哈爾濱市松北水系信息智慧化管理的探討

劉 銳

(哈爾濱市水文水資源勘測總站,哈爾濱 150021)

哈爾濱市松北灌排體系及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程,是哈爾濱市城市發(fā)展戰(zhàn)略支撐項目之一。工程類型復(fù)雜多樣,點多、面廣,隨著2019年松北新區(qū)79.86km2被國務(wù)院劃定為自由貿(mào)易試驗區(qū)新區(qū),對松北水系工程的運(yùn)行效率和運(yùn)行安全提出了更高的要求。為加強(qiáng)松北水系建成后的運(yùn)行管理水平,適應(yīng)工程運(yùn)行管理的需要,提高渠系河湖水網(wǎng)調(diào)度的精度和預(yù)警能力,建立一套行之有效的動態(tài)監(jiān)測、調(diào)度控制智能體系是十分必要的。通過在線監(jiān)測、實時控制和優(yōu)化調(diào)度,配合新一代信息技術(shù),及時、準(zhǔn)確地掌握工程運(yùn)行狀況、河湖水體水質(zhì)狀況,科學(xué)調(diào)度松北水系,及時發(fā)布涉水信息,提高服務(wù)效率,提高防澇減災(zāi)和應(yīng)對突發(fā)性事件的能力。因此,探索利用互聯(lián)網(wǎng)、云計算、GIS等先進(jìn)技術(shù),提高松北水系的信息智慧化建設(shè),研究利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動通訊等新一代信息技術(shù)實現(xiàn)管理“信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、信息采集自動化、信息傳輸網(wǎng)絡(luò)化、信息管理集成化、業(yè)務(wù)處理智能化”的可行性。為此,文章是對實現(xiàn)松北水系工程管理智慧化,滿足新時代經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展新要求的一次嘗試性探討。

1 松北水系工程概況

哈爾濱市松北灌排體系及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程是在哈爾濱市松北區(qū)原有河、渠、溝、泡和濕地水系的基礎(chǔ)上,經(jīng)過人工開挖、疏通河道,形成的“四橫兩縱”為骨架,打造總長146km、面積26km2,具有引水灌溉、排澇減災(zāi)、改善生態(tài)、旅游觀光等綜合功能的河網(wǎng)體系,計劃總投資340億元。

1.1 一期工程概況

一期工程由 “四橫”中的第一橫——發(fā)生渠以南的水工建筑物工程、渠道湖泊工程、路橋工程和園林綠化工程組成。工程主要有:新建發(fā)生渠等渠道7條(總長度55.65km)、湖泊8個(蓄水量109.5萬m3)、水工建筑物18座(水閘11座、船閘2座、泵站5座);新建橋梁47座(市政公路橋29座、農(nóng)用汽車橋2座、高速公路橋2座、鐵路橋4座、景觀橋10座),加固橋梁21座;水景面積203.78萬m2,綠化面積968.21萬m2,道路面積18.44萬m2,場地鋪裝面積68.62萬m2,木平臺面積6.57萬m2,工程總投資108.95億元。

1.2 工程管理任務(wù)

哈爾濱市松北灌排體系及水生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程的主要管理任務(wù)有5項:①水系的水量平衡、水系水資源統(tǒng)一調(diào)度,按計劃輸水配水;②負(fù)責(zé)對水城內(nèi)濕地等項目進(jìn)行觀測研究,合理保護(hù)和改善區(qū)域內(nèi)自然生態(tài),實現(xiàn)水資源良性流動;③受上級有關(guān)部門的業(yè)務(wù)指導(dǎo),協(xié)助配合有關(guān)部門對水城水系進(jìn)行水情預(yù)報、水文觀測、水質(zhì)監(jiān)測、工程安全監(jiān)測;④負(fù)責(zé)水城水系工程及設(shè)施日常養(yǎng)護(hù)維修與安全;⑤負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)灌排和節(jié)制閘站日常管理工作,依據(jù)國家有關(guān)政策,承擔(dān)區(qū)域內(nèi)的灌排任務(wù)等。

松北水系工程管理范圍大,建筑物多,為了加強(qiáng)防洪和水生態(tài)環(huán)境工程管理,充分發(fā)揮工程和非工程措施相結(jié)合的工程綜合效益,提高松北水系生態(tài)環(huán)境承載能力;統(tǒng)籌協(xié)調(diào)城市與農(nóng)村生活、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境用水需求,提高水資源利用效率和效益;建設(shè)人工湖泊、疏通河網(wǎng)水系和城鄉(xiāng)綠地,調(diào)控體系科學(xué)的決策十分必要。為加強(qiáng)松北水系建成后的運(yùn)行管理水平,適應(yīng)哈爾濱市松北灌排水系及水生態(tài)環(huán)境工程運(yùn)行管理的需要,規(guī)劃時就考慮了構(gòu)建數(shù)字水系調(diào)度系統(tǒng),形成現(xiàn)代化的水系管理體系[1]。

2 松北水系數(shù)字水調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前已建成的數(shù)字水調(diào)系統(tǒng)有3部分:①基礎(chǔ)平臺工程;②水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng);③三維仿真平臺系統(tǒng)。數(shù)字水調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺工程包括包括IP電話及通信調(diào)度系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、服務(wù)器與存儲及系統(tǒng)軟件、網(wǎng)絡(luò)安全、大屏幕系統(tǒng)及交互數(shù)字平臺顯示系統(tǒng)、會議音響系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)(調(diào)度中心、會議室)、邊緣融合系統(tǒng)(會議室)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、相關(guān)輔助設(shè)備(會商室、會議室、機(jī)房)、樓宇布線、機(jī)房工程、消防系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)(風(fēng)冷)、機(jī)房門禁系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、機(jī)房報警系統(tǒng)、機(jī)房環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、背景音樂、氣象信息實時傳送顯示系統(tǒng)等子系統(tǒng)。水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)是以松北水系日常安全運(yùn)行、調(diào)度方案編制等實際需求為出發(fā)點和落腳點進(jìn)行開發(fā)的,主要的功能模塊主要包括:工情信息查詢、雨水情信息查詢、統(tǒng)計分析、降雨產(chǎn)流、水動力水質(zhì)模擬、日常調(diào)度、應(yīng)急調(diào)度、數(shù)據(jù)維護(hù)、系統(tǒng)管理及幫助幾部分。三維仿真平臺是以哈爾濱市松北區(qū)的空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),運(yùn)用計算機(jī)圖形圖像學(xué)技術(shù),建立起集水系三維可視化展示、水系信息查詢、水工仿真模擬、暴雨積水模擬,水量聯(lián)合調(diào)度模擬、數(shù)字模型管理和空間數(shù)據(jù)服務(wù)為一體的三維軟件平臺。數(shù)字水調(diào)系統(tǒng)的建設(shè),為松北水系渠系管理與調(diào)度的信息資源,構(gòu)建集信息采集、傳輸、信息資源快速匯集和處理提供了基礎(chǔ)信息平臺;目標(biāo)是搭建集水雨情實時監(jiān)測與預(yù)報、水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度、排澇調(diào)度、農(nóng)業(yè)水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)度、三維仿真、綜合決策支持等于一體的調(diào)度管理平臺,為渠系調(diào)度提供現(xiàn)代化的管理平臺和輔助決策支持環(huán)境。

3 數(shù)字水調(diào)系統(tǒng)存在的問題

3.1 缺少配套工程,布局不到位

數(shù)字水調(diào)系統(tǒng)一期工程建成后,后續(xù)配套工程沒有建設(shè),近年來,水系工程主體基本完成,部分工程開始運(yùn)行,但沒有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),數(shù)字水調(diào)系統(tǒng)無法實現(xiàn)設(shè)計的功能,面對日益多樣化和復(fù)雜化的管理工作,迫切需要配套工程建設(shè)以解決當(dāng)務(wù)之急。

3.2 沒有數(shù)據(jù)傳輸線路,協(xié)同不到位

由于設(shè)計時,受限于當(dāng)時的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù),缺少數(shù)據(jù)傳輸線路,水系之間如同一個個“信息孤島”,聯(lián)通薄弱,工作效率大打折扣。與水務(wù)、氣象等各單位之間的數(shù)據(jù)交換沒有建立專門線路,信息源不足,信息不對稱等實際問題,無形中增加管理成本。

3.3 觀念轉(zhuǎn)變慢,認(rèn)識不到位

管理人員對智能化建設(shè)的重要性、必要性、緊迫性缺乏足夠認(rèn)識。因此對于如何將智能化促進(jìn)管理工作的跨越式發(fā)展,研究不夠,重視不夠。加上工作人員處理日常事務(wù)比較繁忙,學(xué)習(xí)新體系新知識的意愿普遍不高。

3.4 管理人員有限,急需升級智能化管理

目前,隨著水系運(yùn)行任務(wù)的增加,管理人員明顯不足,只有升級系統(tǒng)實現(xiàn)智能化管理,才能節(jié)約人力,實現(xiàn)管理決策的快速和準(zhǔn)確。

4 松北水系管理系統(tǒng)數(shù)字化向智慧化轉(zhuǎn)變

國兩會期間,人大代表、政協(xié)委員熱議“新基建”,標(biāo)志著“新基建”進(jìn)入加速規(guī)劃落地的階段,為推進(jìn)智慧城市建設(shè)治理現(xiàn)代化注入了新的強(qiáng)大動能。城市治理是國家治理體系的重要組成部分。水利工程的管理也應(yīng)與時俱進(jìn),運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、人工智能等前沿技術(shù)推動水利工程管理手段、管理模式、管理理念創(chuàng)新。

4.1 智慧化轉(zhuǎn)變的組織保障

要將數(shù)字水調(diào)系統(tǒng)升級為智能水調(diào)系統(tǒng),首先需加大資金保障,完善系統(tǒng)建設(shè),打造一個縱向到底、橫向到邊,全業(yè)務(wù)綜合水系管理智能化系統(tǒng)。通過智能決策系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),打通信息孤島,把數(shù)據(jù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為決策指令。同時系統(tǒng)要逐步實現(xiàn)與水務(wù)、氣象系統(tǒng)融合,方便水系管理,有效促進(jìn)水系運(yùn)行,提升社會公共服務(wù)能力。其次,建立領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu),加緊智能化升級建設(shè)改造,切實加強(qiáng)智能化系統(tǒng)建設(shè)工作的組織保障,各部門齊抓共管,營造濃厚建設(shè)氛圍,上下形成合力,全面推進(jìn)。最后,要加強(qiáng)隊伍培訓(xùn),提高系統(tǒng)應(yīng)用水平,加強(qiáng)單位技術(shù)人才隊伍建設(shè),積極推進(jìn)內(nèi)部隊伍提升和外部人才引進(jìn),盤活管理隊伍,實現(xiàn)隊伍有機(jī)更新,隊伍向結(jié)構(gòu)化和高素質(zhì)化邁進(jìn)。進(jìn)一步強(qiáng)化對聘用人員的業(yè)務(wù)知識、技能的培訓(xùn),提升智能水調(diào)系統(tǒng)的維護(hù)和管理能力。

4.2 智慧化轉(zhuǎn)變的技術(shù)支撐

數(shù)字水系的智能化改造以人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、大數(shù)據(jù)、安全、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、數(shù)字孿生、5G應(yīng)用等“ABCDSIETG”九大科技為工具箱的創(chuàng)新思路和實施路徑。其中:人工智能正成為新的生產(chǎn)力驅(qū)動,已經(jīng)全面融入到云、網(wǎng)、邊、端等各層級,是智慧水利工程管理的重要的基礎(chǔ)支撐能力;區(qū)塊鏈有望改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸,其互聯(lián)互通、互信互認(rèn)的特質(zhì)將在打破信息孤島的困境,為數(shù)據(jù)的采集和存儲等領(lǐng)域發(fā)揮巨大潛力;大數(shù)據(jù)作為新生產(chǎn)要素,讓水利工程管理實現(xiàn)“從信息化到智能化再到智慧化”成為現(xiàn)實;邊緣計算重塑了智慧水利一中心、多節(jié)點的治理運(yùn)行模式,實現(xiàn)“大小腦并用”,使分布計算、多邊協(xié)同變?yōu)榭赡?信息安全是“虛擬城墻”,是智慧水利運(yùn)行管理不可或缺的一環(huán);數(shù)字孿生以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)對水系工程進(jìn)行數(shù)字仿真,并在虛擬空間中形成映射,從而實現(xiàn)全周期動態(tài)呈現(xiàn)和管理;5G作為智慧水利的“信息高速公路”,讓各種技術(shù)和信息得以實時高效連接互通,將催生更多新的治理場景應(yīng)用以ABCDSIETG為代表的“新基建”、新技術(shù),構(gòu)成了新時代智慧水利的四梁八柱,為水利工程實現(xiàn)現(xiàn)代化管理奠定堅實基礎(chǔ)。

4.3 智慧化轉(zhuǎn)變的實現(xiàn)目標(biāo)聯(lián)

雖然松北水系的管理系統(tǒng)采用了智能模型的開發(fā)方式,但經(jīng)過了近十年技術(shù)的飛速發(fā)展,在技術(shù)路線上已經(jīng)落后。目前的人工只能模型依托于大數(shù)據(jù)和云計算,更加智能化,也更加高效,原有的模型系統(tǒng)還需要專家系統(tǒng)的參與才能實現(xiàn)完整的功能,實際上更側(cè)重于知識和數(shù)據(jù)的管理,所以只能稱為信息化系統(tǒng),智能的實現(xiàn)還是依托專業(yè)的人來實現(xiàn)。松北水系管理系統(tǒng)目前的數(shù)據(jù)來源主要有3個方面:①松北水系的總體規(guī)劃和設(shè)計;②松北水系三維仿真平臺的地理空間數(shù)據(jù);③松北水系二維動力模型的計算數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是實現(xiàn)智慧化系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),是實現(xiàn)松北水系管理智慧化的支撐。但是這些數(shù)據(jù)隨著時間的流逝,與實際工程運(yùn)行存在著缺失和偏差,需要進(jìn)一步的修正和補(bǔ)充。利用先進(jìn)的人工智能模型對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練,再依托原有的專家系統(tǒng),實現(xiàn)松北水系智慧化管理,具有良好的基礎(chǔ)條件和先天的優(yōu)勢。如果不進(jìn)一步對系統(tǒng)進(jìn)行智慧化改造,隨著技術(shù)的迭代,原有的管理系統(tǒng)終究將被時代所淘汰,這對原有投資會造成巨大浪費(fèi)。而基礎(chǔ)數(shù)據(jù)沒有連續(xù)的更新,也將成為實現(xiàn)智慧化系統(tǒng)的阻礙。松北水系智慧化管理的主要目標(biāo)是,打通數(shù)據(jù)采集與基礎(chǔ)平臺數(shù)據(jù)庫和云計算之間的信息通道,三維仿真平臺、水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,重新推算底層數(shù)據(jù)——松北水系二維水動力模型,從新配套人工智能系統(tǒng),挖掘數(shù)據(jù)潛力,實現(xiàn)從智能化到智慧化管理系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。

水利管理從信息化到智慧化與發(fā)展的歷程密切相關(guān),“智慧”是一個階段性的概念。做信息化的過程當(dāng)中首先是要做數(shù)字化,從模擬信號變成數(shù)字信號,比如現(xiàn)在的電視、電臺的傳輸和攝像頭技術(shù)等;第二個是智能化,是在數(shù)字化的基礎(chǔ)上,做到自動控制,讓計算機(jī)去學(xué)習(xí)人類的經(jīng)驗,然后使系統(tǒng)應(yīng)用具有智能判斷的能力;第三才是智慧化,是用更大的數(shù)據(jù)量使決策方案效果更好,水利工程管理智慧化是整個發(fā)展的第三個階段,從數(shù)字化到智能化到智慧化。目前松北水系的管理系統(tǒng)處于第二階段,及時向智慧化轉(zhuǎn)變是迫切的需要,也是節(jié)約投資降低管理資金的有效手段。

5 結(jié) 語

松北水系作為一個復(fù)雜的系統(tǒng),讓水系管理更科學(xué)、更智慧、更安全,才能讓市民更幸福,既是城市治理的一致追求,也需要更加先進(jìn)的理念創(chuàng)新和科技保障。從這個角度看,水利工程管理智慧化本身,就屬于“新基建”的范疇之一。另一方面,新時代、新形勢下的水利工程管理智慧化改造是一項系統(tǒng)工程,是“新基建”的大舞臺。

黨的十八大提出“新四化”的要求。用信息技術(shù)支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代工業(yè),支持新型城鎮(zhèn)化的建設(shè),“智慧水利”是“智慧城市”的必要組成部分,不失時機(jī)加快智慧水利工程的規(guī)劃建設(shè),及時吸收先進(jìn)創(chuàng)新科技,全面優(yōu)化城市水系治理和服務(wù)新區(qū)經(jīng)濟(jì),推進(jìn)城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化、加快高質(zhì)量。