智慧水利系统平台研究与应用

智慧水利系统平台研究与应用

程明

长江委陆水试验枢纽管理局  湖北赤壁 437300

摘要：目前，以物联网、云计算、人工智能为代表的新一代IT技术已成为经济社会发展转型的关键手段。通过新技术与水利业务的深度融合，建立覆盖水文水资源等领域的透彻感知网络，可实现对水利设施的智能感知，为决策调度指挥提供科学依据。充分发挥已建水利工程设施效能，实现防洪减灾、水资源、水环境的智能化管理。

关键词：智慧水利；系统平台研究；应用

引言

随着全球气候变化，人与自然之间和谐共生成为当今社会高度关注的话题。水作为生命之源、生产之要、生态之基，在国家安全和国民经济中的重要战略地位日益突出。发展中国家水资源严重短缺不仅限制了社会经济发展，更直接影响人们的生活质量。水环境、水生态破坏，以及洪水、干旱等自然灾害问题，也时刻威胁着人民的生命财产安全。在全球水资源形势日益严峻的背景下，加大水资源保护力度，出台相关政策法规，推动水利行业转型升级已成为必然趋势。

1“智慧水利”概述

水利是农业的命脉，也是经济发展的基石，而水利水电工程的建设质量直接关系到老百姓的安全感、获得感和幸福感。“十四五”时期水利保障国家水安全的重点举措之一，就是推进智慧水利建设。按照“需求指引、应用至上、数字赋能、提升能力”的要求，以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为实施路径，全面加强算据、算法、算力建设，构建具有预报、预警、预案、预演的智慧水利体系。因此，必须深度融合新技术和管理工作，加强对各新兴技术的认知，以确保建成的智慧水利项目能够高效、安全、经济地运行，并助理新阶段水利高质量发展，为全面建设社会主义现代化国家提供有力的水安全保障。此外，在对智慧水利项目的全过程中，通过建立高速互联的通信网络，并通过网络对外接口实现与上级单位和其它单位的连接及相关数据通信。实现信息采集处理自动化，信息传输全面快速、预警预报及时可靠，调度指挥科学智能；实现工程管理的各项业务和水利政务办公网络化、无纸化，以此支撑智慧水利项目向全面科学决策和全面提升效率效能方向快速发展，更好地发挥防洪、供水、保护水环境安全等综合利用服务。

2建设目标

充分运用云计算、大数据、物联网、移动互联、人工智能等新一代信息技术，强化信息技术与业务深度融合，加强监测体系建设，基本实现重要中小型水库、重要城市、重要跨界断面的透彻感知、全面互联和信息共享;整合形成水利大数据资源，实现大数据时空融合处理，建成一个支持水利业务间的数据与服务共享的水利大数据共享平台;建立水库运管一体化应用系统，实现重要中小型水库水量、水位、流量、水质等全要素的实时在线监测，强化水利工程安全运管，支撑精准化决策;建立中心城市水资源配置与调度系统，打造中心城市水利数字基底，通过智慧化模拟进行水资源管理与调配预演，保障中心城市核心区水资源科学调配。

3平台设计

3.1总体架构

智慧水利综合管理平台总体架构由物联网监控层主要包括闸门远程自动化控制模块、水情监测模块、墒情监测模块和泵站监测模块等,实现对水利信息采集、监测和传输。计算资源层主要包括虚拟服务器资源池、中心工控机、大数据分布式处理中心和GIS云中心等,对数据进行统一化、规范化处理,加速海量数据的分析和业务优化过程。业务应用层主要包括中心应用软件平台、工程运行管理模块和移动终端平台等,以不同形式实现平台的具体应用。平台的整体运行流程是各监控、监测系统通过光纤专网/RTU/北斗通讯等网络传输模式将数据传递到信息中心的计算资源层,然后计算资源层对数据进行高效处理并做出决策,最后部署的中心应用平台软件用于实现各类应用。

3.2应用层

本研究把智慧水利应用层划分为以下5个方面：1）水安全。主要针对一些水利突发自然或人为灾害，采用现代化信息技术有效实现实时监测、快速预警和高效治理，解决的问题包括洪水、干旱、工程安全及由水利灾害引发的其他地质灾害等。2）水资源。水资源是指能够被人利用的水源，主要应用包括对水的开发利用、优化调度、供排水、节水、农作物灌溉等。3）水生态。水生态是指水对生物的影响及生物对各种水分条件的适应，研究对象主要包括水土保持及水生动植物等，水域内的鱼类、藻类分布、微生物、外来水生物种等可以通过智能化技术手段进行检测和控制。4）水环境。水环境是构成环境的基本要素之一，是指水形成、分布、转化所处的空间环境，水环境的研究工作主要包括水质监测、水污染治理、泥沙治理、水周边环境治理等。5）水行政。水行政指国家依法对水和水事关系所进行的行政管理，包括河湖长制、水权分配、监督管理、行政执法等工作。

3.3支撑层

智能AI中枢作为支撑平台，围绕AI服务开发的端到端一站式开发和部署平台，通过搭建包括AI训练支撑平台、模型算法服务、遥感影像服务、知识图谱等智能服务，实现通过大规模分布式模型训练、全生命周期管理和AI应用可视化敏捷开发能力，并可以快速针对水利行业进行一些场景定制，实现预测预报、工程调度、辅助决策等分析与挖掘的计算能力，为水利业务应用赋能，支撑水利大数据业务，促进应用智慧化。构建基于一张图的基础数据联动与更新体系，满足各类空间服务更新及支撑业务应用的需求；通过利用算法模型、知识图谱等能力扩展一张图服务。

3.4数据层

针对各类多源数据来源分散、存储方式不同等情况，制定统一的数据标准，实现对数据的多角度整合、分析、调用、共享。

3.5感知层

为避免信息采集源建设重复，监测站点布设不合理，设备监控运维手段单一低效，智能感知上线率低等问题，需对感知体系进行统筹规划，统一管理。最终构建一张覆盖全面、统一接入、智能分析智能感知网。在现有有线（光纤/电缆）、2G/3G/4G/5G、卫星通信网络的基础上，有线、无线、窄带物联、卫星等各种通信方式相互协同。

3.6网络层

智慧水利网络层主要功能是依据各类通信协议为感知数据的上传提供链路分配策略。物联网通信协议为智慧水利的通信模式提供了参考，尤其是一些低功耗、远距离、灵活组网的通信协议，非常适用于环境复杂、覆盖面广、网络部署相对困难的水利应用领域。水利网络的类型一般包括水利业务专网、有线网络（双绞线、同轴电缆、光纤等）、无线广域网（LoRa，NB-IoT等）、无线局域网（ZigBee，Wi-Fi等）、无线个域网（6LoWPAN等）、卫星移动通信网等。

结束语

建设智慧水利管理系统平台是水利信息化的重要一步，同时也是提高工程管理能力的重要技术手段。系统平台紧紧围绕水利有关工程，实现区域的防洪调度、预警预报、闸泵站远程控制等。

参考文献

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