談互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用

趙 琳，夏晨光，任澤儉

（1.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南250014；2.山東潤(rùn)魯工程咨詢有限公司，山東 濟(jì)南250109）

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益成為促進(jìn)全球變化的重要因素，互聯(lián)網(wǎng)信息通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸受3G/4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制，出現(xiàn)了速率低、普遍存在延遲的問題，而5G是第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，是4G傳輸速度的近百倍，響應(yīng)時(shí)間更快，并得到了快速地發(fā)展，國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)拿到5G牌照，5G具備高速率和低延遲的特性，正是新的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)解決方案。

水利行業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的基礎(chǔ)行業(yè)，各級(jí)水利部門著力補(bǔ)短板、強(qiáng)監(jiān)管，各項(xiàng)工作得到推動(dòng)和發(fā)展，但水旱災(zāi)害防御、水資源配置、河湖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、涉水事務(wù)監(jiān)管等方面形勢(shì)依然嚴(yán)峻，并且是“十四五”時(shí)期水利改革發(fā)展的主要目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)充分利用5G與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，全面提升水安全風(fēng)險(xiǎn)防控能力、優(yōu)化水資源配置格局。結(jié)合水利行業(yè)的需求，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行創(chuàng)新提升，構(gòu)建適合水利工程特點(diǎn)的信息采集、VR展示、5G安全互聯(lián)非常有必要，因此，有必要對(duì)5G與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水利行業(yè)進(jìn)行研究與探索。

1 應(yīng)用水利場(chǎng)所

1.1 大中型水利工程

山東省大中型水庫(kù)、泵站、水閘基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，而且很多站點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地自動(dòng)化控制及遠(yuǎn)程監(jiān)控?，F(xiàn)地采集的信息通過PLC進(jìn)行轉(zhuǎn)存和處理，在現(xiàn)地通過對(duì)應(yīng)按鈕進(jìn)行自動(dòng)化操作，也可以在管理處/管理所上位機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制和數(shù)據(jù)顯示、分析；上級(jí)監(jiān)控部門可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)管，但跨地市的遠(yuǎn)程控制較少使用，主要是兩個(gè)原因：1）遠(yuǎn)程操控直觀性、可靠性差，大中型閘泵站需運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)操作，并配置監(jiān)護(hù)人，以備操作錯(cuò)誤或緊急情況發(fā)生；2）通信傳輸不能保障，除大中型調(diào)水工程可以在工程沿線敷設(shè)專用光纜或租用專用線路，很多大中型水利工程不具備在覆蓋完整管理范圍的光纜傳輸通道，而采用GPRS/4G或無線網(wǎng)絡(luò)在穩(wěn)定性、可靠性方面存在問題

若引入VR技術(shù)，運(yùn)行人員或監(jiān)護(hù)人可通過VR實(shí)景信息觀察現(xiàn)地設(shè)備運(yùn)行情況，并結(jié)合APP顯示的操作流程與設(shè)備信息進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；如果結(jié)合5G技術(shù)，提高移動(dòng)通信的保障率和傳輸速度，可以為遠(yuǎn)程通信及控制提供更好的解決方案，有效的節(jié)省運(yùn)行管理人員的操作時(shí)間和工作量，并且能夠保障更高的可靠性。

1.2 水文站點(diǎn)監(jiān)測(cè)

在山東水文站網(wǎng)的建設(shè)過程中，水文站監(jiān)測(cè)能力不斷提高，但考慮近年來突發(fā)臺(tái)風(fēng)及暴雨天氣較多、涉及面更廣，水文站網(wǎng)的覆蓋范圍仍然需要增加，監(jiān)測(cè)設(shè)施及監(jiān)測(cè)水平急需進(jìn)一步提高。水文站網(wǎng)監(jiān)測(cè)水平的提高，除了受水文監(jiān)測(cè)專用設(shè)備發(fā)展的制約，大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用范圍小、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸不夠可靠、視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)單一、建設(shè)費(fèi)用過高、維護(hù)人員不足等也是制約水文監(jiān)測(cè)發(fā)展的重要因素。

水文行業(yè)相對(duì)獨(dú)立，存在大量需要人工參與或完成的監(jiān)測(cè)方式，并且與環(huán)保、氣象、黃河等部門的信息缺乏有效互連，與環(huán)保、氣象、自然資源等相關(guān)企業(yè)掌握的信息缺少對(duì)接，天氣、雨量、含沙量、水質(zhì)等相關(guān)數(shù)據(jù)需要通過新建監(jiān)測(cè)設(shè)備才能獲取，若與以上部門或企業(yè)信息對(duì)接，充分利用物聯(lián)網(wǎng)，通過更穩(wěn)定可靠的5G網(wǎng)絡(luò)接入更專業(yè)的設(shè)備采集信息，則可獲取更全面的數(shù)據(jù)、減少重復(fù)建設(shè)、節(jié)省水利建設(shè)成本。

水文行業(yè)對(duì)重要河湖水位、流速的監(jiān)測(cè)方式信息化程度越來越高，很多監(jiān)測(cè)站點(diǎn)在現(xiàn)地采用RTU對(duì)水位、流速數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過GPRS進(jìn)行無線傳輸，雖然技術(shù)相對(duì)很成熟，但存在RTU穩(wěn)定性容易出問題、監(jiān)測(cè)信息通過4G傳輸可靠性不夠高、采用有線網(wǎng)絡(luò)方式建設(shè)周期長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)租賃費(fèi)用高、水文系統(tǒng)缺乏相應(yīng)的專業(yè)設(shè)備維護(hù)人員和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員等問題。可以增強(qiáng)RTU本地分析的功能及對(duì)通信協(xié)議的控制能力，再通過5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，可以保障信息采集與傳輸?shù)姆€(wěn)定性、及時(shí)性；鐵塔部門在國(guó)內(nèi)業(yè)務(wù)范圍廣、資源豐富，在5G推廣的過程中會(huì)布設(shè)覆蓋面更廣的鐵塔、立桿及高點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備，并且具備專業(yè)的視頻監(jiān)控設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及有線網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員，如果能利用鐵塔資源，可以有效為水文行業(yè)補(bǔ)短板。

1.3 國(guó)家水資源監(jiān)控

山東省實(shí)施了國(guó)家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項(xiàng)目，現(xiàn)在二期項(xiàng)目已經(jīng)開始運(yùn)行，但在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中仍存在一些問題，如監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量大、種類多、分布廣，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過GPRS進(jìn)行無線傳輸延遲、丟失的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；而且現(xiàn)地設(shè)備如果出現(xiàn)問題，不好進(jìn)行遠(yuǎn)程判斷，運(yùn)維起來比較麻煩，派駐人力去現(xiàn)場(chǎng)處理設(shè)備問題成本很高；在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)警等方面也存在短板。隨著5G的應(yīng)用發(fā)展，GPRS會(huì)逐漸退出歷史舞臺(tái)，加快支持5G的RTU的更新?lián)Q代是大勢(shì)所趨。設(shè)備故障原因查詢和維護(hù)可采用VR/AI技術(shù)，通過5G傳輸技術(shù)，遠(yuǎn)程對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行檢查、判斷；也可以利用5G技術(shù)的快速、低延遲的優(yōu)勢(shì)，控制測(cè)控一體閥，并傳輸閥門狀態(tài)與流量數(shù)據(jù)，而且還可以結(jié)合實(shí)時(shí)圖像監(jiān)控進(jìn)行分析和監(jiān)控。

1.4 河湖長(zhǎng)制工作

河湖監(jiān)管難度大，單靠人工巡查、定期采樣等監(jiān)測(cè)方式成本高、效率低，新建站點(diǎn)建設(shè)周期長(zhǎng)、成本高、維護(hù)分散，5G建設(shè)正大力開展，水利部門可以通過政府協(xié)調(diào)或企業(yè)合作的方式，加強(qiáng)基礎(chǔ)行業(yè)數(shù)據(jù)開放和共享的頂層設(shè)計(jì)，將5G基站、5G設(shè)備機(jī)房等基礎(chǔ)設(shè)施納入國(guó)土、環(huán)保、水利等基礎(chǔ)信息平臺(tái)，與國(guó)土、環(huán)保、水利等基礎(chǔ)設(shè)施資源構(gòu)建“一張圖”。利用5G站點(diǎn)、機(jī)房、高點(diǎn)監(jiān)控，接入覆蓋范圍極廣的河湖監(jiān)控視頻，并利用攝像機(jī)本身具備的入侵檢測(cè)、跨越圍欄、快速移動(dòng)等偵測(cè)功能，并結(jié)合AI智能識(shí)別，自動(dòng)識(shí)別河湖范圍內(nèi)的相關(guān)違法行為，如亂占、濫建等行為；在軟件端對(duì)其進(jìn)行再篩選、再識(shí)別和報(bào)警預(yù)警。在距離村莊很遠(yuǎn)的偏僻區(qū)域，可自行建設(shè)或與鐵塔部門進(jìn)行結(jié)構(gòu)模式探討建設(shè)新監(jiān)控站點(diǎn)，利用5G制式進(jìn)行傳輸，保障傳輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性。河湖和廣大農(nóng)村污水排放不規(guī)范，污染面積廣，通過5G技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)污水土壤的分析，可視化管理，可以積極有效的促進(jìn)水資源管理與水安全控制。

2 結(jié)語

5G及多種互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用場(chǎng)景很多，值得研究和推廣。建立新型防汛監(jiān)督機(jī)制、構(gòu)建一體化的水利全面感知網(wǎng)、加強(qiáng)多行業(yè)的互聯(lián)互通等都可以借助5G來解決，進(jìn)而能夠開發(fā)出適用范圍更廣的應(yīng)用設(shè)備及軟件，為我國(guó)新基建、新水利提供更好的解決方案。