智慧水利内涵及其核心技术分析

梁 浩

（湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司，湖南 长沙 410000）

基于水利行业发展要求，新一代通信技术逐渐成熟，水利规划、建设与管理工作智慧化成为水利发展趋势。近年来，我国出台了不少文件、指导意见，明确了水利现代化发展中智慧水利的重要性，为此必须加强相关内涵与技术研究。

1 我国水利发展阶段

自1949年以来，我国水利建设规模持续扩大，并逐渐发展成为水利大国。根据不同时期特点、治水思路，可将我国水利发展分为以下几个阶段。

1.1 1949—1999年——“工程水利”阶段

此阶段以水利工程建设为主，相关研究方向与成果也以服务水利建设为主。这一时期的水利工作特征与中华人民共和国成立初期大规模建设和改革开放时期经济建设的战略部署相关。尤其是1998年遭遇历史罕见的流域性大洪水后，中央大幅增加了水利投入，水利工程建设规模进一步加大。

1.2 2000—2012年——“资源水利”阶段

此阶段治水思想发生转变，水利发展开始意识到工程建设对流域环境、气候的影响，并开始强调水资源保护，通过合理优化水资源开发战略，实现人与自然的和谐共处。

1.3 2013—2020年——“生态水利”阶段

2013年前我国已经提出“生态文明”号召，水是生态之基，在水利建设中生态文明建设工作全面展开，将节水、水资源保护、河湖健康保障以及水文化建设等作为重点工作。生态水利主要研究方向如图1所示。

图1 生态水利主要研究方向

1.4 2021—2050年（预计）——“智慧水利”阶段

“智慧水利”并非是一个全新的概念，近些年已有研究，如智能水利、水联网等均是关联概念。智慧水利的发展，一方面受“补短板、强监管”水利改革发展总基调的推动，通过智慧水利系统的构建可有效强化水利行业的监管；另一方面基于我国物联网、互联网、计算机与人工智能等技术的不断发展，水利信息化发展速度持续加快，并在各项先进技术的支持下开始朝着智慧化的方向发展。基于此，智慧水利将是未来一段时间我国水利事业发展的重要方向。

2 智慧水利的内涵与特征

2.1 智慧水利的内涵

智慧水利是智慧地球思想在水利行业的应用，主要是利用物联网、云计算、大数据等技术实现水利工程从规划至运行管理全过程的智慧化发展，有效提高水利开发利用效率，增强灾害防御能力，实现国家水安全及人水和谐发展。

智慧水利涉及多个学科，包括水文学、水动力学、气象学、信息学、水资源管理以及行为学科等，主要关键词可归纳为自动化、交互性、智能化。智慧水利内涵主要包括以下几点：

（1）新信息通信技术的应用，包括物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能技术等。

（2）多部门多源信息监测与融合。主要部门与监测信息如表1所示。

表1 主要部门与监测信息

（3）系统集成及应用，可提供信息监测分析、情景预测预报、科学调度决策与控制运用功能，信息、知识、能力提升分别为智慧水利的基础、核心与目的。

2.2 智慧水利的特征

基于智慧水利的发展，可将其主要特征归纳如下：

（1）实时感知：利用传感器、智能设备编织“水利传感网”，实现水文、水情的全面实时测量与监控。

（2）全面整合：利用通信、计算机网络全面连接水利系统，实现系统内基础设施整合与共享。

（3）创新应用：利用技术创新为政府、企业、个人提供便捷业务应用，促进水利信息化发展。

（4）统一协作：打造统一的水利综合信息管理平台，实现系统协同运作。

3 智慧水利总体框架与核心技术分析

3.1 智慧水利总体框架

智慧水利系统构建需以国家电子技术总体框架为基础，利用物联网、云计算等技术实现与水利业务的融合，构建一套完善的水利信息管理平台，系统总体框架如图2所示。

图2 智慧水利系统总体框架图

3.2 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）4G技术。4G技术是第四代移动通信技术，支持高速数据传输。通过4G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4G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。

（3）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。

（4）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。

4 结束语

综上所述，智慧水利是我国水利事业现代化发展的重要方向，也是未来的重点。在智慧水利系统建设时，信息系统是重要支撑，需落实物联网、计算机等技术的运用，完善网络系统建设、落实信息系统基础设施建设，提高水利数据采集、分析与处理能力，切实为智慧水利的发展保驾护航。