智能技術(shù)在水利防汛減災(zāi)工作中的研究及應(yīng)用

吳 偉 秦超杰

智能技術(shù)在水利防汛減災(zāi)工作中的研究及應(yīng)用

吳 偉 秦超杰

2016年，長江、淮河、太湖、珠江等流域都發(fā)生多年不見的大洪水，面對汛情全國上下協(xié)同作戰(zhàn)，防汛救災(zāi)工作取得有力有序、平穩(wěn)可控的成果。與十多年前相比，由于水利工程及非工程不斷地建設(shè)和發(fā)展以及新技術(shù)的應(yīng)用，防汛救災(zāi)工作更加科學(xué)和人性化。如今在互聯(lián)網(wǎng)時代，大數(shù)據(jù)、智能化技術(shù)將成為水利行業(yè)的“神器”，為水利防汛減災(zāi)帶來無時不在、無處不達(dá)的便利與高效。

一、水利防汛減災(zāi)的技術(shù)需求背景

我國水災(zāi)害的突發(fā)性、反常性和不可預(yù)見性日益凸顯，往往是多災(zāi)并發(fā)、重災(zāi)頻發(fā)、時空異常、旱澇急轉(zhuǎn)，氣候變化趨勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了以往的認(rèn)識和經(jīng)驗，經(jīng)常性發(fā)生50年一遇或100年一遇的大洪水。通過科學(xué)的管理手段和先進(jìn)的防汛減災(zāi)技術(shù)，可改變防洪減災(zāi)過多依靠人海戰(zhàn)術(shù)的做法，減輕防洪減災(zāi)人力投入和勞動強度，使洪澇災(zāi)害所造成的損失降到最小程度。

二、防汛減災(zāi)新技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)末開始，我國在水利工程建設(shè)的同時，相繼大規(guī)模、系統(tǒng)性地建設(shè)了防汛減災(zāi)決策和調(diào)度信息化系統(tǒng)，工程覆蓋我國7大流域、32個?。ㄊ?、自治區(qū)）。防汛減災(zāi)信息系統(tǒng)的建設(shè)，使水利信息采集的新技術(shù)、新模式得到廣泛應(yīng)用，洪水預(yù)報精度和優(yōu)化調(diào)度方案大大提高和完善；國家防汛調(diào)度指揮系統(tǒng)的全面建設(shè)，實現(xiàn)了中央和流域調(diào)度系統(tǒng)的實時交互和聯(lián)動，提高了防汛抗減災(zāi)指揮決策的科學(xué)性，更充分地發(fā)揮水利工程減災(zāi)效益。

2.存在問題

隨著社會經(jīng)濟各方面事業(yè)的迅速發(fā)展，在防洪工程取得巨大效益同時，洪水災(zāi)害的經(jīng)濟損失也不斷增加。水利建設(shè)中的科技技術(shù)較落后，水利科研投資嚴(yán)重不足，都是制約水利科技發(fā)展的因素。進(jìn)一步提高防洪減災(zāi)科技能力，減少洪災(zāi)損失，遏制洪水災(zāi)害對社會環(huán)境的影響，已是當(dāng)今社會的亟待加強研究的問題。

因此，水利防汛減災(zāi)工作，要適應(yīng)社會的進(jìn)步和水利事業(yè)的發(fā)展需求，在“智慧水利”思想的潮流引領(lǐng)下，利用當(dāng)今中國進(jìn)一步的改革開放的大好時機，充分利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，通過“互聯(lián)網(wǎng)+水利”及智能技術(shù)，使水利防汛減災(zāi)工作更上一個新臺階。

三、智能技術(shù)應(yīng)用探索

1.信息網(wǎng)絡(luò)的智能化

新形勢下，隨著人水和諧的治水新思路不斷深入發(fā)展，水利管理中的智能調(diào)度需要對水利信息的感知、仿真、預(yù)警、數(shù)據(jù)處理和運行維護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜合運用。

（1）物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)就是把感應(yīng)器嵌入到各種物體中，利用射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、納米技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)等，實現(xiàn)人類社會與物理系統(tǒng)信息交流。利用現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可進(jìn)行流域水文、工況等水利信息的采集、傳輸、管理；通過對降水、風(fēng)速、溫濕度、土壤水分等傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)的智能采集和監(jiān)測，可實時監(jiān)測區(qū)域內(nèi)水資源的整體情況；通過對河流、湖泊、水庫、飲用水源地、地下水觀測點等傳感器的遙感和地面的觀測，實現(xiàn)現(xiàn)場水質(zhì)的連續(xù)自動監(jiān)測。

（2）云計算

水利行業(yè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)涉及到流域和地方以及各個業(yè)務(wù)交叉部門，這不僅需要水利數(shù)據(jù)化的高度整合管理，更需要在數(shù)據(jù)處理方面根據(jù)實際情況靈活處理。

水利行業(yè)的信息種類多，各級信息分屬于不同的管理單位，云存儲能夠有效實現(xiàn)信息的共享，特別是防汛、山洪、水污染等突發(fā)事件，云存儲能提供統(tǒng)一有效的信息支持，為上級決策提供依據(jù)。

2.5G通信技術(shù)

5G（第五代移動通信）是一個端對端的生態(tài)系統(tǒng)，可帶來一個全面移動和聯(lián)網(wǎng)的寬帶通信系統(tǒng)。在水利行業(yè)，將普遍適用于水利信息的采集、傳輸和分析、調(diào)度、管理。出差在外的決策指揮人員憑借手機即時直觀地瀏覽任意一個水利設(shè)施的運行情況，獲取運行數(shù)據(jù)，并通知相關(guān)人員進(jìn)行高清會商。

3.智能化視頻監(jiān)視系統(tǒng)

高清、智能、多維漸漸成為視頻監(jiān)視的主流發(fā)展趨勢，也為水利事業(yè)提供了新的技術(shù)手段。高清晰度視頻監(jiān)控系統(tǒng)，能對污染物的分布和發(fā)展趨勢等進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程觀測，作為領(lǐng)導(dǎo)決策和執(zhí)法的依據(jù)。采用復(fù)合成像、視頻圖像處理及自動識別行為分析報警等相關(guān)軟件，可在夜間或者惡劣天氣條件下實現(xiàn)高效監(jiān)控。在洪水淹沒水域進(jìn)行救援時，可利用紅外熱成像攝像機準(zhǔn)確判斷出人的位置，使被困人員及時得到救助。

4.防汛調(diào)度智能會議系統(tǒng)

目前，水利系統(tǒng)各級單位均建設(shè)有多媒體會議系統(tǒng)，使得地理上分散的用戶可以共聚一處進(jìn)行會議會商。智能會議系統(tǒng)是將計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、聲光學(xué)技術(shù)等應(yīng)用到傳統(tǒng)的會議中，實現(xiàn)會議系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、無紙化等多功能性質(zhì)的專業(yè)化會議系統(tǒng)。隨著視訊技術(shù)的進(jìn)步，人們需要高質(zhì)量的音頻信號，高清晰的視頻動態(tài)畫面及圖像資料，準(zhǔn)確無誤的數(shù)據(jù)表達(dá)及一套實用高效的控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)高質(zhì)量的異地會商。同時，防汛調(diào)度智能會議系統(tǒng)還支持單兵系統(tǒng)、無人機系統(tǒng)、車載采集系統(tǒng)及其他水利數(shù)據(jù)的接入，使防汛決策部門可實時掌控防汛最前沿的情況，為防汛科學(xué)決策和管理提供相關(guān)信息支持。

5.無人機

無人機是通過地面遠(yuǎn)距離無線遙控和機載計算機程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器，具有設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、飛行靈活、易于控制、運行成本低等特點。

在汛期，無人機搭載攝像機可以迅速到達(dá)險情地域的上空，及時搜集水情、汛情和工程情況等信息，并且能夠?qū)崟r地監(jiān)視汛情的走向，為防汛指揮部作出決策提供較為客觀真實的信息；在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生區(qū)等高危地區(qū)，無人機能夠以較低的成本進(jìn)行救援行動，憑借體積小、攜帶方便的特點，地面工作人員可以及時地協(xié)調(diào)救援工作，降低了救援的難度，增加了救援的工作效率，保證了救援人員的安全。

工程測繪以無人機作為遙感飛行平臺，在機體上荷載數(shù)據(jù)遙感設(shè)備，利用遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)作為技術(shù)支撐，融入“3S”技術(shù)，可以實時對地或?qū)δ繕?biāo)水域進(jìn)行觀測及數(shù)據(jù)的快速處理。

動態(tài)及環(huán)境監(jiān)測利用無人機技術(shù)對水域?qū)嵤﹦討B(tài)監(jiān)測，能夠查明范圍內(nèi)水域的變化情況。

其他應(yīng)用無人機在應(yīng)急通信、水資源調(diào)度、蓄滯洪區(qū)管理、堰塞湖應(yīng)急監(jiān)測以及污染源監(jiān)測等方面都有著廣泛的應(yīng)用，也可用于泄洪分流對大壩的定點爆破。

四、結(jié)語

近年來，水利信息化為適應(yīng)國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略和“數(shù)字水利”向“智慧水利”發(fā)展轉(zhuǎn)變的需要，依托現(xiàn)有水利信息化成果，不斷地應(yīng)用新技術(shù)（航天技術(shù)、量子通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)及移動互聯(lián)網(wǎng)等）進(jìn)行水利信息化建設(shè)，推動了信息化與水利現(xiàn)代化的深度融合與創(chuàng)新發(fā)展，有力支撐和推動了水治理和水管理能力現(xiàn)代化進(jìn)程。水利管理部門應(yīng)不斷提升水利科技智能化建設(shè)和管理水平，普遍應(yīng)用現(xiàn)代通信、計算機網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)，開發(fā)與水有關(guān)的信息資源，直接為水資源的開發(fā)利用、水資源的配置與使用、水環(huán)境保護(hù)與治理等管理決策服務(wù)，提高水利行業(yè)的科學(xué)管理水平■

（作者單位：淮河水利委員會通信總站 233001）