談互聯網新技術在水利工程中的應用

趙 琳，夏晨光，任澤儉

（1.山東省水利勘測設計院，山東 濟南250014；2.山東潤魯工程咨詢有限公司，山東 濟南250109）

互聯網技術日益成為促進全球變化的重要因素，互聯網信息通過移動網絡傳輸受3G/4G網絡技術的限制，出現了速率低、普遍存在延遲的問題，而5G是第五代移動通信網絡，是4G傳輸速度的近百倍，響應時間更快，并得到了快速地發展，國內各大運營商已經拿到5G牌照，5G具備高速率和低延遲的特性，正是新的移動互聯網解決方案。

水利行業是關系國計民生的基礎行業，各級水利部門著力補短板、強監管，各項工作得到推動和發展，但水旱災害防御、水資源配置、河湖生態環境監測、涉水事務監管等方面形勢依然嚴峻，并且是“十四五”時期水利改革發展的主要目標。為實現這個目標，應當充分利用5G與互聯網技術優勢，全面提升水安全風險防控能力、優化水資源配置格局。結合水利行業的需求，對互聯網應用進行創新提升，構建適合水利工程特點的信息采集、VR展示、5G安全互聯非常有必要，因此，有必要對5G與互聯網技術應用于水利行業進行研究與探索。

1 應用水利場所

1.1 大中型水利工程

山東省大中型水庫、泵站、水閘基本實現了自動化控制，而且很多站點可以實現現地自動化控制及遠程監控。現地采集的信息通過PLC進行轉存和處理，在現地通過對應按鈕進行自動化操作，也可以在管理處/管理所上位機進行自動化控制和數據顯示、分析；上級監控部門可以通過光纖網絡或移動網絡進行監管，但跨地市的遠程控制較少使用，主要是兩個原因：1）遠程操控直觀性、可靠性差，大中型閘泵站需運行人員現場操作，并配置監護人，以備操作錯誤或緊急情況發生；2）通信傳輸不能保障，除大中型調水工程可以在工程沿線敷設專用光纜或租用專用線路，很多大中型水利工程不具備在覆蓋完整管理范圍的光纜傳輸通道，而采用GPRS/4G或無線網絡在穩定性、可靠性方面存在問題

若引入VR技術，運行人員或監護人可通過VR實景信息觀察現地設備運行情況，并結合APP顯示的操作流程與設備信息進行遠程控制；如果結合5G技術，提高移動通信的保障率和傳輸速度，可以為遠程通信及控制提供更好的解決方案，有效的節省運行管理人員的操作時間和工作量，并且能夠保障更高的可靠性。

1.2 水文站點監測

在山東水文站網的建設過程中，水文站監測能力不斷提高，但考慮近年來突發臺風及暴雨天氣較多、涉及面更廣，水文站網的覆蓋范圍仍然需要增加，監測設施及監測水平急需進一步提高。水文站網監測水平的提高，除了受水文監測專用設備發展的制約，大數據技術應用范圍小、移動網絡傳輸不夠可靠、視頻監控業務單一、建設費用過高、維護人員不足等也是制約水文監測發展的重要因素。

水文行業相對獨立，存在大量需要人工參與或完成的監測方式，并且與環保、氣象、黃河等部門的信息缺乏有效互連，與環保、氣象、自然資源等相關企業掌握的信息缺少對接，天氣、雨量、含沙量、水質等相關數據需要通過新建監測設備才能獲取，若與以上部門或企業信息對接，充分利用物聯網，通過更穩定可靠的5G網絡接入更專業的設備采集信息，則可獲取更全面的數據、減少重復建設、節省水利建設成本。

水文行業對重要河湖水位、流速的監測方式信息化程度越來越高，很多監測站點在現地采用RTU對水位、流速數據進行采集，通過GPRS進行無線傳輸，雖然技術相對很成熟，但存在RTU穩定性容易出問題、監測信息通過4G傳輸可靠性不夠高、采用有線網絡方式建設周期長、網絡租賃費用高、水文系統缺乏相應的專業設備維護人員和網絡維護人員等問題。可以增強RTU本地分析的功能及對通信協議的控制能力，再通過5G網絡進行傳輸，可以保障信息采集與傳輸的穩定性、及時性；鐵塔部門在國內業務范圍廣、資源豐富，在5G推廣的過程中會布設覆蓋面更廣的鐵塔、立桿及高點監控設備，并且具備專業的視頻監控設備、網絡傳輸設備、移動網絡及有線網絡維護人員，如果能利用鐵塔資源，可以有效為水文行業補短板。

1.3 國家水資源監控

山東省實施了國家水資源監控能力建設項目，現在二期項目已經開始運行，但在實際監測過程中仍存在一些問題，如監控點數量大、種類多、分布廣，監測數據通過GPRS進行無線傳輸延遲、丟失的現象時有發生；而且現地設備如果出現問題，不好進行遠程判斷，運維起來比較麻煩，派駐人力去現場處理設備問題成本很高；在數據統計、分析、預警等方面也存在短板。隨著5G的應用發展，GPRS會逐漸退出歷史舞臺，加快支持5G的RTU的更新換代是大勢所趨。設備故障原因查詢和維護可采用VR/AI技術，通過5G傳輸技術，遠程對現場情況進行檢查、判斷；也可以利用5G技術的快速、低延遲的優勢，控制測控一體閥，并傳輸閥門狀態與流量數據，而且還可以結合實時圖像監控進行分析和監控。

1.4 河湖長制工作

河湖監管難度大，單靠人工巡查、定期采樣等監測方式成本高、效率低，新建站點建設周期長、成本高、維護分散，5G建設正大力開展，水利部門可以通過政府協調或企業合作的方式，加強基礎行業數據開放和共享的頂層設計，將5G基站、5G設備機房等基礎設施納入國土、環保、水利等基礎信息平臺，與國土、環保、水利等基礎設施資源構建“一張圖”。利用5G站點、機房、高點監控，接入覆蓋范圍極廣的河湖監控視頻，并利用攝像機本身具備的入侵檢測、跨越圍欄、快速移動等偵測功能，并結合AI智能識別，自動識別河湖范圍內的相關違法行為，如亂占、濫建等行為；在軟件端對其進行再篩選、再識別和報警預警。在距離村莊很遠的偏僻區域，可自行建設或與鐵塔部門進行結構模式探討建設新監控站點，利用5G制式進行傳輸，保障傳輸的安全性與穩定性。河湖和廣大農村污水排放不規范，污染面積廣，通過5G技術，加強對污水土壤的分析，可視化管理，可以積極有效的促進水資源管理與水安全控制。

2 結語

5G及多種互聯網新技術在水利工程中的應用場景很多，值得研究和推廣。建立新型防汛監督機制、構建一體化的水利全面感知網、加強多行業的互聯互通等都可以借助5G來解決，進而能夠開發出適用范圍更廣的應用設備及軟件，為我國新基建、新水利提供更好的解決方案。