姜明梁,鄧 忠
(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部節(jié)水灌溉工程重點實驗室,河南 新鄉(xiāng) 453002)
灌區(qū)信息化是灌區(qū)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要標志,是保障我國糧食安全和促進農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)性支撐。由于部分灌區(qū)設(shè)施設(shè)備老化失修嚴重、灌排效率低下,我國于1998年開始了大型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造實施工作,經(jīng)過近20 a的發(fā)展,灌區(qū)工程設(shè)施及運行狀況得到極大改善,灌區(qū)效益逐步提高。灌區(qū)信息化是提升灌區(qū)管理服務(wù)水平和降低運行成本的有效手段,可以說沒有灌區(qū)的信息化就沒有灌區(qū)的現(xiàn)代化。隨著信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展以及各行各業(yè)對管理手段信息化的要求,我國于2002年啟動了大型灌區(qū)信息化建設(shè)試點。根據(jù)《全國大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造實施方案(2016-2020年)》,截至2015年,共有59處灌區(qū)開展了信息化建設(shè)試點,91處灌區(qū)不同程度參與了有關(guān)信息化管理內(nèi)容的建設(shè)。通過信息化建設(shè),灌區(qū)的工程設(shè)施安全運行得到保障,灌區(qū)綜合管理水平、水資源優(yōu)化配置能力及利用效率有了進一步提升[1,2]。
有關(guān)我國灌區(qū)信息化建設(shè)的發(fā)展研究,多位學者進行了技術(shù)實踐并提出了各自觀點。陳金水[3,4]認為灌區(qū)信息化建設(shè)是一個發(fā)展的過程,他在總結(jié)和分析灌區(qū)信息化建設(shè)經(jīng)驗和問題的基礎(chǔ)上,提出了灌區(qū)現(xiàn)代化的頂層設(shè)計思路要結(jié)合灌區(qū)的實際情況,深入研究關(guān)鍵技術(shù),做到實用、高效和可靠。史源[5]對無人機遙感技術(shù)在灌區(qū)信息化建設(shè)中的應(yīng)用進行了探討,主要包括灌區(qū)種植結(jié)構(gòu)快速分類、遙感ET監(jiān)測、輸配水系統(tǒng)優(yōu)化、攝影測量及水文模型應(yīng)用等方面的應(yīng)用前景。在灌區(qū)信息管理系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用方面,陸繼平[6]、羅鵬[7]、程帥[8]等以GIS技術(shù)為基礎(chǔ),結(jié)合數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的整合運用,構(gòu)建了不同類型的灌區(qū)信息化綜合管理系統(tǒng),通過三維立體的方式動態(tài)展示灌區(qū)的地形地貌及建筑物,實現(xiàn)了與灌區(qū)內(nèi)環(huán)境要素采集系統(tǒng)的實時關(guān)聯(lián),提高了信息化管理決策的科學性和準確性。劉海燕[9]研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)與云計算的灌區(qū)信息管理系統(tǒng),系統(tǒng)采用Google云計算服務(wù)平臺(GAE)對灌區(qū)各項業(yè)務(wù)進行部署,實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)與云計算技術(shù)在灌區(qū)信息管理領(lǐng)域的無縫對接。對于國外的灌區(qū)信息化發(fā)展情況,以美國為例,目前美國水利發(fā)展的重心在于水資源的有效管理、提高灌溉用水效率,通過建立作物生長需水模型,進行灌溉的精準管理和決策,以獲得最大的灌溉效益。美國的農(nóng)田灌溉自動化程度比較高,一般在灌區(qū)管理機構(gòu)設(shè)有灌溉總控制室,進行實時決策調(diào)度和信息化、自動化管理。
綜合分析上述灌區(qū)信息化研究進展,目前灌區(qū)信息化建設(shè)已完成信息基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),實現(xiàn)了計算機對信息資源的可靠采集與穩(wěn)定傳輸,并作為灌區(qū)管理部門的工作依據(jù),同時“3S”技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)應(yīng)用和基于作物需水規(guī)律的用水調(diào)控在灌區(qū)建設(shè)研究中逐步興起。但是,灌區(qū)信息資源的深度利用和共享能力還很薄弱,將信息資源用于灌區(qū)運行管理決策以及灌區(qū)水資源的最優(yōu)配置等方面的研究和應(yīng)用還比較少,僅有個別科研院校在這方面進行了有益的探索。
灌區(qū)信息化建設(shè)是集計算機技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等多項技術(shù)的綜合應(yīng)用與實踐,其主要內(nèi)容一般包括:灌區(qū)數(shù)據(jù)庫、信息采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、用水決策支持系統(tǒng)、渠系控制系統(tǒng)、辦公服務(wù)系統(tǒng)等的建設(shè)。經(jīng)過10 a多的試點建設(shè),我國部分灌區(qū)已率先實現(xiàn)信息化,并逐步探索灌區(qū)智慧化建設(shè),同時也涌現(xiàn)出如廈門四信通信科技有限公司、北京潤華信通科技有限公司等專業(yè)從事灌區(qū)信息化系統(tǒng)及產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)。
但是, 我國灌區(qū)信息化建設(shè)目前總體上還處于比較低的水平,主要表現(xiàn)是實用和能夠長期使用的信息化系統(tǒng)產(chǎn)品較少,更多的是初步探索和展示,同時面臨著資金、關(guān)鍵技術(shù)、管理維護和人力資源等方面的一系列問題,主要包括以下幾個方面。
(1)建設(shè)資金不足。灌區(qū)信息化的建設(shè)資金來源于續(xù)建配套與節(jié)水改造投資的3%~10%,由于灌區(qū)工程涉及的范圍很廣,且設(shè)施設(shè)備多已年久失修,故不可能將過多資金投入到信息化建設(shè)中;另外,由于灌區(qū)的公益服務(wù)屬性及其功能定位,投資回報率低,民間資本參與灌區(qū)信息化建設(shè)的意愿較低,因此資金短缺的狀況仍將持續(xù)。
(2)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃。灌區(qū)信息化建設(shè)是每個年度制定一個方案,而每年又需要進行工程招投標,所以可能會出現(xiàn)不同年份中標的是不同的公司等情況[10],而且每個信息化服務(wù)公司都有自己的一套系統(tǒng)運行平臺,導(dǎo)致難以滿足數(shù)據(jù)信息共享的要求。同時,信息化建設(shè)規(guī)劃缺少與灌區(qū)防洪抗旱、鹽漬化治理、水生態(tài)保護和渠道淤積防治等特殊問題的銜接與集成。
(3)產(chǎn)品可靠性與規(guī)范性較差。當前從事灌區(qū)信息化系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)的企業(yè)眾多,但從在河南、山西等幾個大中型灌區(qū)的調(diào)研情況看,信息化系統(tǒng)的可靠性、實用性還較差,產(chǎn)品不能夠長期穩(wěn)定運行,甚至有些灌區(qū)的信息化系統(tǒng)僅有視頻展示的功能?,F(xiàn)有的信息化系統(tǒng)在水位、流量、墑情、視頻圖像等信息監(jiān)測上效果較好,但數(shù)據(jù)融合分析、決策調(diào)控的功能欠佳;閘門、泵站的遠程控制存在精度低的情況,時常需要售后人員前來維修。另外,信息化產(chǎn)品存在較多類型的軟硬件開發(fā)標準,但缺乏統(tǒng)一的、有針對性的規(guī)程和標準,灌區(qū)信息結(jié)構(gòu)體系的標準化程度低,信息標準化接口模式還未形成,數(shù)據(jù)的分類、定義不規(guī)范,數(shù)據(jù)系統(tǒng)的兼容性差;數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)多種多樣,導(dǎo)致低水平重復(fù)開發(fā),無法實現(xiàn)信息化系統(tǒng)產(chǎn)品的通用與信息共享。
(4)運行維護成本高。灌區(qū)所用到的設(shè)施設(shè)備種類繁多,性能各異,而且早期建設(shè)的信息化系統(tǒng),因部分設(shè)備老化亟待更新和升級,但由于缺乏正常的維修養(yǎng)護資金,遇到問題時只能臨時解決[10]。同時,灌區(qū)管理部門多為公益性事業(yè)單位,工程運行管理經(jīng)費和維修養(yǎng)護經(jīng)費有限,因此在灌區(qū)信息化系統(tǒng)的維護方面存在較大資金困難。
(5)人力資源供給不足。灌區(qū)管理人員往往具備農(nóng)田水利工程專業(yè)教育背景,大多處于基層水利系統(tǒng),對于現(xiàn)代信息技術(shù)認識不足,無法具體參與到灌區(qū)信息化項目建設(shè)中,因此在項目建成后的運行維護上存在技能欠缺的問題。而從事信息化系統(tǒng)開發(fā)的人員對于農(nóng)田水利工程相關(guān)知識較為缺乏,這就造成灌區(qū)管理人員知識結(jié)構(gòu)上的單一、不融合,缺少掌握多種專業(yè)技術(shù)知識的復(fù)合型人才。
當前灌區(qū)信息化的實現(xiàn)不僅僅是個技術(shù)問題,更是一個社會問題,實現(xiàn)信息化乃至智慧化在技術(shù)上并不存在太大困難,關(guān)鍵是人們的思想和觀念,應(yīng)認清灌區(qū)信息化是一個集信息采集、數(shù)據(jù)管理、決策應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布于一體的系統(tǒng)工程[4]。筆者認為,我國的灌區(qū)信息化建設(shè)在技術(shù)路線上應(yīng)堅持“聯(lián)系實際、夯實基礎(chǔ)、穩(wěn)步實施”的原則,結(jié)合我國灌區(qū)實際,加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究,對灌區(qū)環(huán)境下的信息傳輸與遠程控制不可靠等關(guān)鍵技術(shù)問題予以徹底解決,在技術(shù)應(yīng)用上不能一味地求新、求快、求全,扎實穩(wěn)步推進灌區(qū)信息化建設(shè)項目的實施。 灌區(qū)管理人員要認清水利信息化工作的差距,堅持“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的方針,果斷采取相關(guān)對策,確保灌區(qū)信息化建設(shè)成果切實有效、實用。
(1)完善用水管理模式。灌區(qū)是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主力軍,隨著“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略的逐步實施,我國今后的農(nóng)業(yè)種植必定是規(guī)?;?,通過土地流轉(zhuǎn)形成的大規(guī)模地塊也為灌溉信息化系統(tǒng)的建設(shè)和統(tǒng)一管理提供了便利條件。同時,隨著我國農(nóng)村勞動力人口的老化與流失,一家一戶管理農(nóng)業(yè)用水的情形必然會消失,因此未來的農(nóng)業(yè)用水管理應(yīng)該采用農(nóng)戶用水合作社的模式,進一步厘清政府、灌區(qū)管理機構(gòu)、農(nóng)戶用水合作社3者之間的權(quán)利和責任,完善支持政策,注重培養(yǎng)既懂信息技術(shù),又會經(jīng)營的新型職業(yè)農(nóng)民。
(2)穩(wěn)定資金投入。大中型灌區(qū)續(xù)建配套節(jié)水改造工程投資由中央、地方共同承擔,灌區(qū)信息化建設(shè)資金只占其中很小部分,但信息化建設(shè)投入大。建議在加大地方財政投入的基礎(chǔ)上,落實好工程運行管理經(jīng)費和維修養(yǎng)護經(jīng)費,政府提供長期優(yōu)惠貸款,創(chuàng)新投融資體制機制,積極調(diào)動各方面因素籌集資金,吸引社會資本參與信息化工程建設(shè)運營。
(3)全面統(tǒng)籌規(guī)劃設(shè)計。建設(shè)工程實施好壞的前提是規(guī)劃是否科學合理,灌區(qū)信息化建設(shè)的規(guī)劃應(yīng)做到統(tǒng)一組織和管理。隨著經(jīng)濟和技術(shù)的發(fā)展,要對規(guī)劃進行適時調(diào)整,制定信息數(shù)據(jù)和接口的統(tǒng)一標準,使同一個信息化平臺中的不同廠家產(chǎn)品應(yīng)用能夠有機銜接與共享。
(4)加強灌區(qū)用水信息標準化技術(shù)研究。各個灌區(qū)在運行過程中所涉及到的數(shù)據(jù)類型基本相同,因此要統(tǒng)一數(shù)據(jù)的分類和定義,規(guī)范其內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。研究適用于現(xiàn)代化灌區(qū)用水的信息標準化接入模式,支持下端物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的多種連接方式,建立灌區(qū)信息化建設(shè)標準,并制定相應(yīng)標準下的軟件設(shè)備、硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)和協(xié)議規(guī)約。
(5)注重灌區(qū)管理人才培養(yǎng)。灌區(qū)信息化系統(tǒng)涉及的專業(yè)知識面廣,對管理人員的專業(yè)技能要求較高,要鼓勵灌區(qū)管理人員全程參與信息化建設(shè)項目的實施,幫助其熟悉項目建設(shè)的內(nèi)容和運營要求,項目建成后,要加強對管理人員的定期技術(shù)培訓(xùn),提高其對新技術(shù)新工藝的掌握程度,盡快培育專業(yè)化的灌區(qū)管理服務(wù)隊伍。
針對我國灌區(qū)信息化建設(shè)中長期存在的一些問題進行了分析,并提出若干解決對策,以期能為信息化建設(shè)的又快又好實施提供決策依據(jù)。應(yīng)當認識到,灌區(qū)現(xiàn)代化的發(fā)展方向必然是數(shù)字化、智慧化,隨著近年大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、 機器學習和人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展及其在各行各業(yè)中的廣泛應(yīng)用,智慧灌區(qū)建設(shè)發(fā)展逐漸提上議程。以“十三五”國家重點研發(fā)計劃課題“灌區(qū)智慧用水決策技術(shù)與平臺”為依托,中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所聯(lián)合中國水利水電科學研究院、京藍云智物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司等單位初步完成了灌區(qū)信息化結(jié)構(gòu)指標的篩選與評價、灌區(qū)耗(需)水時空分異智能診斷平臺系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計,以及灌區(qū)田間智慧用水物聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)備智能網(wǎng)關(guān)等產(chǎn)品的研發(fā),為下一步構(gòu)建大數(shù)據(jù)的灌區(qū)智慧用水決策技術(shù)與平臺奠定了良好的基礎(chǔ)。
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