淺談現(xiàn)代智慧水利系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用與實(shí)踐

曹海峰

（榆林市水利信息與水文勘測中心,陜西 榆林 719000）

為實(shí)現(xiàn)我國水資源的科學(xué)調(diào)配和利用,提高水資源的利用效率以及滿足發(fā)電、農(nóng)業(yè)灌溉、生產(chǎn)生活等多方面的需求,我國持續(xù)加強(qiáng)了水利工程建設(shè)與運(yùn)維管理。水利工程是一項(xiàng)綜合性且復(fù)雜性的工程項(xiàng)目,工程建設(shè)施工與運(yùn)維管理也會受到多方面因素的影響,進(jìn)而對工程質(zhì)量安全、運(yùn)行效率和功能作用發(fā)揮等產(chǎn)生影響。智慧水利建設(shè)要求促進(jìn)現(xiàn)代化信息技術(shù)在水利工程設(shè)計(jì)與建設(shè)施工、運(yùn)維管理等各環(huán)節(jié)中的科學(xué)應(yīng)用,構(gòu)建更完善的技術(shù)系統(tǒng),能更好協(xié)助規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)維管理工作的實(shí)施。

1 現(xiàn)代智慧水利系統(tǒng)建設(shè)的作用意義

在信息化時(shí)代背景下,各行業(yè)和領(lǐng)域都在積極加強(qiáng)信息化建設(shè),推進(jìn)水利信息化發(fā)展需要加強(qiáng)智慧水利系統(tǒng)設(shè)計(jì)建設(shè)與應(yīng)用,以提高水利信息化管理、精細(xì)化管理水平,并將其落實(shí)到防控減災(zāi)、水資源分配利用、水務(wù)管理等多個(gè)服務(wù)體系中,更好滿足實(shí)際需要。例如：（1）促進(jìn)傳感技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云平臺技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,協(xié)助數(shù)據(jù)信息采集、整理、處理和共享利用等工作實(shí)施,并持續(xù)加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫建設(shè)、信息管理系統(tǒng)和平臺建設(shè)、整體系統(tǒng)工程建設(shè)等,在其支撐下提高水利綜合管理水平和運(yùn)維管理效率,為水資源科學(xué)調(diào)配、開發(fā)利用和生產(chǎn)生活提供服務(wù)。（2）在智慧水利系統(tǒng)技術(shù)的支撐下,協(xié)助水利水文實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報(bào)、綜合調(diào)度和精細(xì)化管理等一系列工作的開展和實(shí)施,通過對水文信息、水利工程運(yùn)行與管理信息（如河道和水庫的水量信息、排污口的水質(zhì)信息、大壩等主要結(jié)構(gòu)的運(yùn)行情況、管道和相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)）等的實(shí)時(shí)化感知和監(jiān)測、智能化分析處理和快速傳遞共享,對水資源災(zāi)害發(fā)生情況、產(chǎn)生的危害和影響程度等進(jìn)行模擬和分析,對水質(zhì)污染情況進(jìn)行分析,提前制定解決和改進(jìn)措施,以協(xié)助防汛抗旱、應(yīng)急指揮決策和工作部署安排、水利工程維修保養(yǎng)等工作的高效化開展。

2 現(xiàn)代智慧水利系統(tǒng)技術(shù)分析

2.1 物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)

在水利系統(tǒng)工程中通過科學(xué)設(shè)置安裝傳感器設(shè)備,以便于后期物聯(lián)網(wǎng)的接入,更好匯入系統(tǒng)平臺,在系統(tǒng)支撐下實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)信息的快速采集、整合、分析處理和共享利用,進(jìn)而協(xié)助水利工程精細(xì)化管理工作的高效化實(shí)施。該技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)在于結(jié)合工程項(xiàng)目的具體情況和周圍的環(huán)境條件等,找準(zhǔn)數(shù)據(jù)精度和傳感器裝置相互間的平衡點(diǎn),以保證后期運(yùn)行中傳感器裝置能夠更快速、精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集和處理分析。在這些先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的支撐下,更好保障智慧水利系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和良好作用發(fā)揮,實(shí)現(xiàn)有關(guān)數(shù)據(jù)信息的不間斷采集、實(shí)時(shí)化采集和全面采集分析,一定程度上擴(kuò)大監(jiān)測與管控的范圍[1]。水聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型見圖1。

圖1 水聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型

2.2 GIS技術(shù)、BIM技術(shù)和VR體驗(yàn)

通過GIS技術(shù)和BIM技術(shù)的有效結(jié)合,并與VR體驗(yàn)系統(tǒng)合理應(yīng)用,以實(shí)施高效、精細(xì)化監(jiān)督管控,能夠?qū)崿F(xiàn)各種信息數(shù)據(jù)的綜合收集和更直觀的展示,也能夠?qū)⑺こ添?xiàng)目立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、管理和運(yùn)營等各環(huán)節(jié)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息很好的連接起來。在這一過程中實(shí)現(xiàn)水利工程的多維管理、協(xié)同和集中管理、模擬管理和可視化管理,確保有關(guān)人員對水利工程建設(shè)與運(yùn)營管理情況有更準(zhǔn)確的把握和了解。BIM信息化模型能夠更好協(xié)助工程建設(shè)與管理工作的實(shí)施,對水利工程項(xiàng)目的進(jìn)展情況進(jìn)行科學(xué)的模擬分析、對關(guān)鍵性操作步驟進(jìn)行更詳細(xì)的拆解和分析,過程中只需要輸入各相關(guān)施工工序及專業(yè)參數(shù),就可以自動生成施工的進(jìn)度橫道圖、計(jì)劃表等,更方便開展水利工程項(xiàng)目的工期進(jìn)度管理和質(zhì)量安全管控,這一過程還可以進(jìn)行碰撞檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足和問題,對水利工程系統(tǒng)和工程項(xiàng)目建設(shè)方案進(jìn)行不斷的改進(jìn)和優(yōu)化。合理利用BIM模型和VR技術(shù)、三維動態(tài)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù),對水利工程建設(shè)項(xiàng)目施工現(xiàn)場情況進(jìn)行科學(xué)的模擬分析,即使有關(guān)人員對施工流程、技術(shù)要點(diǎn)和操作等有更準(zhǔn)確的把握,也可以協(xié)助水利工程造型和空間分析、成本和造價(jià)分析等工作的開展,為工程項(xiàng)目的規(guī)范化施工和精細(xì)化管理提供科學(xué)有效支撐[2]。

2.3 遙感協(xié)同技術(shù)

智慧水利系統(tǒng)與無人機(jī)遙感技術(shù)的融合應(yīng)用,能夠更好協(xié)助自動化監(jiān)測和實(shí)時(shí)化監(jiān)測管理工作的開展和實(shí)施,對區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)情況和水利工程項(xiàng)目的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效采集和科學(xué)分析,結(jié)合重點(diǎn)數(shù)據(jù)信息,綜合考慮和分析勘察區(qū)域范圍內(nèi)的實(shí)際情況,在此基礎(chǔ)上對區(qū)域內(nèi)的水資源進(jìn)行合理開發(fā)和利用、實(shí)施科學(xué)有效的環(huán)境保護(hù)等。對于遙感技術(shù)獲取的數(shù)據(jù)信息快速傳輸?shù)街腔鬯到y(tǒng)當(dāng)中,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行更深入的分析和處理,找出重疊數(shù)學(xué)、重點(diǎn)數(shù)據(jù),為水利工程規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)維管理有關(guān)工作的實(shí)施提供參考依據(jù)[3]。在該技術(shù)的支撐下,還能夠?qū)χ攸c(diǎn)管理區(qū)域內(nèi)的水資源情況進(jìn)行更細(xì)致的分析,為后續(xù)水資源開發(fā)和保護(hù)工作的開展提供參考。

2.4 云計(jì)算技術(shù)

智慧水利系統(tǒng)需要對大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)有效的整合、處理和傳輸利用[4],云計(jì)算技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用能夠更好協(xié)助這方面工作的實(shí)施,減輕相關(guān)人員數(shù)據(jù)處理的壓力,提高數(shù)據(jù)處理和利用的效率。在該技術(shù)的支撐下,從大量數(shù)據(jù)信息中挖掘出更有價(jià)值的數(shù)據(jù)信息,并自動化對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和分析,為科學(xué)決策和管理工作開展提供參考依據(jù)。

3 現(xiàn)代智慧水利系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)總框架

智慧水利系統(tǒng)主要包括感知層、支撐層和應(yīng)用層三個(gè)層級[5],具體如下：（1）感知層。主要用于感知和采集各種數(shù)據(jù)信息,包括水雨情、視頻、遙感、管理、工情、水質(zhì)等等多方面的數(shù)據(jù)信息,并形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)信息庫,并借助專網(wǎng)或公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)信息的有效傳遞。（2）支撐層。該層級主要由數(shù)據(jù)分析各個(gè)組件、GIS平臺、BIM平臺等相關(guān)模塊組成,在其支撐下實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的有效整合和高效化處理分析。（3）應(yīng)用層。該層級直接面向廣大信息數(shù)據(jù)的使用者,為企業(yè)提供更完整和優(yōu)質(zhì)的信息服務(wù),方便相關(guān)人員更快速的獲取和利用有關(guān)數(shù)據(jù)信息,從而為水利工程項(xiàng)目的日常管理、應(yīng)急指揮管理、水質(zhì)監(jiān)測和污染治理、防洪排水等工作的實(shí)施提供科學(xué)支撐。

3.2 建設(shè)和運(yùn)維管理層面

主要用于滿足水利工程項(xiàng)目建設(shè)管理工作的開展和實(shí)施,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候,主要包括整體統(tǒng)籌、智能化監(jiān)測和管理、高效協(xié)調(diào)、多維評價(jià)的相關(guān)模塊,在其支撐下實(shí)現(xiàn)水利工程投資決策的科學(xué)分析、方案的優(yōu)化設(shè)計(jì),以及協(xié)助工程項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度、安全管理與評價(jià)工作的開展和實(shí)施。例如：（1）整體統(tǒng)籌功能模塊。在信息化系統(tǒng)和數(shù)字化技術(shù)、BIM信息化模型的支撐下,廣泛收集和分析工程項(xiàng)目相關(guān)的資料信息,并加強(qiáng)建設(shè)方、施工方、設(shè)計(jì)與監(jiān)理等的良好協(xié)調(diào)和統(tǒng)籌工作,對水利工程項(xiàng)目投資方案和施工建設(shè)方案進(jìn)行科學(xué)的比對和分析,從中選出最合理的工程方案。（2）智能監(jiān)管功能模塊。在智能監(jiān)管系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)的支撐下,實(shí)現(xiàn)水利工程項(xiàng)目投資建設(shè)過程資源、技術(shù)、人員、投資、采購、進(jìn)度、質(zhì)量、成本和安全等的實(shí)時(shí)化、全過程的監(jiān)督與管控,以促進(jìn)整個(gè)工程項(xiàng)目的順利施工和規(guī)范施工,使水利工程項(xiàng)目投資建設(shè)擁有良好的質(zhì)量效果。BIM技術(shù)和傳感器技術(shù)等先進(jìn)技術(shù),能夠?yàn)橹悄鼙O(jiān)管和工程項(xiàng)目協(xié)調(diào)管控提供科學(xué)有效支撐。（3）運(yùn)維管理模塊。在大數(shù)據(jù)的支撐下,信息化和智能化技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,能夠?qū)λこ添?xiàng)目的運(yùn)行情況和參數(shù)信息進(jìn)行及時(shí)分析、實(shí)時(shí)監(jiān)測和科學(xué)預(yù)警,實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的管理,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理各種問題。

4 結(jié)語

現(xiàn)代水利工程建設(shè)與管理與工作的開展,需要促進(jìn)現(xiàn)代信息化技術(shù)、智能化技術(shù)和通信技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用,持續(xù)加強(qiáng)智慧水利系統(tǒng)建設(shè),以更好協(xié)助全方位、多維度和精細(xì)化管理工作的開展,并為水利工程項(xiàng)目的投資規(guī)劃與建設(shè)、水資源利用、水資源保護(hù)和防洪防災(zāi)等工作的開展提供科學(xué)支撐。