新时期“智慧水利”项目建设研究

张瑜 豫北水利勘测设计院有限公司

目前，以物联网、云计算、人工智能为代表的新一代IT技术已成为经济社会发展转型的关键手段。通过新技术与水利业务的深度融合，建立覆盖水文水资源等领域的透彻感知网络，可实现对水利设施的智能感知，为决策调度指挥提供科学依据。充分发挥已建水利工程设施效能，实现防洪减灾、水资源、水环境的智能化管理。

1.“智慧水利”概述

水利是农业的命脉，也是经济发展的基石，而水利水电工程的建设质量直接关系到老百姓的安全感、获得感和幸福感。“十四五”时期水利保障国家水安全的重点举措之一，就是推进智慧水利建设。按照“需求指引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为实施路径，全面加强算据、算法、算力建设，构建具有预报、预警、预演的智慧水利体系。因此，必须深度融合新技术和管理工作，加强对各新兴技术的认知，以确保建成的智慧水利项目能够高效、安全、经济地运行，并助理新阶段水利高质量发展，为全面建设社会主义现代化国家提供有力的水安全保障。此外，在对智慧水利项目的全过程中，通过建立高速互联的通信网络，并通过网络对外接口实现与上级单位和其它单位的连接及相关数据通信。实现信息采集处理自动化，信息传输全面快速、预警预报及时可靠，调度指挥科学智能；实现工程管理的各项业务和水利政务办公网络化、无纸化，以此支撑智慧水利项目向全面科学决策和全面提升效率效能方向快速发展，更好地发挥防洪、供水、保护水环境安全等综合利用服务。

2.“智慧水利”项目建设标准

“智慧水利”项目的建设需要遵循水利、信息产业等行业的相关政策、法律、法规、相关专业标准、规程、规范和规定；信息化建设与管理的有关行业标准、技术规范、信息自动化系统工程设计的相关标准、规范等；水文自动测报、水工建筑物设计、监测监控以及水环境监测、通信、计算机网络系统的相关专业标准、规程、规范和规定；已批准的软件工程国家相关专业标准、规程、规范；水利工程设计、施工和管理的相关专业标准、规程、规范和规定；国家有关部委、司的相关文件；此外，还应满足IEEE802.3网络技术标准，IEC870-5-103，以及GB、SD、DL、JIEC、IEEE、IEC、ISO、ANSI、DIN等相关的国际最新标准；该项目设计有关合同及业主的有关要求等。智慧水利项目的设计人员只有在遵循相关法律法规的基础上，才能确保项目的顺利开展，构建安全的项目网络体系。

3.“智慧水利”项目建设策略

3.1 信息共享

信息共享是指通过信息交换来实现的一种技术，在这个过程中，需要对信息进行有效的处理和利用，从而达到信息的使用价值。例如建立决策分析平台可提升用户的信息化水平，打破业务信息壁垒实现信息共享，帮助用户分析其业务特性，提供辅助决策支持，从而提升数据自身的业务价值和管理决策水平，增强业务洞察力与竞争力。应避免出现对数据库文档不重视的现象，导致数据库只能在有限范围、有限时段内由少数人员熟悉使用。在共享环境中，这些数据库内的信息内容很难理解，客观上形成了难以逾越的数字鸿沟。导致水利信息化建设的各项工作无法顺利开展。因此，系统建设中应定期对建设管理人员进行培训，包括建设技术和建设管理。技术包括调度管理系统的原理、结构、组成等；建设管理包括项目管理、基建财务、档案管理等，提高建设管理人员的知识结构、业务水平和处理建设中发生各种问题的能力，为系统的顺利建设、达到预期目标提供保障。

3.2 系统架构

目前，国内水利水电工程信息化设计的系统架构有分布式架构和集中式架构。分布式架构一般采用性价比更高的 PC 服务器、分布式数据库和大量 PC 内存闪存，程序同时运行在众多 PC 服务器上；分布式系统需要达到集中式系统同等或更高的可维护性与高一致性，需要通过先进的分布式中间件与大规模运维平台来支持。集中式架构下，包括操作系统，中间件，数据库等“基础软件”均为闭源商用系统，系统在可维护性、一致性方面有优势。分布式架构在经济性、安全自主、灵活性、可伸缩性等方面有明显优势，日趋完整的智慧水利体系将面临着越来越多的待处理业务量和数据量，而分布式架构的优势也将更加显著。通过将这种技术沉淀到了智慧水利云计算平台上，支撑各部门更好地运用分布式架构和云计算的能力，共同用新技术的力量推进智慧水利体系的构建。

3.3 网络安全建设

大部分水利工程均通过各种工业控制系统进行自动化控制或远程监测，而随着全社会数字化转型浪潮的到来，5G、物联网、边缘计算、云计算等新兴 ICT 技术（信息与通信技术）被广泛应用于水利工程控制系统中，水利工程控制系统则升级为智慧水利物联网系统，极大提高了水利工程的生产效率、设备故障预测率、系统智能化水平等，但也带来了极大的信息安全风险，既有新的设备漏洞引入的脆弱性问题，也有外部攻击带来的网络安全威胁。根据物联网自身的技术特点，建立覆盖从端到云的主动防御网络安全监测体系，落实“终端监视、边缘监测、网络监控、云端分析”的网络安全监测总体策略，通过全覆盖的数据采集和多手段的安全数据分析技术，实现针对智慧水利物联网安全威胁的全过程管理，并提供快速的应急响应决策建议，帮助智慧水利物联网应对日益严重的内外部安全威胁，加快数字化转型进程。但是，建立起监测体系后，还需要对监测分析技术进行持续的优化，对安全数据进行持续的训练和学习，不断提高分析的准确率，降低安全事件告警的误报率。

3.4 网络数据模型

数据模型的建立主要是对数据的采集和处理，在进行智慧水利项目设计的时候，要对数据的收集和整理，在这个过程中，需要将数据的存储以及传输的方式方法等方面的资料，都要实时地录入到计算机网络当中，并且还要将这些信息的格式、类型等内容全部的录入到计算机的数据库之中，从而实现对于项目的数据管理。

我国幅员辽阔，各地智慧水利的数据模型不尽相同，如对水资源配置工程方法进行研究：研究水量的区域分配、水资源利用效率、以及水资源开发利用对该地区国民经济发展的作用；根据项目所在水系的水资源在线监测和管理数据，建立水资源优化配置数据模型，并进行应用研究。针对不同地域的智慧水利项目采取经济、安全、高效的数据模型。其次，还需要对数据模型进行内存的计算与分析，通过合理分配内存，减少资源的浪费并降低成本。此外，为确保智慧水利项目网络的运行效率，应重点关注的内存的分布情况。通过合理开发相关的软件，重点加强软硬件的配置工作，从而确保智慧水利项目经济、高效、安全地运转，并促进我国实现数字水利向智慧水利的转型。

图1 水文信息化系统架构图

4.结语

强化新技术与业务深度融合，充分开发和利用水利信息资源，加强分析研判、模型仿真、预测预警、指挥调度、应急处置等环节的联动、协同和智能应用，为决策指挥调度提供科学依据，充分发挥已建水利工程设施效能，实现防洪减灾、水资源、水环境的智能化管理。通过深度融合新技术和管理工作，加强对多专业技术的认知程度，从而确保建成的智慧水利项目的正常运行，并推动新阶段水利高质量发展，为全面建设社会主义现代化国家提供有力的水安全保障。