“十四五”新阶段水利信息化建设研究
时间：2023-02-15 12:10:10 来源：千叶帆 本文已影响人
□李士华
随着水利现代化的不断发展，信息化建设的重要性在逐渐提升。“十四五”规划之后，中国进入了新的发展阶段，水利信息化建设也随之进入了新的阶段，在此阶段要实现从水利信息化向水利信息智能化的转变。在此背景下，要想推进水利信息化的建设，就离不开大数据、人工智能和数字孪生等新一代信息通信技术的运用。文章首先对水利信息化的相关概念进行了介绍，然后对大数据、人工智能和数字孪生等新一代信息通信技术在水利中的运用进行了分析，最后指出新阶段水利信息化建设中面临的困难，并提出针对性的解决对策，以期为水利信息化建设贡献力量。
（一）水利信息化的含义
水利信息化是在创新水利基础设施的基础上，与现代化信息技术相融合，通过对传感设备、物联网设备和数据分析设备的安装，同时融合GIS（地理信息系统）、BIM（建筑信息系统）、大数据和云计算等信息技术，以便对水利相关的各个环节进行实时把控（包括数据的收集、处理、分析、储存和共享，决策的制定及趋势的预测等）所建立起来的水利信息体系。目前，水利信息化在中国可被用于水质监测、水资源调度及防汛抗旱等方面。
（二）水利信息化建设的意义
1.保证水资源调度合理
水利信息化建设能够更加规范、合理地对水资源进行调度。传统的水利工程在调度水资源时，通常要耗费大量的财力、人力和物力。与传统水利工程不同，现代化水利在进行水利调度时，主要是通过信息技术来实现，例如：通过卫星定位先确定位置，然后利用遥感技术进行信息收集，最后结合数据仿真技术模拟出一个最优方案，使水资源进行合理的配置。在大幅度地提升了调度效率的同时，也节省了人力、物力。
2.水利工程管理的精细化
水利信息化建设能够提升水利工程管理的精细化程度。通过运用信息技术，可以精细地了解水利工程的各项参数，例如：水位情况、月度季度降水量情况、水资源的监控或者地下水等情况，从而实现精细化管理，极大地提高管理效率。
“十四五”规划之后，中国进入新的发展阶段，水利发展也随之进入了新的阶段，对水利信息化建设也有了更高的要求。水利部将水利智能化建设作为“十四五”规划的重点建设内容之一，国家水网工程将水利信息智能化作为重要任务进行推进，要求充分地运用物联网、云计算、大数据、人工智能、数字孪生和移动互联网等技术，推动信息技术与水利的深度融合。
（一）物联网技术
水利行业与物联网技术进行融合之后，所产生的应用叫作“水联网”，在水利中运用物联网技术，可使得水利数字化的程度得到提升，进而使水利信息化建设水平也得到提升。“水联网”是层状结构，从外到里详细地分为云计算层、网络传输层、边缘计算层和传感终端层四层，详情如表1所示。
表1 水利物联网的结构
（二）人工智能技术
在现阶段，人工智能技术逐渐地被运用到水利行业中。人工智能技术的运用，大幅度地提高了水利信息化建设水平，使水利信息化建设更具智能化。人工智能技术最早在水利行业中被用于防洪调度，主要是对洪水情况进行实时分析从而及时地对决策进行调整、优化，以及智能预报洪水情况。通过不断的发展，人工智能技术也渐渐地被用于水利行业的其他方面，比如利用智能机器人对水下大坝进行深度探测、水利器械故障智能诊断及智能预测水污染的趋势等。
（三）大数据技术
传统的水利管理数据很难做到系统性、全面性，多是无序、孤立的存在。而大数据信息技术的全样本描述、关联分析以及规律分析则可以很好地弥补这些方面的不足。水利工作与大数据结合之后，可以对不同来源、多个类型的水利数据进行综合处理与科学分类，可以更高效地对信息进行处理分析。水利大数据重点分为数据采集、数据存储、数据计算、数据分析、数据可视5个模块，通过处理分析后可以用于水资源调度、水利工程精细化管理、水环境治理、水灾害防护以及水生态保护5大方面，如表2所示。
表2 水利大数据模块分类及应用场景
（四）云计算技术
云计算是一种基于互联网的新型计算与服务范式，采用云计算技术，可以为技术密集和问题复杂的水利行业提供一种全新的思路和方法。当前中国水利行业也开展了对云计算的研究和应用，并且取得了一些成果，如基于云计算的防汛抗旱信息集成平台、基于云计算的水利工程视频监控系统等，但云计算数据规范、云计算安全等方面还有待进一步的提高。
（五）移动互联网技术
目前，水利行业开始普及移动互联网技术，这是一种通过智能移动终端将移动通信和互联网相结合，可直接与网站、智能手机、APP建立双向通信的技术终端。以便提高水利行业的信息获取能力，及时给用户发送雨情、旱情、洪涝等信息，并且能自主进行水情查询，缩短信息传递的时间，提高信息的可靠性。移动互联网终端功能如表3所示。
表3 移动互联网终端功能
（六）数字孪生技术
水利的数字孪生是充分利用精细化的物理水利模型、智能传感器数据、水利历史数据等，集成涉水的多学科、多要素、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成对智慧水利系统的映射。水利数字孪生详细模块与应用如表4所示。
表4 水利数字孪生的模块与应用
（一）对水利信息化的认知不足
水利信息化建设稳步推进，但还存在认知不足的问题，工作人员将水利信息化简单地理解为增加了数字计算和打印机等设备，因此水利部门还应该逐步增强部分人员对水利信息化的理解，而且很多地区的水利信息化建设还停留在基础阶段，即使建设时间早，但没有形成有效的系统，也就谈不上对水利工程进行深度的挖掘。所以，在实际工作中，水利信息化带来的便利还难以体现。
（二）缺乏水利信息化人才
中国水利信息化的储备人才少，水利从业者不仅要具备水利专业化知识，还要根据现代信息技术的发展充分发挥信息才能。只有提高水利人才的信息化和专业化水平，培养复合型人才，才能展现出水利信息化的优势所在。
（三）信息采集手段较为落后
中国水利信息化基础设施已经无法匹配当今的发展需求，导致水利信息化建设工作面临着很大的阻力。一些地区的水利信息化基础设施已经严重落后，尤其是在信息采集方面，虽然现在都依靠设备系统完成自动化采集工作，但对于一些采集自动化不高的地区而言，在数据采集时还依靠人工填报的方式，全程自动化还无法实现。这样就导致采集数据与决策的设备不同，先由一套设备进行数据采集，待采集完毕之后再由人工录入另一套决策设备，在有人工干预的情况下，难免会出现一些差错，如错填、漏填数据等，在最后防汛决策的制定时，就会出现水位数据异常的情况，从而产生错误的判断，给决策带来一定的影响。
（四）数据共享体系不完善
水利建设与经济效益是不直接挂钩的，这就决定了它没有那么高的公众关注度，所以之前的水利数据仅限内部使用。但是随着水文信息量的急剧扩大，仍然按照传统的方法自行处理，就会导致获取的水文信息与实际的水文信息出现偏差。这样就会产生很多不必要的重复工作，增加信息采集的成本，同时政府的重复投入这种反常举动也会受到公众的质疑，使得政府的公信力逐渐降低。除此之外，在对水文数据的分析过程当中，未能对数据进行深度分析，影响了决策的质量。无法满足政府“用数据说话、用数据管理、用数据决策”的要求。
（一）加强水利工作者对信息化建设的认识
为顺利开展水利信息化建设工作，首先要做的就是加强水利工作者对信息化建设的认识，这是开展水利信息化建设工作的前提。其次，要明确各水利部门的信息化建设目标，并根据各水利部门的实际情况确定，以达到对全局建设统一规划的目的。最后，可以通过培训、考试或者进修等手段，全方位地对每位水利工作者普及信息化建设工作，拓展水利工作者的知识面，以便让他们对信息化建设有更深刻的认识，从而保证水利信息化建设工作能够科学有序地开展。
（二）培养复合型人才
运用通信技术和计算机技术进行数据采集，是水利信息化建设工作中最明显的特征。由此可见，水利信息化建设工作具有很强的专业性，不仅需要工作人员有水利方面的知识，而且需要工作人员熟练地掌握信息技术。为保证水利信息化建设工作的顺利进行，需要大量复合型人才。在培养人才时，要兼顾信息化技术与水利知识，重点培养其全面性。既要保证信息化技术的熟练，也要保证水利知识的融会贯通。
（三）加强信息采集与共享
水文信息资料对于水利信息化建设工作而言相当珍贵，要想提升水利工程的运作质量，水文信息的采集、利用则是重中之重。当对采集到的水文信息数据进行系统化的分析时，工作人员可以直观地了解详细情况并准确地制定出合理的应对策略，所以说加强信息采集技术是非常有必要的。另外，对于处理后的水文数据、信息应当及时地存储在平台中，做到及时共享。这样一方面可以使各水利部门的沟通成本降低，另一方面也可以加快水利信息化建设的进程。
（四）打造水利大数据中心
传统数据信息管理方式比较落后，难以将数据第一时间传递到相关人的手中，都是以文本的形式进行传递，综合率低且过于分散。而水利大数据建设水利分析，数据挖掘，数据开放于一体的数据中心，增强了水利数据处理、管理和服务水平，提高了数据的利用率，推动了新信息技术的应用，发展跨部门、跨行业、深度融合的数据整合共享模式，实现各行各业数据与水利行业共享交换，实现协同管理。
加强水利信息化建设，不仅是时代发展的要求，更是水利事业发展的必然趋势。近年来，云计算、物联网、大数据和人工智能等热门信息技术不断涌现和蓬勃发展。加快新一代信息技术与水利业务的深度融合，是实现水利现代化的强力保障。随着中国水利信息化建设工作的不断深入发展，必将迎来中国水利事业的腾飞。
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