信息化背景下5G通信技术对智慧水利建设的作用分析

李英华，原立格(郑州工商学院信息工程学院)

信息技术、通信技术等技术更迭带来的产业变革正席卷全球，新技术成为智慧水利建设与发展的重要推动力，也正成为实践我国“水利高质量发展”目标的重要推动力。想要深入借由5G通信技术变革带动我国水利工程从“水利建设信息化”向“智慧水利建设”方向突破，其重要前提是要针对当下的智慧水利发展现状及目标做出清晰的判断，明确所面临的形势，通过完善的技术分析与应用方案，将之与传统水利发展深度融合，促进智慧水利真正实现“智慧”。

由吴海燕主编的《5G+智慧水利》(机械工业出版社,2021年3月出版)一书以当下水利发展目标为背景，详细阐述了信息技术变革对水利建设的推动作用，对大数据技术、人工智能技术、物联网技术等进行了系统的说明，并结合真实案例对智慧水利建设工作进行全面的剖析。全书内容丰富，知识点密集且系统化，可以激发水利工程从业者对智慧水利建设发展的思考，并以真实而详细的案例为实践工作提供指导。通读全书，其具有以下3个特色：

一、以发展目标为背景，多层次解读智慧水利科学内涵

随着信息技术的快速发展，我国水利建设已经初步完成了“信息化”建设，即按照水利建设“补短板、强监管”的基调以及“安全、实用”的发展目标，全面完成了水利网络信息化体制标准建设，实现了水利建设基础网络的“数据化、信息化”。一方面，水利信息基础设施改造工作的有效实施促使了水利信息资源的深入整合，对水利信息资源的深度开发利用促使水利业务实现了数字化发展的业务探索，促进水利工程建设与水利行业发展网络化协同发展，支撑水利行业各项工作的有序进行；另一方面，“信息化”基础的达成，为智慧化发展提供了必要基础，智慧水利发展的重要前提就是完善的基础信息化建设，敦实基础才是新技术融合水利发展目标应用的重中之重。

该书从多个层面阐述了智慧水利的重要科学内涵，帮助读者把智慧水利行业发展与社会发展紧密联系起来，扩大理论视野，形成对智慧水利发展的全面认识。在国家信息化战略发展层面，构建智慧水利体系、提升水情测报与智能调度能力这一发展目标被列入国家顶层战略规划设计之中，是加快推进我国数字化发展的重要内容，也是建设数字中国的重要内容。在水利高质量发展层面，基于现代化水利工程治水需求、结合现阶段生态环境改变与治理现状，其发展目标可以解析为：以数字化来赋能水利监测工作，进一步提升对水资源的集约利用，实现水资源优化配置，并进一步推动生态环境资源的保护性利用工作，在满足当下需求的前提下实现对环境资源的可持续应用。在信息化技术发展层面，5G通信技术发展的重要目标就是推动全球产业的数字化转型，重塑全球社会发展与经济发展格局。新的技术最终会融入各行各业中，推动产业改革升级，引发全社会各领域向智能化、数据化方向加速跃升，发挥前瞻信息技术对社会的驱动引领作用。在此背景下，智能水利发展要向智能决策、智能管理、智能监测的发展目标进行优化。

二、以技术为核心，强调科技对智慧水利的推动作用

该书对现阶段应用在智慧水利的5G通信技术作了详细介绍，以清晰的理论结构、详略得当的表述方式、朴实的文字向读者传达了技术对于智慧水利的推动作用。重点介绍了数字孪生技术、大数据与云计算技术以及人工智能，采用拟态手法，以智慧源泉来比喻“人工智能技术”，以眼睛来比喻“感知技术(数字孪生)”，以大脑来比喻“大数据与云计算技术”。

智慧水利实现智慧的源泉是要建设具有“深度学习”、不断进步的智慧水利管控体系，主要介绍了人工智能、机器学习以及深度学习3个方面的理论知识，并结合智慧水利建设工作实际情况指出了其应用领域和应用进展，并对其未来发展做出展望。

数学孪生可以被看作一个超越现实的虚拟数字映射系统，它通过构建物理模型，运用数字传感器，运行历史数据与信息，以仿真过程来完成对现实的虚拟映射。该书将数字孪生技术应用的特征概括为周期性、虚拟性、数字性，结合智慧水利建设工作需求，介绍了该技术应用方向与应用优势：孪生体可以实现智慧水利多元信息与数据的实时同步，精确反映各项数据在理想状态的变化，为实体提供风险预警、未知问题等参考。数字孪生技术还能为水利工程建设提供优化决策的作用，通过对孪生体的全方位观测，能够对实体的运行规律、趋势进行多层次、多维度的分析，以实现仿真对真实世界的决策优化支撑。

该书对大数据与云计算技术的理论体系构建进行了较为全面的阐述，从云计算的概念、体系架构、云服务、边缘计算4个方向深入浅出地介绍了云计算理论。大数据云计算服务在智慧水利建设过程中应用十分广泛。在上一轮水利建设信息化发展过程中，对传统水利资源的数据化、信息化处理，是构建智慧水利的重要基础。云计算数据服务可以称之为智慧水利的“大脑神经”，通过构建云计算数据模型，实现对各项水利信息的高效快速处理，实现对信息资源的有序整合、预测。采用总-分结构，对每一种前瞻技术进行了介绍与论述，向读者强调了科技对于智慧水利发展的重要推动作用。

三、以真实案例为载体，探索智慧水利建设科学路径

以甘肃省智慧水利大脑建设项目为案例，深入剖析了5G信息技术与智慧水利工程在实践工程应用中的融合途径，总结出5G通信技术对智慧水利建设的作用。

a.对智慧水利建设的“数据计算”支撑作用。智慧水利建设过程中最为关键的工作内容就是实现对目标地区的天、空、地一体化数据的采集，包括遥感测绘(发达地区也有应用北斗网格位置码)、视频集中控制等。基础水利资源的数据化与信息化，是实现智慧水利的基础。天、空、地一体化又被称为智慧水利的“感知系统”，作为智慧水利的“触角”，它担负着对物理世界的水利资源数据信息的实时、客观、动态采集。5G通信技术作为一种“神经系统”，它的作用是让这些基础水利资源信息更加精确、细致，增加数据本身的信息含量，从而增加其被计算、被分析的方向和内容，丰富基础信息以支撑庞大的计算和预测。

b.对构建智能水利业务应用体系的功能连接作用。智慧水利需要实现水利工作的全面覆盖，包括3个主要的建设内容，即水资源管理与调配、流域防洪和水利业务应用。水资源管理与调配工作实践路径中，利用5G通信技术能够进一步推进水资源管理的数字化、精细化与场景化应用，实现水资源调配场景的精确管理，增强对水生态资源的应用效率。流域防洪实践路径中，5G通信技术实现了对各项数据的实时动态化传输与管理，通过构建数字孪生平台，完善流域防洪预警功能模块，生成防御预警预备方案和决策，以供读者参考。新一代通信技术的应用将水利建设管理工作与建设工作引入到同一个维度中，打破了两项工作之间的时空壁垒，让水利业务应用可以形成多面一体的应用模型，切实达成水利业务智能化发展。

c.对智慧水利智能应用的拓展作用。智慧水利智能应用的主要内容包括：智慧河流湖泊管理、水体检测管理、防洪防沙预警管理、山洪灾害监测与预报等。智慧水利的应用并不应该局限于水利应用，其所涵盖的各项管理数据可以通过新一代信息技术被拓展应用到社会生产与经济发展的各个领域中。例如通过区块链技术与智慧水利的融合应用，构建多个独立功能区块链，通过搭建其数据化应用场景，实现对数据的多元化应用。例如水资源均衡调度区块链的建设，其区块链所包含的数据与信息，既可以被广泛应用在水资源的日常管理活动中，也可以为区域内水需求形式、经济政策的农业应用方案或者是工业应用方案等各项决策提供数据支撑，进一步提升智慧水利的经济性与社会性目标效益，进一步发挥智慧水利建设的社会性宏观调控作用。

《5G+智慧水利》一书以甘肃省智慧水利大脑建设项目为具体落脚点，让读者进一步了解了智慧水利相关的基础理论知识与核心观点，将知识要点串联起来，并形成对实践路径的思考与探索。面临智慧水利建设的时代任务，水利行业从业者应继续加强对前沿技术的学习与思考，通过创新应用实践，推动智慧水利建设。