淺談水利數(shù)字化體系建設(shè)

(北京大學(xué)軟件與微電子學(xué)院，北京 102600)

傳統(tǒng)水利主要以人工為主導(dǎo)，而現(xiàn)代水利則是向信息化方式轉(zhuǎn)變，其中數(shù)字化水利體系建設(shè)是關(guān)鍵。水利數(shù)字化體系建設(shè)相比傳統(tǒng)水利，具有巨大的優(yōu)越性，是決定水利事業(yè)發(fā)展的大事，因此應(yīng)加快水利數(shù)字化體系建設(shè)步伐。

1 數(shù)字化概念

所謂數(shù)字化，就是通過信息技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)相結(jié)合，將某些領(lǐng)域控制單元納入計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行“0”和“1”的有序排列、高速計(jì)算，實(shí)現(xiàn)某種控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)其全部或者部分工作信息化、自動化，提高其工作的可靠性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，從而達(dá)到高效的目的。例如：我國近年發(fā)展起來的城市智能交通控制系統(tǒng)，就是由傳統(tǒng)模式向數(shù)字信息技術(shù)轉(zhuǎn)變且結(jié)合比較完美的產(chǎn)物。水利數(shù)字化即采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)和3S(GIS、GPS、RS)等一系列高新技術(shù)，對水利政務(wù)、防汛抗旱、水資源監(jiān)控調(diào)度、水環(huán)境綜合治理、水利工程設(shè)計(jì)和施工、水利工程項(xiàng)目綜合管理等各種單元要素進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的建設(shè)與管理，從而提高水利行業(yè)建設(shè)管理與運(yùn)行管理水平，達(dá)到由傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)化的目的。

2 水利數(shù)字化體系研究

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，各行各業(yè)興起了數(shù)字化、信息化建設(shè)熱潮。例如：4G通訊、高速鐵路等行業(yè)數(shù)字化建設(shè)已經(jīng)起步，且已具有相當(dāng)規(guī)模。我國水利數(shù)字化體系建設(shè)相對于其他行業(yè)雖然起步較晚，但具有非常廣闊的發(fā)展空間。

2.1 水利數(shù)字化主要任務(wù)

首先，水利自動化裝置是水利數(shù)字化體系建設(shè)的基礎(chǔ)。例如：水庫下泄流量、河道水位和流量、自然天氣降雨量等數(shù)據(jù)往往從基層上傳到上級各級水行政主管部門，處理這些數(shù)據(jù)以往需要專業(yè)人員花費(fèi)大量人力物力、耗費(fèi)大量的時(shí)間才能完成，而利用水利數(shù)字化軟件系統(tǒng)，則可以代替人處理這些海量數(shù)據(jù)。工作人員通過編寫計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，將日常繁復(fù)的水文數(shù)據(jù)、管理要素等通過計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行處理，不但能實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)、將人從枯燥的工作中解脫出來，而且利用電腦處理數(shù)據(jù)具有人無法比擬的速度和嚴(yán)密性等優(yōu)勢：?電腦操作只要數(shù)據(jù)輸入準(zhǔn)確，軟件會準(zhǔn)確無誤地計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果； ?電腦非常高效，正常需要很多人、花費(fèi)很長時(shí)間處理的數(shù)據(jù)，電腦往往很快就可以得到答案，特別是面對海量數(shù)據(jù)處理，更能發(fā)揮電腦處理優(yōu)勢。水利數(shù)字化軟件系統(tǒng)是水利數(shù)字化體系建設(shè)的重要組成部分，可準(zhǔn)確、高效地處理水利海量數(shù)據(jù)。

其次，水利數(shù)字化體系可以形成某個(gè)區(qū)域水文信息、決策系統(tǒng)的控制和指揮中心。例如：將某流域主要的水利設(shè)施實(shí)現(xiàn)數(shù)字化改造后進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，將信息集中到數(shù)據(jù)中心，配合GIS技術(shù)，在數(shù)據(jù)中心實(shí)時(shí)顯示該流域各主要水利設(shè)施的位置狀態(tài)、信息、水文參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)將為該流域防洪、抗旱決策及指揮工作提供有效的信息支撐。

2.2 水利數(shù)字化工作流程

a.通過現(xiàn)代工業(yè)自動化裝置，將傳統(tǒng)的人工測量、工程監(jiān)控等工作由機(jī)器自動完成。例如：通過水位監(jiān)測設(shè)備、降雨量監(jiān)測設(shè)備，做到自動、定時(shí)監(jiān)測，具有高度的準(zhǔn)確性與可靠性。

b.通過網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星等現(xiàn)代通信手段，將檢測完的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到上位機(jī)。

c.每個(gè)上位機(jī)將上傳來的數(shù)據(jù)整合匯總，交由水利數(shù)字化軟件處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出相應(yīng)的報(bào)告和報(bào)表。

整個(gè)過程準(zhǔn)確高效，可以替代部分或全部人工操作，是未來水利事業(yè)發(fā)展的方向。

2.3 水利數(shù)字化建設(shè)意義

傳統(tǒng)的水利工作方式是基于人力監(jiān)管，人作為執(zhí)行者，行使建設(shè)、管理、監(jiān)控等工作內(nèi)容。這種工作方式具有較大的可靠性與一定的嚴(yán)謹(jǐn)性，但缺點(diǎn)也很多：?人總有疏忽之時(shí)，無論再嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鳁l例，都不能保證工作萬無一失，而水利工作不同于其他工作，需要工作人員具有高度的責(zé)任感與工作自覺性，一旦發(fā)生問題，其后果往往不堪設(shè)想； ?由于水利工作的特殊性，造成很多崗位的工作環(huán)境異常艱苦，很多工作人員常年累月堅(jiān)守一線，艱苦的條件、工作的孤獨(dú)，造成工作人員心理狀態(tài)欠佳，以至影響工作?；谶@兩點(diǎn)，很多地區(qū)和單位近年來嘗試使用自動化裝置代替人工服務(wù)，實(shí)現(xiàn)輔助監(jiān)管、輔助測量等功能。自動化裝置可以提高工作的可靠性，減少工作人員的壓力，取得了良好的效果。因此，水利數(shù)字化建設(shè)對提高我國水利行業(yè)現(xiàn)代化水平具有重要意義。

3 水利數(shù)字化建設(shè)存在的主要問題

3.1 水利數(shù)字化建設(shè)基礎(chǔ)薄弱

水利事業(yè)是群眾性事業(yè)，全國90%水利工程均建于20世紀(jì)的五六十年代，是靠人民群眾 “手拉、肩扛、石滾碾壓”建設(shè)出來的，是由砂石、混凝土堆積而成的建筑物。多年來，水利工程在人們腦海中一直是“傻、大、黑、粗”形象，充分說明傳統(tǒng)水利的簡單化、粗放化及基礎(chǔ)設(shè)施的薄弱化。要將簡單粗放的水利與“高、精、尖”技術(shù)相連，其中大量技術(shù)難題需要解決，理論論證、工程化研究均需要做大量工作，而且難度較大，這些難題直接約束著水利數(shù)字化體系建設(shè)進(jìn)程。

3.2 缺少多學(xué)科復(fù)合型專業(yè)科技人才

水利數(shù)字化體系建設(shè)過程，是一個(gè)高度專業(yè)化、多學(xué)科交叉進(jìn)行的過程，需要大量知曉相關(guān)知識的人才。一方面，傳統(tǒng)水利院校畢業(yè)的學(xué)生往往精于本專業(yè)的知識，而其他現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代軟件工程理念等知識知之甚少； 反過來看，具有現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代軟件工程理念的人才又缺乏水利知識。另一方面，水利科學(xué)研究院(所)普遍存在著制度僵化、人才流失、創(chuàng)新不足等問題，不能完全適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，嚴(yán)重制約著其科研能力的發(fā)揮，無法完成高難度、龐大的水利數(shù)字化體系建設(shè)任務(wù)。所以，在建設(shè)現(xiàn)代水利數(shù)字化體系的過程中，急需大量既懂水利專業(yè)知識、又精通現(xiàn)代信息技術(shù)的復(fù)合型人才。

3.3 基層水利工作人員專業(yè)化素質(zhì)低下

水利數(shù)字化體系的建成，改變了一些傳統(tǒng)的工作方法和工作模式，是現(xiàn)代水利工作方式的大革新。舊的工作方式亟待改變，而基層工作人員對相關(guān)技術(shù)了解甚少，面對新設(shè)備、新工作方法，往往不知所措，比如：不會實(shí)際操作設(shè)備、軟件不會使用、不知道流程等。提高各基層水務(wù)部門的相關(guān)工作人員專業(yè)素質(zhì)，是解決水利數(shù)字信息化建設(shè)發(fā)展的瓶頸，必須盡快解決。

3.4 部分基層水利負(fù)責(zé)人數(shù)字化建設(shè)意識不強(qiáng)

水利數(shù)字化體系是新興事物，具有一定的先進(jìn)性、復(fù)雜性。而部分基層水務(wù)工作負(fù)責(zé)人往往墨守陳規(guī)，不愿嘗試新鮮事物，甚至對其抱有消極情緒，這將對全國水利數(shù)字化建設(shè)造成極大阻力。因此，提高基層水利工作負(fù)責(zé)人的數(shù)字化建設(shè)意識，是決定全國水利數(shù)字化體系建設(shè)、推廣的重中之重。

4 對策探討

4.1 加強(qiáng)水利基礎(chǔ)工程設(shè)施建設(shè)

2011年中央頒布了1號文件，為今后水利現(xiàn)代化建設(shè)帶來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。?應(yīng)充分利用這個(gè)機(jī)會，迅速轉(zhuǎn)變水利建設(shè)管理理念，加快改造老、舊水利工程設(shè)施步伐，利用各種水利工程除險(xiǎn)加固及改造更新等有利時(shí)機(jī)和條件，努力將水利數(shù)字化有關(guān)監(jiān)測、觀測、檢查等元素及視頻監(jiān)控設(shè)施列入改造方案，使數(shù)字化建設(shè)元素盡快融入原有工程中，使原有工程煥發(fā)勃勃生機(jī)，跟上時(shí)代發(fā)展步伐； ?對于新建工程，應(yīng)堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)的原則，將水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)化特征建模、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及二、三維視圖的自動生成能力等水利數(shù)字化理念和現(xiàn)代元素貫穿到工程設(shè)計(jì)中，工程投入使用后，即刻發(fā)揮數(shù)字化管理優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利和可持續(xù)發(fā)展水利轉(zhuǎn)變的治水思路。

4.2 培養(yǎng)創(chuàng)新復(fù)合型水利人才

現(xiàn)代水利數(shù)字化體系建設(shè)急需創(chuàng)新型、復(fù)合型水利專業(yè)人才，因此，各大中專院校，在堅(jiān)持打好普通專業(yè)課基礎(chǔ)的同時(shí)，嘗試改變培養(yǎng)模式。在本科階段，適當(dāng)加入現(xiàn)代化信息技術(shù)課程，并適當(dāng)增加交叉領(lǐng)域的課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生獲得現(xiàn)代信息技術(shù)在水利中應(yīng)用的感性認(rèn)識； 在研究生階段，應(yīng)將研究課題從傳統(tǒng)的水利研究課題向交叉領(lǐng)域轉(zhuǎn)變，重點(diǎn)是傳統(tǒng)水利技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)的結(jié)合。除此之外，教育部應(yīng)該在北京大學(xué)、清華大學(xué)、河海大學(xué)等重點(diǎn)大學(xué)建立水利數(shù)字化體系國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，為培養(yǎng)復(fù)合型水利人才創(chuàng)造有利條件。

4.3 改變傳統(tǒng)水利科研模式

水利數(shù)字化體系研究，是一個(gè)難度大、多學(xué)科交叉的科研活動，傳統(tǒng)的水利科研模式已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)對水利數(shù)字化體系的研究。所以，改變水利科研模式刻不容緩。作者認(rèn)為，水利科研項(xiàng)目應(yīng)該由國家直屬研究院(所)承擔(dān)轉(zhuǎn)移到高等院校及企業(yè)共同承擔(dān)，互相交融、互相促進(jìn)。大學(xué)負(fù)責(zé)輸送人才，研究院(所)制定大的科研目標(biāo)，再由企業(yè)或企業(yè)與高校合作實(shí)現(xiàn)具體的科研任務(wù)，這樣，三方各司其職，互相促進(jìn)，有助于將科研成果盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。研究院(所)把握大的研究方向，高校在與企業(yè)合作過程中不斷培養(yǎng)人才，企業(yè)則在科研活動中增加了自主創(chuàng)新能力，這樣既留住了人才，同時(shí)又獲得了經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步推動了社會科技進(jìn)步。

4.4 盡快提高基層水利工作人員專業(yè)素質(zhì)

現(xiàn)代水利對基層水利工作人員提出了更高要求，需要基層水利工作人員盡快掌握現(xiàn)代工作方式、工作方法和工作流程。筆者建議，各地應(yīng)以省為單位，開設(shè)關(guān)于新技術(shù)、新方法的講座培訓(xùn)班，針對新參加工作的基層水利工作人員，強(qiáng)化崗前培訓(xùn)，結(jié)業(yè)考試合格的人員才有上崗資格； 對于參加工作多年的基層水利工作人員，要每隔3～5年定期培訓(xùn)1次。通過這種強(qiáng)制辦法，不斷更新專業(yè)知識，迅速提高基層水利工作人員的專業(yè)素質(zhì)，盡快適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字化水利的建設(shè)管理需要。

4.5 改變傳統(tǒng)水利管理觀念，堅(jiān)持改革創(chuàng)新

建設(shè)水利數(shù)字化體系，是關(guān)乎國計(jì)民生和水利事業(yè)發(fā)展的大事?；鶎铀?fù)責(zé)人應(yīng)解放思想、勇于接納新鮮事物，從思想上重視，從行動上支持。筆者建議通過互聯(lián)網(wǎng)、電視、報(bào)刊等媒體，采取講座、培訓(xùn)等方式，普及水利數(shù)字化體系建設(shè)的重要性與緊迫性，使領(lǐng)導(dǎo)者從思想上重視； 同時(shí)，將水利數(shù)字化體系建設(shè)納入基層水利領(lǐng)導(dǎo)的考核體系，使其認(rèn)識到“適應(yīng)者重用，不適應(yīng)者淘汰出局”，只有這樣才能從根本上解決水利數(shù)字化發(fā)展瓶頸。

5 結(jié) 語

水利數(shù)字化體系建設(shè)，是傳統(tǒng)水利技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)的結(jié)合，有助于更好地發(fā)展水利事業(yè)，有助于提高水利事業(yè)的現(xiàn)代化程度，關(guān)乎國計(jì)民生。在水利數(shù)字化建設(shè)過程中，各級水行政主管部門，應(yīng)抓住當(dāng)前水利事業(yè)大發(fā)展的有利時(shí)機(jī)，樹立水利數(shù)字化建設(shè)管理理念，認(rèn)真抓好水利數(shù)字化體系建設(shè)，提高水利工程信息化、現(xiàn)代化水平，使水利工程真正成為造福于人民、造福于社會、造福于國家的放心工程。