樊 进 吕 忍 舒 楠

（作者单位：宿迁市水务勘测设计研究有限公司 223800）

“智慧水利”建设是重要的民生工程，也是“智慧城市”的重要组成部分，贯穿于防洪减灾、水资源配置、水环境保护与水管理服务等体系。国内学者目前对于智慧水利的研究主要从地理信息技术、数据库技术、大数据和云计算等技术层面展开研究。本文基于智慧水利的研究及应用现状，从智慧水利的特征、技术支撑、实施路线及存在问题四个方面进行归纳总结，并针对智慧水利的建设提出新思路与展望。

一、智慧水利的研究与应用现状

在全球信息化的新形势下，水利工作者借鉴“智慧地球”的理念提出了“智慧水利”的概念，促使数字水利、水利信息化的快速发展。目前我国的智慧水利发展现状主要体现在以下几个方面：

1.规划与技术体系渐趋完善

《国家信息化发展“十三五”规划》提出要推进新型智慧城市建设行动。这些促进智慧城市发展的政策，从技术和需求上，为智慧水利的发展奠定了研究基础。

2.基础设施初具规模

在智慧水利发展的背景下，江苏省无锡市开展了感知太湖智慧水利试点，建立防汛抗旱指挥智能决策系统、水资源和水环境管理系统，实现了水利水务的智能感知、智能调度和智能管理功能；台州的智慧水务试点建立了以“一个中心、两个平台、四大支撑体系”的管理系统；江西省水利厅出台了《江西省智慧水利建设行动计划》，依托智慧抚河信息化工程等项目建设积极开展智慧水利建设。

3.水利信息化的发展

水利信息化初步形成了水利业务应用、水利信息资源、水利信息化基础设施、水利网络安全、水利信息化保障环境五大体系。同时，依托这些信息化体系的建设，不断深化水利业务应用水平，并向基层水利部门拓展。

二、智慧水利的主要特征

智慧水利就是充分利用现代信息技术，对水利数据、水利资源进行整合与分析，实现成果的可视性、设施的智能性、灾害的预测性，并对水利应用进行实时精准评价，降低了人为误差。因此，可以将智慧水利的基本特征概括如图1。

1.感知全面化

透彻的感知能力是实现智慧水利的前提和基础，通过全方位、全对象、全指标的监测，为水利管理部门提供多种类、精细化的数据支撑。

2.互联泛在化

通过光纤、微波等传统通信技术和现代物联网、移动互联网等信息技术实现对感知对象的水利监测、预警、分析、预测和决策能力。

3.数据规范化

高效安全的数据整合能力是智慧水利的核心。不仅包括对统计年份内的水利数据整理，还包括对各分级部门数据的整合，实现数据的完整性和可靠性。

4.共享实时化

共享性是智慧水利实现管理与服务高效便捷的基本要求，通过各类数据的全参与、全交换，实现对水利数据的共用、复用和再生，为智慧水利系统提供丰富的数据支撑。

5.应用智能化

智能化是智慧水利的核心体现，关键在于对新技术的运用程度和深度，比如地理信息技术、物联网技术、人工智能、大数据、云计算等新技术，有效地提高水利设施远距离控制和智能化执行能力。

6.服务社会化

社会服务是智慧水利的重要落脚点，通过已建立的智慧水利水务系统将水利数据成果图形化、动态化，达到通俗易懂、便捷实用的目的。

三、智慧水利应用的技术路线

1.智慧水利的技术支撑

智慧水利的快速发展促进了水利信息化的进程，而新兴技术的出现对智慧水利的发展同样起到了关键性作用。

（1）跨平台的BIM技术

BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，建立起三维的建筑模型，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。 BIM作为全开放的可视化多维数据库，是智慧水利极佳的基础数据平台，可保证数据随时、随地、随需应用。

（2）虚拟化的云计算技术

云计算技术颠覆性地改变了传统水务行业的消费模式和服务模式，节约了水利信息化的投入成本。

（3）海量的大数据技术

大数据作为互联网时代的新产物，在数据整合、数据处理、数据分析领域具有极强的优势，大大提高了水利数据的处理效率。

（4）高效的人工智能技术

图1 智慧水利的主要特征图

人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，具有自学习、推理、判断和自适应能力，在水利设施的建设、运行、检测、维修等过程中发挥着关键作用。

（5）科学的地理信息技术

地理信息技术，简称GIS技术，它是一种能够对水利信息数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和评价的空间信息系统，形成能够为水利防汛、防凌等业务服务的比较完善和高效分布式数据存储、管理体系和影像分析平台，满足各种应用系统建设和运行的需要。

（6）实时的动态监测系统

基于对自然灾害监测及预警的高度重视，实时动态监测系统已经成为智慧水利中不可或缺的部分，通过先进技术，及时掌握气象情况，分析监测数据，实时预报灾情，减少灾害损失。

（7）仿真的虚拟现实技术

虚拟现实技术即VR技术，通过借助计算机及传感器技术，开创了崭新的人机交互手段，是一种体现虚拟世界的仿真系统。依托VR技术，可以构建出虚拟的水利环境，实现水数据的信息化、智能化、可视化，是一种综合性的高科技技术。

2.智慧水利的实施路线

依托智慧水利的技术基础，构建智慧水利系统平台的实施路线，如图2所示。设备感知层是基础，实现数据的获取、采集；数据传输层是工具，对收集后的数据进行分类整合；平台层是手段，对处理后的数据进行分析计算，使数据成果化；业务应用层是交互，实现智慧水利的共享功能，最终目标是为相关部门提供如防汛预测、水利设施监测、决策支持等服务。

图2 智慧水利系统技术路线图

四、智慧水利面临的问题

目前，国内智慧水利还处于一个初步发展的阶段，与智慧社会、智慧城市的需求依旧存在较大差距，主要体现在以下几个方面：

1.感知能力不够透彻

目前，各类水利设施的监测远未做到全面感知。例如，水库安全监测方面，仅有73% 的大型水库建立了工程安全监测设施和数据自动采集系统，多数中型水库和几乎所有小型水库都没有安全监测设施，大部分小型水库甚至没有水情监测报汛设备。同时，感知技术手段也存在较大差距，自动化水平不高。

2.“全面互联”不够全面

据统计，还有13%的区县级水利部门未连接到水利业务网，仅有6个省区水利业务网通达到乡镇级水利单位，导致水利信息系统无法实现“三级部署（水利部、流域机构、省级）、五级应用（水利部、流域机构、省级、市级、县级）”。数据库的不连通，导致无法实现地域间的数据整合、分析，很难做到水资源的联合管理和洪涝灾情的联合整治，容易形成信息孤岛。

3.智能应用不足

由于智慧水利的发展总体上还处于初级阶段。对于新一代高新技术，如大数据、云计算、虚拟现实等尚未得到广泛应用，水利管理系统的智能化尚未充分体现。

4.数据分析技术不够先进

目前，水利工程存在数据多、种类杂、体量大的特点，而数据分析技术难以全部适用，缺乏针对性，或者说缺乏统一性，导致数据的分析结果误差较大，实际应用效果不佳。如水文系统，是地球上最大、最复杂的动态系统，其子系统同样复杂，包括大气层—海洋系统、河流系统、冰川系统、地下水系统等。

5.泛在服务欠缺

作为民生工程的水利行业，业务应用多，但缺乏公共服务产品，系统应用不够人性化，操作不便，精度较差。

6.认识不到位

智慧水利作为新兴的信息技术产物，对于很多基层水利单位来说，存在解读不彻底、目标不清晰、任务不明确、实施不到位等问题。

五、智慧水利建设的新思路与展望

基于对智慧水利的发展现状、技术特点、实施路线和存在问题的分析，提出对智慧水利建设的新思路与展望。

1.明确智慧水利的目标和任务

结合智慧水利的特征，明确智慧水利的建设目标及任务：（1）完善智慧水利建设的实施方案，积极开展智慧水利、智慧水务试点工作；（2）进行前期调研与需求分析工作，为智慧水利的开展提供现实支撑；（3）开展智慧水利关键技术研究；（4）构建智慧水利建设总体框架；（5）建立智慧水利评价指标体系。

2.加强新兴技术的应用深度

积极开展高新技术在水利业务方面的研究，尤其是大数据技术，是水利信息化建设的技术基础，加强大数据基础设施、大数据管理与应用平台、云数据库和物联网平台的搭建，对智慧水利的长远发展起到至关重要的作用。

3.建立规范的信息服务系统

从智慧水利的总体框架出发，建设智慧水利云平台，加强水利信息资源建设，提高水利成果共享服务，提升水利设施和智慧平台的服务质量。

4.开展智慧水利到基层的技术服务体系

智慧水利是复杂的系统工程，对于技术薄弱的水利基层单位，需要加强人才培养，加大资金管理，完善运营模式，规范运行制度，开展技术创新，建立起一套完整的基层技术服务体系。

六、结语

智慧水利是智慧城市的重要组成部分，加强智慧水利的建设不仅是水利工程的发展方向，更是社会发展的需求。通过信息化技术的支撑，建立完善的智慧水利管理与服务系统，为水利部门、公众提供良好的智慧服务■