新時期“智慧水利”項目建設研究

張瑜 豫北水利勘測設計院有限公司

目前，以物聯網、云計算、人工智能為代表的新一代IT技術已成為經濟社會發展轉型的關鍵手段。通過新技術與水利業務的深度融合，建立覆蓋水文水資源等領域的透徹感知網絡，可實現對水利設施的智能感知，為決策調度指揮提供科學依據。充分發揮已建水利工程設施效能，實現防洪減災、水資源、水環境的智能化管理。

1.“智慧水利”概述

水利是農業的命脈，也是經濟發展的基石，而水利水電工程的建設質量直接關系到老百姓的安全感、獲得感和幸福感。“十四五”時期水利保障國家水安全的重點舉措之一，就是推進智慧水利建設。按照“需求指引、應用至上、數字賦能、提升能力”的要求，以數字化、網絡化、智能化為主線，以數字化場景、智慧化模擬、精準化決策為實施路徑，全面加強算據、算法、算力建設，構建具有預報、預警、預演的智慧水利體系。因此，必須深度融合新技術和管理工作，加強對各新興技術的認知，以確保建成的智慧水利項目能夠高效、安全、經濟地運行，并助理新階段水利高質量發展，為全面建設社會主義現代化國家提供有力的水安全保障。此外，在對智慧水利項目的全過程中，通過建立高速互聯的通信網絡，并通過網絡對外接口實現與上級單位和其它單位的連接及相關數據通信。實現信息采集處理自動化，信息傳輸全面快速、預警預報及時可靠，調度指揮科學智能；實現工程管理的各項業務和水利政務辦公網絡化、無紙化，以此支撐智慧水利項目向全面科學決策和全面提升效率效能方向快速發展，更好地發揮防洪、供水、保護水環境安全等綜合利用服務。

2.“智慧水利”項目建設標準

“智慧水利”項目的建設需要遵循水利、信息產業等行業的相關政策、法律、法規、相關專業標準、規程、規范和規定；信息化建設與管理的有關行業標準、技術規范、信息自動化系統工程設計的相關標準、規范等；水文自動測報、水工建筑物設計、監測監控以及水環境監測、通信、計算機網絡系統的相關專業標準、規程、規范和規定；已批準的軟件工程國家相關專業標準、規程、規范；水利工程設計、施工和管理的相關專業標準、規程、規范和規定；國家有關部委、司的相關文件；此外，還應滿足IEEE802.3網絡技術標準，IEC870-5-103，以及GB、SD、DL、JIEC、IEEE、IEC、ISO、ANSI、DIN等相關的國際最新標準；該項目設計有關合同及業主的有關要求等。智慧水利項目的設計人員只有在遵循相關法律法規的基礎上，才能確保項目的順利開展，構建安全的項目網絡體系。

3.“智慧水利”項目建設策略

3.1 信息共享

信息共享是指通過信息交換來實現的一種技術，在這個過程中，需要對信息進行有效的處理和利用，從而達到信息的使用價值。例如建立決策分析平臺可提升用戶的信息化水平，打破業務信息壁壘實現信息共享，幫助用戶分析其業務特性，提供輔助決策支持，從而提升數據自身的業務價值和管理決策水平，增強業務洞察力與競爭力。應避免出現對數據庫文檔不重視的現象，導致數據庫只能在有限范圍、有限時段內由少數人員熟悉使用。在共享環境中，這些數據庫內的信息內容很難理解，客觀上形成了難以逾越的數字鴻溝。導致水利信息化建設的各項工作無法順利開展。因此，系統建設中應定期對建設管理人員進行培訓，包括建設技術和建設管理。技術包括調度管理系統的原理、結構、組成等；建設管理包括項目管理、基建財務、檔案管理等，提高建設管理人員的知識結構、業務水平和處理建設中發生各種問題的能力，為系統的順利建設、達到預期目標提供保障。

3.2 系統架構

目前，國內水利水電工程信息化設計的系統架構有分布式架構和集中式架構。分布式架構一般采用性價比更高的 PC 服務器、分布式數據庫和大量 PC 內存閃存，程序同時運行在眾多 PC 服務器上；分布式系統需要達到集中式系統同等或更高的可維護性與高一致性，需要通過先進的分布式中間件與大規模運維平臺來支持。集中式架構下，包括操作系統，中間件，數據庫等“基礎軟件”均為閉源商用系統，系統在可維護性、一致性方面有優勢。分布式架構在經濟性、安全自主、靈活性、可伸縮性等方面有明顯優勢，日趨完整的智慧水利體系將面臨著越來越多的待處理業務量和數據量，而分布式架構的優勢也將更加顯著。通過將這種技術沉淀到了智慧水利云計算平臺上，支撐各部門更好地運用分布式架構和云計算的能力，共同用新技術的力量推進智慧水利體系的構建。

3.3 網絡安全建設

大部分水利工程均通過各種工業控制系統進行自動化控制或遠程監測，而隨著全社會數字化轉型浪潮的到來，5G、物聯網、邊緣計算、云計算等新興 ICT 技術（信息與通信技術）被廣泛應用于水利工程控制系統中，水利工程控制系統則升級為智慧水利物聯網系統，極大提高了水利工程的生產效率、設備故障預測率、系統智能化水平等，但也帶來了極大的信息安全風險，既有新的設備漏洞引入的脆弱性問題，也有外部攻擊帶來的網絡安全威脅。根據物聯網自身的技術特點，建立覆蓋從端到云的主動防御網絡安全監測體系，落實“終端監視、邊緣監測、網絡監控、云端分析”的網絡安全監測總體策略，通過全覆蓋的數據采集和多手段的安全數據分析技術，實現針對智慧水利物聯網安全威脅的全過程管理，并提供快速的應急響應決策建議，幫助智慧水利物聯網應對日益嚴重的內外部安全威脅，加快數字化轉型進程。但是，建立起監測體系后，還需要對監測分析技術進行持續的優化，對安全數據進行持續的訓練和學習，不斷提高分析的準確率，降低安全事件告警的誤報率。

3.4 網絡數據模型

數據模型的建立主要是對數據的采集和處理，在進行智慧水利項目設計的時候，要對數據的收集和整理，在這個過程中，需要將數據的存儲以及傳輸的方式方法等方面的資料，都要實時地錄入到計算機網絡當中，并且還要將這些信息的格式、類型等內容全部的錄入到計算機的數據庫之中，從而實現對于項目的數據管理。

我國幅員遼闊，各地智慧水利的數據模型不盡相同，如對水資源配置工程方法進行研究：研究水量的區域分配、水資源利用效率、以及水資源開發利用對該地區國民經濟發展的作用；根據項目所在水系的水資源在線監測和管理數據，建立水資源優化配置數據模型，并進行應用研究。針對不同地域的智慧水利項目采取經濟、安全、高效的數據模型。其次，還需要對數據模型進行內存的計算與分析，通過合理分配內存，減少資源的浪費并降低成本。此外，為確保智慧水利項目網絡的運行效率，應重點關注的內存的分布情況。通過合理開發相關的軟件，重點加強軟硬件的配置工作，從而確保智慧水利項目經濟、高效、安全地運轉，并促進我國實現數字水利向智慧水利的轉型。

圖1 水文信息化系統架構圖

4.結語

強化新技術與業務深度融合，充分開發和利用水利信息資源，加強分析研判、模型仿真、預測預警、指揮調度、應急處置等環節的聯動、協同和智能應用，為決策指揮調度提供科學依據，充分發揮已建水利工程設施效能，實現防洪減災、水資源、水環境的智能化管理。通過深度融合新技術和管理工作，加強對多專業技術的認知程度，從而確保建成的智慧水利項目的正常運行，并推動新階段水利高質量發展，為全面建設社會主義現代化國家提供有力的水安全保障。