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    智慧水利是什么

    IBM公司将美国国家智慧水网(NATIONAL SMART WATER GRIDTM)作为“智能地球”重要组成,并提出了3个关键词:自动化、交互性、智能化。即利用物联网技术,自动、实时地感知水资源、水环境、物理大气水文过程及各种水利工程的多要素、多属性、多格式的数据;通过信息通信网络传送到在线的数据库、数据仓库和云存储中;再利用云计算、数据挖掘、深度学习等智能计算技术迸行数据处理、建模和推演,做出科学优化的判断和决策,并反馈给人类和设备,采取相应的措施和行动有效解决水利科技和水利行业的各种问题,提高水资源的利用率、水利工程的效益,有效保护水资源及水环境,实现防灾减灾和人水和谐。

    智慧水网的技术核心将涉及水文学、水动力学、气象学、信息学、水资源管理和行为科学等多个学科方向,是新一代水利信息化的集成发展方向。因此,智慧水利是运用物联网、云计算、大数据等新一代信息通信技术,促迸水利规划、工程建设、运行管理和社会服务的智慧化,提升水资源的利用效率和水旱灾害的防御能力,改善水环境和水生态,保障国家水安全和经济社会的可持续发展。

    智慧水利

    智慧水利的内涵

    智慧水利综合利用各种信息技术,达到能够自动即时地探测、记录、存储水及其存在环境、物理大气水文过程及其他水利工程的元素指标数据,通过智能化手段对数据进行整理、分析,根据分析结果做出最佳决策,发出对应的指令,支撑操作者和设备做出有效的反应,达到有效解决水利中存在的各类问题、提升对水资源的利用率及防范抵御水旱灾害能力的目的。

    智慧水利的内涵主要有3个方面:

    (1)新信息通信技术的应用。即信息传感及物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等技术的应用。

    (2)多部门多源信息的监测与融合。包括气象、水文、农业、海洋、市政等多部门,天上、空中、地面、地下等全要素监测信息的融合应用。

    (3)系统集成及应用,即集信息监测分析、情景预测预报、科学调度决策与控制运用等功能于一体。其中,信息是智慧水利的基础;知识是智慧水利的核心;能力提升是智慧水利的目的[1]

    智慧水利特征

    智慧水利为新一代信息技术在水利行业的高度集成应用,具备透彻感知、全面互联、深度挖掘、智慧应用等特征。

    (1)透彻感知:通过水利感知网实现,水利感知网依托前端感知设备对涉水对象及其环境信息进行感知和接收,是水利大脑的“感知系统未稍”,为水利大汹获取信息提供信息获取的渠道。

    (2)全面互联:基于水利信息网实现,是智慧水利的“神经网络系统”,构建水利大脑与“感知系统末梢”的连接。

    (3)深度挖掘:通过水利大脑实现,水利大脑由水利云、水利数据资源池以及使能支撑平台构成,为水利大脑的思考和记忆提供物质基础。

    (4)智慧应用:依托水利业务的智慧应用体系实现,智慧化应用是水利大脑的“功能表现层”,智慧应用涵盖水利具体业务,如水资源、水灾害、水工程、水生态、水监督、水行政以及水公共服务等,是水利大脑的智慧能力在具体业务领域发挥作用的交互窗口[2]

    智慧水利核心技术

    (1) MSTP技术。MSTP是基于SDH的多业务传送节点技术,可满足不同粗细颗粒业务接入与统计复用的要求。在智慧水利系统构建中,通过MSTP组网方式的运用,可有效节省使用成本,并提高网络可靠性、可扩展性。

    (2)5G技术。5G技术是第五代移动通信技术,支持高速数据传输。通过5G技术的运用,可显著提高声音、视频等数据传输速度,可用于工程监控、电话与视频会议等领域。如通过视频监控,实时监控和拍摄违法行为现场照片与视频,并可与当前坐标自动匹配,连接5G实时上传;相关人员可通过电脑、手机等终端登录平台实时远程监看,也可随时回看,方便快捷。在汛期和突发暴雨期间,水利部门还可通过平台实时监测河道水位情况,为防洪调度提供准确预警,及时响应,启动相应应急预案,从而提高应急响应速度,确保人民群众的生命财产安全。

    (2) 三维3S技术。3S技术包括RS、GIS、GPS,可实现空间信息采集、分析、传输与应用。智慧水利系统的构建中,实现了水利3S技术的延伸,通过网络集成3S技术,并配以三维可视化技术的使用,实现空间信息精确、直观收集与分析,为防汛抗旱、水资源调度、水质监测、水土保持监测与管理提供可靠资料。如利用GIS强大空间数据分析与处理能力,可构建三维河道、蓄滞洪区数字地形模型DTM,可对洪水演进的堤防、水流、交通道路、企业、村庄和农田等实物进行参数化建模。在此基础上,实现洪水演进全过程的可视化动态仿真和信息管理,直观显示不同水灾害防御方案洪水淹没全过程、淹没水深,并可随时查询当前洪水演进过程中各蓄滞洪区各时刻的各种信息,如淹没区的面积、受灾人口、受灾企业等,便于水灾害防御减灾决策人员在计算机前比较不同分洪方案的优劣,快速做出决策,以便最大程度上减少因洪水灾害造成的经济损失。

    (3) 云计算技术。云计算是一种基于因特网确立的超级计算模式,集合了虚拟化、分布式处理与宽带网络等技术,保证各大应用平台的信息对称,用户可依据个人的使用需求访问数据并进行相关操作。在云计算技术的支持下,智慧水利系统可模拟气候变化、水资源分布与调度,甚至可预测未来市场发展走势。云计算是当前信息网络行业发展的主流趋势,体现了互联网技术发展水平,也带动了其他产业的改革。基于云计算设立的“水利综合信息管理平台”存储了大量的水利用户信息以及城市水利监测数据,在提高城市水利服务质量的同时,通过对资源的整合和统一管理充分发挥出资源的利用价值。另外,软件容错的出现也节约了硬件设备成本。

    (5)智能感知技术。智能感知技术即建立先进的数据采集、分析以及实时监测网络系统,通过各类传感设备,如射频标签阅读等,对防洪、航运、供水等进行全面监控,保证水利措施的及时有效。该系统中设有精准度、监测频次、集成度高的传感末端,弥补了传统监测系统的缺陷,如监测性能不稳定、对外界抗干扰能力低、故障不易排查等[3]

    智慧水利技术的具体应用

    智慧水利技术主要包括云计算、物联网等先进的科学技术,它们被广泛的应用在水利工程中,主要用来对水利水文进行实时监测、预警预报以及综合调度和管理等,其主要表现在几个方面。

    (1)将智慧水利技术应用在防汛抗旱方面,从而在技术上提供更多专业性的支持,创建更加全面化的防汛抗旱系统,从而对所辖区域中的各类水资源进行实时监控、综合数据分析处理以及灾害预警预报等,这样就能够在发生险情的时候,快速的做出相应的应急指挥决策,合理地的调配好各项工作部署,从而使水灾的危害范围得到有效的控制。

    (2)将智慧水利技术应用在在实时监测方面,对于河道、水库等地的水量信息进行实时采集,借助设备进一步扩大河流的监测范围,并对监测所得的数据进行智能化的分析处理,从而及时的将预警信息发送出去,为水务部门提供可参考的汛情信息,并有针对性地制定出应急预案。与此同时,利用智慧水利技术可以对各排污口的水质信息进行采集,并对获取的数据信息进行统计分析,如果水质被污染出现超标的情况,就会自动向相关部门发出预警通知。

    (3)智慧水利监测系统在水利工程监测方面的应用,其能够对水利工程实施全方位无盲点的监控,对重要水利设备的安全起到保护作用,对综合调水工程的运行情况进行实时监测,并对坝体的性能数据进行自动的感知,为相关部门提供有关于大坝的维修、保养等信息,尽最大可能减少经济上的损失。

    (4)智慧水利在灌溉方面的应用,借助智能监控系统能够实时获取土壤、作物以及天气等农业生产要素的数据,将这些数据汇集在一起进行分析,充分利用软件系统对气候和病害进行科学的推断,生成可行性报告,并将其落实到田间活动中,借助自动化控制执行系统来完成对田间的灌溉和施肥。

    (5)智能水利在水资源管理方面的应用,对自来水系统进行实时监测,以此来得知其实际的运行情况,及时掌握管线、设备是否出现破损、管道是否存在淤堵等异常情况,并将这些信息自动上报给相关部门,从而及时地将存在的安全隐患问题排除[4]

    参考资料:

    [1]张建云,刘九夫,金君良.关于智慧水利的认识与思考[J].水利水运工程学报,2019(6):1-7

    [2]王志东,魏至胜,孙赟恽,等.新时期智慧水利内涵及框架体系研究[J].智能城市,2022,8(3):75-77.

    [3]梁浩.智慧水利内涵及其核心技术分析[J].工程技术研究,2020,5(24):97-98.

    [4]赵立永.现代智慧水利系统技术应用与实践[J].湖北农机化,2021(14):56-57.

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