集方面，雖然現(xiàn)在都依靠設(shè)備系統(tǒng)完成自動化采集工作，但對于一些采集自動化不高的地區(qū)而言，在數(shù)據(jù)采集時還依靠人工填報的方式，全程自動化還無法實現(xiàn)。這樣就導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)與決策的設(shè)備不同，先由一套設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，待采集完畢之后再由人工錄入另一套決策設(shè)備，在有人工干預(yù)的情況下，難免會出現(xiàn)一些差錯，如錯填、漏填數(shù)據(jù)等，在最后防汛決策的制定時，就會出現(xiàn)水位數(shù)據(jù)異常的情況，從而產(chǎn)生錯誤的判斷，給決策帶來一定的影響。

（四）數(shù)據(jù)共享體系不完善

水利建設(shè)與經(jīng)濟效益是不直接掛鉤的，這就決定了它沒有那么高的公眾關(guān)注度，所以之前的水利數(shù)據(jù)僅限內(nèi)部使用。但是隨著水文信息量的急劇擴大，仍然按照傳統(tǒng)的方法自行處理，就會導(dǎo)致獲取的水文信息與實際的水文信息出現(xiàn)偏差。這樣就會產(chǎn)生很多不必要的重復(fù)工作，增加信息采集的成本，同時政府的重復(fù)投入這種反常舉動也會受到公眾的質(zhì)疑，使得政府的公信力逐漸降低。除此之外，在對水文數(shù)據(jù)的分析過程當(dāng)中，未能對數(shù)據(jù)進行深度分析，影響了決策的質(zhì)量。無法滿足政府“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)決策”的要求。

四、新階段水利信息化建設(shè)問題應(yīng)對策略

（一）加強水利工作者對信息化建設(shè)的認識

為順利開展水利信息化建設(shè)工作，首先要做的就是加強水利工作者對信息化建設(shè)的認識，這是開展水利信息化建設(shè)工作的前提。其次，要明確各水利部門的信息化建設(shè)目標(biāo)，并根據(jù)各水利部門的實際情況確定，以達到對全局建設(shè)統(tǒng)一規(guī)劃的目的。最后，可以通過培訓(xùn)、考試或者進修等手段，全方位地對每位水利工作者普及信息化建設(shè)工作，拓展水利工作者的知識面，以便讓他們對信息化建設(shè)有更深刻的認識，從而保證水利信息化建設(shè)工作能夠科學(xué)有序地開展。

（二）培養(yǎng)復(fù)合型人才

運用通信技術(shù)和計算機技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集，是水利信息化建設(shè)工作中最明顯的特征。由此可見，水利信息化建設(shè)工作具有很強的專業(yè)性，不僅需要工作人員有水利方面的知識，而且需要工作人員熟練地掌握信息技術(shù)。為保證水利信息化建設(shè)工作的順利進行，需要大量復(fù)合型人才。在培養(yǎng)人才時，要兼顧信息化技術(shù)與水利知識，重點培養(yǎng)其全面性。既要保證信息化技術(shù)的熟練，也要保證水利知識的融會貫通。

（三）加強信息采集與共享

水文信息資料對于水利信息化建設(shè)工作而言相當(dāng)珍貴，要想提升水利工程的運作質(zhì)量，水文信息的采集、利用則是重中之重。當(dāng)對采集到的水文信息數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化的分析時，工作人員可以直觀地了解詳細情況并準(zhǔn)確地制定出合理的應(yīng)對策略，所以說加強信息采集技術(shù)是非常有必要的。另外，對于處理后的水文數(shù)據(jù)、信息應(yīng)當(dāng)及時地存儲在平臺中，做到及時共享。這樣一方面可以使各水利部門的溝通成本降低，另一方面也可以加快水利信息化建設(shè)的進程。

（四）打造水利大數(shù)據(jù)中心

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)信息管理方式比較落后，難以將數(shù)據(jù)第一時間傳遞到相關(guān)人的手中，都是以文本的形式進行傳遞，綜合率低且過于分散。而水利大數(shù)據(jù)建設(shè)水利分析，數(shù)據(jù)挖掘，數(shù)據(jù)開放于一體的數(shù)據(jù)中心，增強了水利數(shù)據(jù)處理、管理和服務(wù)水平，提高了數(shù)據(jù)的利用率，推動了新信息技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)展跨部門、跨行業(yè)、深度融合的數(shù)據(jù)整合共享模式，實現(xiàn)各行各業(yè)數(shù)據(jù)與水利行業(yè)共享交換，實現(xiàn)協(xié)同管理。

五、結(jié)語

加強水利信息化建設(shè)，不僅是時代發(fā)展的要求，更是水利事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。近年來，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等熱門信息技術(shù)不斷涌現(xiàn)和蓬勃發(fā)展。加快新一代信息技術(shù)與水利業(yè)務(wù)的深度融合，是實現(xiàn)水利現(xiàn)代化的強力保障。隨著中國水利信息化建設(shè)工作的不斷深入發(fā)展，必將迎來中國水利事業(yè)的騰飛。