信息化背景下5G通信技術(shù)對智慧水利建設(shè)的作用分析

李英華，原立格(鄭州工商學(xué)院信息工程學(xué)院)

信息技術(shù)、通信技術(shù)等技術(shù)更迭帶來的產(chǎn)業(yè)變革正席卷全球，新技術(shù)成為智慧水利建設(shè)與發(fā)展的重要推動(dòng)力，也正成為實(shí)踐我國“水利高質(zhì)量發(fā)展”目標(biāo)的重要推動(dòng)力。想要深入借由5G通信技術(shù)變革帶動(dòng)我國水利工程從“水利建設(shè)信息化”向“智慧水利建設(shè)”方向突破，其重要前提是要針對當(dāng)下的智慧水利發(fā)展現(xiàn)狀及目標(biāo)做出清晰的判斷，明確所面臨的形勢，通過完善的技術(shù)分析與應(yīng)用方案，將之與傳統(tǒng)水利發(fā)展深度融合，促進(jìn)智慧水利真正實(shí)現(xiàn)“智慧”。

由吳海燕主編的《5G+智慧水利》(機(jī)械工業(yè)出版社,2021年3月出版)一書以當(dāng)下水利發(fā)展目標(biāo)為背景，詳細(xì)闡述了信息技術(shù)變革對水利建設(shè)的推動(dòng)作用，對大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等進(jìn)行了系統(tǒng)的說明，并結(jié)合真實(shí)案例對智慧水利建設(shè)工作進(jìn)行全面的剖析。全書內(nèi)容豐富，知識(shí)點(diǎn)密集且系統(tǒng)化，可以激發(fā)水利工程從業(yè)者對智慧水利建設(shè)發(fā)展的思考，并以真實(shí)而詳細(xì)的案例為實(shí)踐工作提供指導(dǎo)。通讀全書，其具有以下3個(gè)特色：

一、以發(fā)展目標(biāo)為背景，多層次解讀智慧水利科學(xué)內(nèi)涵

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，我國水利建設(shè)已經(jīng)初步完成了“信息化”建設(shè)，即按照水利建設(shè)“補(bǔ)短板、強(qiáng)監(jiān)管”的基調(diào)以及“安全、實(shí)用”的發(fā)展目標(biāo)，全面完成了水利網(wǎng)絡(luò)信息化體制標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了水利建設(shè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的“數(shù)據(jù)化、信息化”。一方面，水利信息基礎(chǔ)設(shè)施改造工作的有效實(shí)施促使了水利信息資源的深入整合，對水利信息資源的深度開發(fā)利用促使水利業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化發(fā)展的業(yè)務(wù)探索，促進(jìn)水利工程建設(shè)與水利行業(yè)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同發(fā)展，支撐水利行業(yè)各項(xiàng)工作的有序進(jìn)行；另一方面，“信息化”基礎(chǔ)的達(dá)成，為智慧化發(fā)展提供了必要基礎(chǔ)，智慧水利發(fā)展的重要前提就是完善的基礎(chǔ)信息化建設(shè)，敦實(shí)基礎(chǔ)才是新技術(shù)融合水利發(fā)展目標(biāo)應(yīng)用的重中之重。

該書從多個(gè)層面闡述了智慧水利的重要科學(xué)內(nèi)涵，幫助讀者把智慧水利行業(yè)發(fā)展與社會(huì)發(fā)展緊密聯(lián)系起來，擴(kuò)大理論視野，形成對智慧水利發(fā)展的全面認(rèn)識(shí)。在國家信息化戰(zhàn)略發(fā)展層面，構(gòu)建智慧水利體系、提升水情測報(bào)與智能調(diào)度能力這一發(fā)展目標(biāo)被列入國家頂層戰(zhàn)略規(guī)劃設(shè)計(jì)之中，是加快推進(jìn)我國數(shù)字化發(fā)展的重要內(nèi)容，也是建設(shè)數(shù)字中國的重要內(nèi)容。在水利高質(zhì)量發(fā)展層面，基于現(xiàn)代化水利工程治水需求、結(jié)合現(xiàn)階段生態(tài)環(huán)境改變與治理現(xiàn)狀，其發(fā)展目標(biāo)可以解析為：以數(shù)字化來賦能水利監(jiān)測工作，進(jìn)一步提升對水資源的集約利用，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，并進(jìn)一步推動(dòng)生態(tài)環(huán)境資源的保護(hù)性利用工作，在滿足當(dāng)下需求的前提下實(shí)現(xiàn)對環(huán)境資源的可持續(xù)應(yīng)用。在信息化技術(shù)發(fā)展層面，5G通信技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)就是推動(dòng)全球產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，重塑全球社會(huì)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局。新的技術(shù)最終會(huì)融入各行各業(yè)中，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)改革升級(jí)，引發(fā)全社會(huì)各領(lǐng)域向智能化、數(shù)據(jù)化方向加速躍升，發(fā)揮前瞻信息技術(shù)對社會(huì)的驅(qū)動(dòng)引領(lǐng)作用。在此背景下，智能水利發(fā)展要向智能決策、智能管理、智能監(jiān)測的發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

二、以技術(shù)為核心，強(qiáng)調(diào)科技對智慧水利的推動(dòng)作用

該書對現(xiàn)階段應(yīng)用在智慧水利的5G通信技術(shù)作了詳細(xì)介紹，以清晰的理論結(jié)構(gòu)、詳略得當(dāng)?shù)谋硎龇绞健銓?shí)的文字向讀者傳達(dá)了技術(shù)對于智慧水利的推動(dòng)作用。重點(diǎn)介紹了數(shù)字孿生技術(shù)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)以及人工智能，采用擬態(tài)手法，以智慧源泉來比喻“人工智能技術(shù)”，以眼睛來比喻“感知技術(shù)(數(shù)字孿生)”，以大腦來比喻“大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)”。

智慧水利實(shí)現(xiàn)智慧的源泉是要建設(shè)具有“深度學(xué)習(xí)”、不斷進(jìn)步的智慧水利管控體系，主要介紹了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)以及深度學(xué)習(xí)3個(gè)方面的理論知識(shí)，并結(jié)合智慧水利建設(shè)工作實(shí)際情況指出了其應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用進(jìn)展，并對其未來發(fā)展做出展望。

數(shù)學(xué)孿生可以被看作一個(gè)超越現(xiàn)實(shí)的虛擬數(shù)字映射系統(tǒng)，它通過構(gòu)建物理模型，運(yùn)用數(shù)字傳感器，運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)與信息，以仿真過程來完成對現(xiàn)實(shí)的虛擬映射。該書將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的特征概括為周期性、虛擬性、數(shù)字性，結(jié)合智慧水利建設(shè)工作需求，介紹了該技術(shù)應(yīng)用方向與應(yīng)用優(yōu)勢：孿生體可以實(shí)現(xiàn)智慧水利多元信息與數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)同步，精確反映各項(xiàng)數(shù)據(jù)在理想狀態(tài)的變化，為實(shí)體提供風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、未知問題等參考。數(shù)字孿生技術(shù)還能為水利工程建設(shè)提供優(yōu)化決策的作用，通過對孿生體的全方位觀測，能夠?qū)?shí)體的運(yùn)行規(guī)律、趨勢進(jìn)行多層次、多維度的分析，以實(shí)現(xiàn)仿真對真實(shí)世界的決策優(yōu)化支撐。

該書對大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)的理論體系構(gòu)建進(jìn)行了較為全面的闡述，從云計(jì)算的概念、體系架構(gòu)、云服務(wù)、邊緣計(jì)算4個(gè)方向深入淺出地介紹了云計(jì)算理論。大數(shù)據(jù)云計(jì)算服務(wù)在智慧水利建設(shè)過程中應(yīng)用十分廣泛。在上一輪水利建設(shè)信息化發(fā)展過程中，對傳統(tǒng)水利資源的數(shù)據(jù)化、信息化處理，是構(gòu)建智慧水利的重要基礎(chǔ)。云計(jì)算數(shù)據(jù)服務(wù)可以稱之為智慧水利的“大腦神經(jīng)”，通過構(gòu)建云計(jì)算數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)對各項(xiàng)水利信息的高效快速處理，實(shí)現(xiàn)對信息資源的有序整合、預(yù)測。采用總-分結(jié)構(gòu)，對每一種前瞻技術(shù)進(jìn)行了介紹與論述，向讀者強(qiáng)調(diào)了科技對于智慧水利發(fā)展的重要推動(dòng)作用。

三、以真實(shí)案例為載體，探索智慧水利建設(shè)科學(xué)路徑

以甘肅省智慧水利大腦建設(shè)項(xiàng)目為案例，深入剖析了5G信息技術(shù)與智慧水利工程在實(shí)踐工程應(yīng)用中的融合途徑，總結(jié)出5G通信技術(shù)對智慧水利建設(shè)的作用。

a.對智慧水利建設(shè)的“數(shù)據(jù)計(jì)算”支撐作用。智慧水利建設(shè)過程中最為關(guān)鍵的工作內(nèi)容就是實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)地區(qū)的天、空、地一體化數(shù)據(jù)的采集，包括遙感測繪(發(fā)達(dá)地區(qū)也有應(yīng)用北斗網(wǎng)格位置碼)、視頻集中控制等。基礎(chǔ)水利資源的數(shù)據(jù)化與信息化，是實(shí)現(xiàn)智慧水利的基礎(chǔ)。天、空、地一體化又被稱為智慧水利的“感知系統(tǒng)”，作為智慧水利的“觸角”，它擔(dān)負(fù)著對物理世界的水利資源數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)、客觀、動(dòng)態(tài)采集。5G通信技術(shù)作為一種“神經(jīng)系統(tǒng)”，它的作用是讓這些基礎(chǔ)水利資源信息更加精確、細(xì)致，增加數(shù)據(jù)本身的信息含量，從而增加其被計(jì)算、被分析的方向和內(nèi)容，豐富基礎(chǔ)信息以支撐龐大的計(jì)算和預(yù)測。

b.對構(gòu)建智能水利業(yè)務(wù)應(yīng)用體系的功能連接作用。智慧水利需要實(shí)現(xiàn)水利工作的全面覆蓋，包括3個(gè)主要的建設(shè)內(nèi)容，即水資源管理與調(diào)配、流域防洪和水利業(yè)務(wù)應(yīng)用。水資源管理與調(diào)配工作實(shí)踐路徑中，利用5G通信技術(shù)能夠進(jìn)一步推進(jìn)水資源管理的數(shù)字化、精細(xì)化與場景化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)水資源調(diào)配場景的精確管理，增強(qiáng)對水生態(tài)資源的應(yīng)用效率。流域防洪實(shí)踐路徑中，5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)化傳輸與管理，通過構(gòu)建數(shù)字孿生平臺(tái)，完善流域防洪預(yù)警功能模塊，生成防御預(yù)警預(yù)備方案和決策，以供讀者參考。新一代通信技術(shù)的應(yīng)用將水利建設(shè)管理工作與建設(shè)工作引入到同一個(gè)維度中，打破了兩項(xiàng)工作之間的時(shí)空壁壘，讓水利業(yè)務(wù)應(yīng)用可以形成多面一體的應(yīng)用模型，切實(shí)達(dá)成水利業(yè)務(wù)智能化發(fā)展。

c.對智慧水利智能應(yīng)用的拓展作用。智慧水利智能應(yīng)用的主要內(nèi)容包括：智慧河流湖泊管理、水體檢測管理、防洪防沙預(yù)警管理、山洪災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)報(bào)等。智慧水利的應(yīng)用并不應(yīng)該局限于水利應(yīng)用，其所涵蓋的各項(xiàng)管理數(shù)據(jù)可以通過新一代信息技術(shù)被拓展應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域中。例如通過區(qū)塊鏈技術(shù)與智慧水利的融合應(yīng)用，構(gòu)建多個(gè)獨(dú)立功能區(qū)塊鏈，通過搭建其數(shù)據(jù)化應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的多元化應(yīng)用。例如水資源均衡調(diào)度區(qū)塊鏈的建設(shè)，其區(qū)塊鏈所包含的數(shù)據(jù)與信息，既可以被廣泛應(yīng)用在水資源的日常管理活動(dòng)中，也可以為區(qū)域內(nèi)水需求形式、經(jīng)濟(jì)政策的農(nóng)業(yè)應(yīng)用方案或者是工業(yè)應(yīng)用方案等各項(xiàng)決策提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)一步提升智慧水利的經(jīng)濟(jì)性與社會(huì)性目標(biāo)效益，進(jìn)一步發(fā)揮智慧水利建設(shè)的社會(huì)性宏觀調(diào)控作用。

《5G+智慧水利》一書以甘肅省智慧水利大腦建設(shè)項(xiàng)目為具體落腳點(diǎn)，讓讀者進(jìn)一步了解了智慧水利相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)與核心觀點(diǎn)，將知識(shí)要點(diǎn)串聯(lián)起來，并形成對實(shí)踐路徑的思考與探索。面臨智慧水利建設(shè)的時(shí)代任務(wù)，水利行業(yè)從業(yè)者應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)與思考，通過創(chuàng)新應(yīng)用實(shí)踐，推動(dòng)智慧水利建設(shè)。