淺談現代智慧水利系統技術應用與實踐

曹海峰

（榆林市水利信息與水文勘測中心,陜西 榆林 719000）

為實現我國水資源的科學調配和利用,提高水資源的利用效率以及滿足發電、農業灌溉、生產生活等多方面的需求,我國持續加強了水利工程建設與運維管理。水利工程是一項綜合性且復雜性的工程項目,工程建設施工與運維管理也會受到多方面因素的影響,進而對工程質量安全、運行效率和功能作用發揮等產生影響。智慧水利建設要求促進現代化信息技術在水利工程設計與建設施工、運維管理等各環節中的科學應用,構建更完善的技術系統,能更好協助規劃建設與運維管理工作的實施。

1 現代智慧水利系統建設的作用意義

在信息化時代背景下,各行業和領域都在積極加強信息化建設,推進水利信息化發展需要加強智慧水利系統設計建設與應用,以提高水利信息化管理、精細化管理水平,并將其落實到防控減災、水資源分配利用、水務管理等多個服務體系中,更好滿足實際需要。例如：（1）促進傳感技術、現代通信技術、物聯網技術、云平臺技術等先進技術的廣泛應用,協助數據信息采集、整理、處理和共享利用等工作實施,并持續加強數據庫建設、信息管理系統和平臺建設、整體系統工程建設等,在其支撐下提高水利綜合管理水平和運維管理效率,為水資源科學調配、開發利用和生產生活提供服務。（2）在智慧水利系統技術的支撐下,協助水利水文實時監測、預警預報、綜合調度和精細化管理等一系列工作的開展和實施,通過對水文信息、水利工程運行與管理信息（如河道和水庫的水量信息、排污口的水質信息、大壩等主要結構的運行情況、管道和相關設備的運行參數和狀態）等的實時化感知和監測、智能化分析處理和快速傳遞共享,對水資源災害發生情況、產生的危害和影響程度等進行模擬和分析,對水質污染情況進行分析,提前制定解決和改進措施,以協助防汛抗旱、應急指揮決策和工作部署安排、水利工程維修保養等工作的高效化開展。

2 現代智慧水利系統技術分析

2.1 物聯網傳感技術

在水利系統工程中通過科學設置安裝傳感器設備,以便于后期物聯網的接入,更好匯入系統平臺,在系統支撐下實現有關數據信息的快速采集、整合、分析處理和共享利用,進而協助水利工程精細化管理工作的高效化實施。該技術應用的重點在于結合工程項目的具體情況和周圍的環境條件等,找準數據精度和傳感器裝置相互間的平衡點,以保證后期運行中傳感器裝置能夠更快速、精準的實現相關數據信息的收集和處理分析。在這些先進技術和設備的支撐下,更好保障智慧水利系統的安全穩定運行和良好作用發揮,實現有關數據信息的不間斷采集、實時化采集和全面采集分析,一定程度上擴大監測與管控的范圍[1]。水聯網結構模型見圖1。

圖1 水聯網結構模型

2.2 GIS技術、BIM技術和VR體驗

通過GIS技術和BIM技術的有效結合,并與VR體驗系統合理應用,以實施高效、精細化監督管控,能夠實現各種信息數據的綜合收集和更直觀的展示,也能夠將水利工程項目立項、設計、生產、施工、管理和運營等各環節的相關數據信息很好的連接起來。在這一過程中實現水利工程的多維管理、協同和集中管理、模擬管理和可視化管理,確保有關人員對水利工程建設與運營管理情況有更準確的把握和了解。BIM信息化模型能夠更好協助工程建設與管理工作的實施,對水利工程項目的進展情況進行科學的模擬分析、對關鍵性操作步驟進行更詳細的拆解和分析,過程中只需要輸入各相關施工工序及專業參數,就可以自動生成施工的進度橫道圖、計劃表等,更方便開展水利工程項目的工期進度管理和質量安全管控,這一過程還可以進行碰撞檢查,及時發現設計中的不足和問題,對水利工程系統和工程項目建設方案進行不斷的改進和優化。合理利用BIM模型和VR技術、三維動態技術等先進技術,對水利工程建設項目施工現場情況進行科學的模擬分析,即使有關人員對施工流程、技術要點和操作等有更準確的把握,也可以協助水利工程造型和空間分析、成本和造價分析等工作的開展,為工程項目的規范化施工和精細化管理提供科學有效支撐[2]。

2.3 遙感協同技術

智慧水利系統與無人機遙感技術的融合應用,能夠更好協助自動化監測和實時化監測管理工作的開展和實施,對區域內的水文地質情況和水利工程項目的運行數據進行有效采集和科學分析,結合重點數據信息,綜合考慮和分析勘察區域范圍內的實際情況,在此基礎上對區域內的水資源進行合理開發和利用、實施科學有效的環境保護等。對于遙感技術獲取的數據信息快速傳輸到智慧水利系統當中,利用計算機技術對這些數據信息進行更深入的分析和處理,找出重疊數學、重點數據,為水利工程規劃建設與運維管理有關工作的實施提供參考依據[3]。在該技術的支撐下,還能夠對重點管理區域內的水資源情況進行更細致的分析,為后續水資源開發和保護工作的開展提供參考。

2.4 云計算技術

智慧水利系統需要對大量數據信息進行科學有效的整合、處理和傳輸利用[4],云計算技術的科學應用能夠更好協助這方面工作的實施,減輕相關人員數據處理的壓力,提高數據處理和利用的效率。在該技術的支撐下,從大量數據信息中挖掘出更有價值的數據信息,并自動化對這些數據信息進行處理和分析,為科學決策和管理工作開展提供參考依據。

3 現代智慧水利系統的設計和實踐應用

3.1 系統總框架

智慧水利系統主要包括感知層、支撐層和應用層三個層級[5],具體如下：（1）感知層。主要用于感知和采集各種數據信息,包括水雨情、視頻、遙感、管理、工情、水質等等多方面的數據信息,并形成一個完整的數據信息庫,并借助專網或公網實現這些數據信息的有效傳遞。（2）支撐層。該層級主要由數據分析各個組件、GIS平臺、BIM平臺等相關模塊組成,在其支撐下實現相關數據信息的有效整合和高效化處理分析。（3）應用層。該層級直接面向廣大信息數據的使用者,為企業提供更完整和優質的信息服務,方便相關人員更快速的獲取和利用有關數據信息,從而為水利工程項目的日常管理、應急指揮管理、水質監測和污染治理、防洪排水等工作的實施提供科學支撐。

3.2 建設和運維管理層面

主要用于滿足水利工程項目建設管理工作的開展和實施,在系統設計的時候,主要包括整體統籌、智能化監測和管理、高效協調、多維評價的相關模塊,在其支撐下實現水利工程投資決策的科學分析、方案的優化設計,以及協助工程項目質量、進度、安全管理與評價工作的開展和實施。例如：（1）整體統籌功能模塊。在信息化系統和數字化技術、BIM信息化模型的支撐下,廣泛收集和分析工程項目相關的資料信息,并加強建設方、施工方、設計與監理等的良好協調和統籌工作,對水利工程項目投資方案和施工建設方案進行科學的比對和分析,從中選出最合理的工程方案。（2）智能監管功能模塊。在智能監管系統和相關技術的支撐下,實現水利工程項目投資建設過程資源、技術、人員、投資、采購、進度、質量、成本和安全等的實時化、全過程的監督與管控,以促進整個工程項目的順利施工和規范施工,使水利工程項目投資建設擁有良好的質量效果。BIM技術和傳感器技術等先進技術,能夠為智能監管和工程項目協調管控提供科學有效支撐。（3）運維管理模塊。在大數據的支撐下,信息化和智能化技術的結合應用,能夠對水利工程項目的運行情況和參數信息進行及時分析、實時監測和科學預警,實現更精細化的管理,及時發現和處理各種問題。

4 結語

現代水利工程建設與管理與工作的開展,需要促進現代信息化技術、智能化技術和通信技術等先進技術的科學應用,持續加強智慧水利系統建設,以更好協助全方位、多維度和精細化管理工作的開展,并為水利工程項目的投資規劃與建設、水資源利用、水資源保護和防洪防災等工作的開展提供科學支撐。