浅谈现代智慧水利系统技术应用与实践

曹海峰

（榆林市水利信息与水文勘测中心,陕西 榆林 719000）

为实现我国水资源的科学调配和利用,提高水资源的利用效率以及满足发电、农业灌溉、生产生活等多方面的需求,我国持续加强了水利工程建设与运维管理。水利工程是一项综合性且复杂性的工程项目,工程建设施工与运维管理也会受到多方面因素的影响,进而对工程质量安全、运行效率和功能作用发挥等产生影响。智慧水利建设要求促进现代化信息技术在水利工程设计与建设施工、运维管理等各环节中的科学应用,构建更完善的技术系统,能更好协助规划建设与运维管理工作的实施。

1 现代智慧水利系统建设的作用意义

在信息化时代背景下,各行业和领域都在积极加强信息化建设,推进水利信息化发展需要加强智慧水利系统设计建设与应用,以提高水利信息化管理、精细化管理水平,并将其落实到防控减灾、水资源分配利用、水务管理等多个服务体系中,更好满足实际需要。例如：（1）促进传感技术、现代通信技术、物联网技术、云平台技术等先进技术的广泛应用,协助数据信息采集、整理、处理和共享利用等工作实施,并持续加强数据库建设、信息管理系统和平台建设、整体系统工程建设等,在其支撑下提高水利综合管理水平和运维管理效率,为水资源科学调配、开发利用和生产生活提供服务。（2）在智慧水利系统技术的支撑下,协助水利水文实时监测、预警预报、综合调度和精细化管理等一系列工作的开展和实施,通过对水文信息、水利工程运行与管理信息（如河道和水库的水量信息、排污口的水质信息、大坝等主要结构的运行情况、管道和相关设备的运行参数和状态）等的实时化感知和监测、智能化分析处理和快速传递共享,对水资源灾害发生情况、产生的危害和影响程度等进行模拟和分析,对水质污染情况进行分析,提前制定解决和改进措施,以协助防汛抗旱、应急指挥决策和工作部署安排、水利工程维修保养等工作的高效化开展。

2 现代智慧水利系统技术分析

2.1 物联网传感技术

在水利系统工程中通过科学设置安装传感器设备,以便于后期物联网的接入,更好汇入系统平台,在系统支撑下实现有关数据信息的快速采集、整合、分析处理和共享利用,进而协助水利工程精细化管理工作的高效化实施。该技术应用的重点在于结合工程项目的具体情况和周围的环境条件等,找准数据精度和传感器装置相互间的平衡点,以保证后期运行中传感器装置能够更快速、精准的实现相关数据信息的收集和处理分析。在这些先进技术和设备的支撑下,更好保障智慧水利系统的安全稳定运行和良好作用发挥,实现有关数据信息的不间断采集、实时化采集和全面采集分析,一定程度上扩大监测与管控的范围[1]。水联网结构模型见图1。

图1 水联网结构模型

2.2 GIS技术、BIM技术和VR体验

通过GIS技术和BIM技术的有效结合,并与VR体验系统合理应用,以实施高效、精细化监督管控,能够实现各种信息数据的综合收集和更直观的展示,也能够将水利工程项目立项、设计、生产、施工、管理和运营等各环节的相关数据信息很好的连接起来。在这一过程中实现水利工程的多维管理、协同和集中管理、模拟管理和可视化管理,确保有关人员对水利工程建设与运营管理情况有更准确的把握和了解。BIM信息化模型能够更好协助工程建设与管理工作的实施,对水利工程项目的进展情况进行科学的模拟分析、对关键性操作步骤进行更详细的拆解和分析,过程中只需要输入各相关施工工序及专业参数,就可以自动生成施工的进度横道图、计划表等,更方便开展水利工程项目的工期进度管理和质量安全管控,这一过程还可以进行碰撞检查,及时发现设计中的不足和问题,对水利工程系统和工程项目建设方案进行不断的改进和优化。合理利用BIM模型和VR技术、三维动态技术等先进技术,对水利工程建设项目施工现场情况进行科学的模拟分析,即使有关人员对施工流程、技术要点和操作等有更准确的把握,也可以协助水利工程造型和空间分析、成本和造价分析等工作的开展,为工程项目的规范化施工和精细化管理提供科学有效支撑[2]。

2.3 遥感协同技术

智慧水利系统与无人机遥感技术的融合应用,能够更好协助自动化监测和实时化监测管理工作的开展和实施,对区域内的水文地质情况和水利工程项目的运行数据进行有效采集和科学分析,结合重点数据信息,综合考虑和分析勘察区域范围内的实际情况,在此基础上对区域内的水资源进行合理开发和利用、实施科学有效的环境保护等。对于遥感技术获取的数据信息快速传输到智慧水利系统当中,利用计算机技术对这些数据信息进行更深入的分析和处理,找出重叠数学、重点数据,为水利工程规划建设与运维管理有关工作的实施提供参考依据[3]。在该技术的支撑下,还能够对重点管理区域内的水资源情况进行更细致的分析,为后续水资源开发和保护工作的开展提供参考。

2.4 云计算技术

智慧水利系统需要对大量数据信息进行科学有效的整合、处理和传输利用[4],云计算技术的科学应用能够更好协助这方面工作的实施,减轻相关人员数据处理的压力,提高数据处理和利用的效率。在该技术的支撑下,从大量数据信息中挖掘出更有价值的数据信息,并自动化对这些数据信息进行处理和分析,为科学决策和管理工作开展提供参考依据。

3 现代智慧水利系统的设计和实践应用

3.1 系统总框架

智慧水利系统主要包括感知层、支撑层和应用层三个层级[5],具体如下：（1）感知层。主要用于感知和采集各种数据信息,包括水雨情、视频、遥感、管理、工情、水质等等多方面的数据信息,并形成一个完整的数据信息库,并借助专网或公网实现这些数据信息的有效传递。（2）支撑层。该层级主要由数据分析各个组件、GIS平台、BIM平台等相关模块组成,在其支撑下实现相关数据信息的有效整合和高效化处理分析。（3）应用层。该层级直接面向广大信息数据的使用者,为企业提供更完整和优质的信息服务,方便相关人员更快速的获取和利用有关数据信息,从而为水利工程项目的日常管理、应急指挥管理、水质监测和污染治理、防洪排水等工作的实施提供科学支撑。

3.2 建设和运维管理层面

主要用于满足水利工程项目建设管理工作的开展和实施,在系统设计的时候,主要包括整体统筹、智能化监测和管理、高效协调、多维评价的相关模块,在其支撑下实现水利工程投资决策的科学分析、方案的优化设计,以及协助工程项目质量、进度、安全管理与评价工作的开展和实施。例如：（1）整体统筹功能模块。在信息化系统和数字化技术、BIM信息化模型的支撑下,广泛收集和分析工程项目相关的资料信息,并加强建设方、施工方、设计与监理等的良好协调和统筹工作,对水利工程项目投资方案和施工建设方案进行科学的比对和分析,从中选出最合理的工程方案。（2）智能监管功能模块。在智能监管系统和相关技术的支撑下,实现水利工程项目投资建设过程资源、技术、人员、投资、采购、进度、质量、成本和安全等的实时化、全过程的监督与管控,以促进整个工程项目的顺利施工和规范施工,使水利工程项目投资建设拥有良好的质量效果。BIM技术和传感器技术等先进技术,能够为智能监管和工程项目协调管控提供科学有效支撑。（3）运维管理模块。在大数据的支撑下,信息化和智能化技术的结合应用,能够对水利工程项目的运行情况和参数信息进行及时分析、实时监测和科学预警,实现更精细化的管理,及时发现和处理各种问题。

4 结语

现代水利工程建设与管理与工作的开展,需要促进现代信息化技术、智能化技术和通信技术等先进技术的科学应用,持续加强智慧水利系统建设,以更好协助全方位、多维度和精细化管理工作的开展,并为水利工程项目的投资规划与建设、水资源利用、水资源保护和防洪防灾等工作的开展提供科学支撑。