谈互联网新技术在水利工程中的应用

赵 琳，夏晨光，任泽俭

（1.山东省水利勘测设计院，山东 济南250014；2.山东润鲁工程咨询有限公司，山东 济南250109）

互联网技术日益成为促进全球变化的重要因素，互联网信息通过移动网络传输受3G/4G网络技术的限制，出现了速率低、普遍存在延迟的问题，而5G是第五代移动通信网络，是4G传输速度的近百倍，响应时间更快，并得到了快速地发展，国内各大运营商已经拿到5G牌照，5G具备高速率和低延迟的特性，正是新的移动互联网解决方案。

水利行业是关系国计民生的基础行业，各级水利部门着力补短板、强监管，各项工作得到推动和发展，但水旱灾害防御、水资源配置、河湖生态环境监测、涉水事务监管等方面形势依然严峻，并且是“十四五”时期水利改革发展的主要目标。为实现这个目标，应当充分利用5G与互联网技术优势，全面提升水安全风险防控能力、优化水资源配置格局。结合水利行业的需求，对互联网应用进行创新提升，构建适合水利工程特点的信息采集、VR展示、5G安全互联非常有必要，因此，有必要对5G与互联网技术应用于水利行业进行研究与探索。

1 应用水利场所

1.1 大中型水利工程

山东省大中型水库、泵站、水闸基本实现了自动化控制，而且很多站点可以实现现地自动化控制及远程监控。现地采集的信息通过PLC进行转存和处理，在现地通过对应按钮进行自动化操作，也可以在管理处/管理所上位机进行自动化控制和数据显示、分析；上级监控部门可以通过光纤网络或移动网络进行监管，但跨地市的远程控制较少使用，主要是两个原因：1）远程操控直观性、可靠性差，大中型闸泵站需运行人员现场操作，并配置监护人，以备操作错误或紧急情况发生；2）通信传输不能保障，除大中型调水工程可以在工程沿线敷设专用光缆或租用专用线路，很多大中型水利工程不具备在覆盖完整管理范围的光缆传输通道，而采用GPRS/4G或无线网络在稳定性、可靠性方面存在问题

若引入VR技术，运行人员或监护人可通过VR实景信息观察现地设备运行情况，并结合APP显示的操作流程与设备信息进行远程控制；如果结合5G技术，提高移动通信的保障率和传输速度，可以为远程通信及控制提供更好的解决方案，有效的节省运行管理人员的操作时间和工作量，并且能够保障更高的可靠性。

1.2 水文站点监测

在山东水文站网的建设过程中，水文站监测能力不断提高，但考虑近年来突发台风及暴雨天气较多、涉及面更广，水文站网的覆盖范围仍然需要增加，监测设施及监测水平急需进一步提高。水文站网监测水平的提高，除了受水文监测专用设备发展的制约，大数据技术应用范围小、移动网络传输不够可靠、视频监控业务单一、建设费用过高、维护人员不足等也是制约水文监测发展的重要因素。

水文行业相对独立，存在大量需要人工参与或完成的监测方式，并且与环保、气象、黄河等部门的信息缺乏有效互连，与环保、气象、自然资源等相关企业掌握的信息缺少对接，天气、雨量、含沙量、水质等相关数据需要通过新建监测设备才能获取，若与以上部门或企业信息对接，充分利用物联网，通过更稳定可靠的5G网络接入更专业的设备采集信息，则可获取更全面的数据、减少重复建设、节省水利建设成本。

水文行业对重要河湖水位、流速的监测方式信息化程度越来越高，很多监测站点在现地采用RTU对水位、流速数据进行采集，通过GPRS进行无线传输，虽然技术相对很成熟，但存在RTU稳定性容易出问题、监测信息通过4G传输可靠性不够高、采用有线网络方式建设周期长、网络租赁费用高、水文系统缺乏相应的专业设备维护人员和网络维护人员等问题。可以增强RTU本地分析的功能及对通信协议的控制能力，再通过5G网络进行传输，可以保障信息采集与传输的稳定性、及时性；铁塔部门在国内业务范围广、资源丰富，在5G推广的过程中会布设覆盖面更广的铁塔、立杆及高点监控设备，并且具备专业的视频监控设备、网络传输设备、移动网络及有线网络维护人员，如果能利用铁塔资源，可以有效为水文行业补短板。

1.3 国家水资源监控

山东省实施了国家水资源监控能力建设项目，现在二期项目已经开始运行，但在实际监测过程中仍存在一些问题，如监控点数量大、种类多、分布广，监测数据通过GPRS进行无线传输延迟、丢失的现象时有发生；而且现地设备如果出现问题，不好进行远程判断，运维起来比较麻烦，派驻人力去现场处理设备问题成本很高；在数据统计、分析、预警等方面也存在短板。随着5G的应用发展，GPRS会逐渐退出历史舞台，加快支持5G的RTU的更新换代是大势所趋。设备故障原因查询和维护可采用VR/AI技术，通过5G传输技术，远程对现场情况进行检查、判断；也可以利用5G技术的快速、低延迟的优势，控制测控一体阀，并传输阀门状态与流量数据，而且还可以结合实时图像监控进行分析和监控。

1.4 河湖长制工作

河湖监管难度大，单靠人工巡查、定期采样等监测方式成本高、效率低，新建站点建设周期长、成本高、维护分散，5G建设正大力开展，水利部门可以通过政府协调或企业合作的方式，加强基础行业数据开放和共享的顶层设计，将5G基站、5G设备机房等基础设施纳入国土、环保、水利等基础信息平台，与国土、环保、水利等基础设施资源构建“一张图”。利用5G站点、机房、高点监控，接入覆盖范围极广的河湖监控视频，并利用摄像机本身具备的入侵检测、跨越围栏、快速移动等侦测功能，并结合AI智能识别，自动识别河湖范围内的相关违法行为，如乱占、滥建等行为；在软件端对其进行再筛选、再识别和报警预警。在距离村庄很远的偏僻区域，可自行建设或与铁塔部门进行结构模式探讨建设新监控站点，利用5G制式进行传输，保障传输的安全性与稳定性。河湖和广大农村污水排放不规范，污染面积广，通过5G技术，加强对污水土壤的分析，可视化管理，可以积极有效的促进水资源管理与水安全控制。

2 结语

5G及多种互联网新技术在水利工程中的应用场景很多，值得研究和推广。建立新型防汛监督机制、构建一体化的水利全面感知网、加强多行业的互联互通等都可以借助5G来解决，进而能够开发出适用范围更广的应用设备及软件，为我国新基建、新水利提供更好的解决方案。