基于智慧水利的水資源數(shù)據(jù)融合與價(jià)值提升

陳海牛

（張掖市甘州區(qū)大滿水利電力管理處，甘肅 張掖 734000）

1 灌區(qū)概況

灌區(qū)位于甘肅省張掖市甘州區(qū)張大公路K40+016里程處。灌區(qū)總灌溉面積37 340.93 hm2，其中：耕地面積34 017.60 hm2、生態(tài)林面積3 323.33 hm2。下轄小滿、大滿、黨寨、堿灘、三閘及上秦等6個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）48個(gè)行政村和11個(gè)國營機(jī)關(guān)農(nóng)、林場，總?cè)丝?.65×104人。灌區(qū)現(xiàn)已建成干渠1條，長度59.70 km，建筑物216座，分干渠1條，長度16.45 km，建筑物180座；支渠、分支渠40條，長245.24 km，建筑物2 333座；斗渠528條，長579.40 km，建筑物7 230 座；農(nóng)用機(jī)電井1 555 眼；?。?）型水庫1 座，總庫容400×104m3；灌區(qū)現(xiàn)有支渠、分支渠39條，長245.24 km。

2 水資源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)

2.1 建設(shè)思路

近年來，國家層面對加強(qiáng)水力信息化建設(shè)十分重視，在嚴(yán)格水資源管理、保證水安全方面先后出臺了《水利部信息化建設(shè)與管理辦法》《關(guān)于全面推行河長制的意見》等系列文件，為水安全保證能力提升、水力監(jiān)管強(qiáng)化、水利現(xiàn)代化建設(shè)及智慧水利的發(fā)展指明了方向。灌區(qū)智慧水利的實(shí)現(xiàn)必須依托無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算等現(xiàn)有技術(shù)，借助水質(zhì)水壓表、數(shù)采儀等監(jiān)測設(shè)備，通過無線網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，并為水務(wù)管理、水質(zhì)監(jiān)測、水資源調(diào)配、防汛抗旱等提供監(jiān)測、預(yù)警、預(yù)測等智慧應(yīng)用。

2.2 智慧水利系統(tǒng)構(gòu)成

面向智慧水利的水資源管理系統(tǒng)由底層硬件設(shè)施、數(shù)據(jù)庫、用戶等模塊構(gòu)成，所以說水資源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)屬于綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)性工程，其構(gòu)建囊括了網(wǎng)絡(luò)硬件的搭建、數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建、數(shù)據(jù)備份、確定業(yè)務(wù)管理需求、開發(fā)系統(tǒng)軟件等諸多層面。該管理系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)硬件搭建為基石，以業(yè)務(wù)管理需求為系統(tǒng)建立的目標(biāo)，以數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建為軟件系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)。以上各要素在水資源管理系統(tǒng)建設(shè)的過程中相互關(guān)聯(lián)，互為條件。該系統(tǒng)涉及要素較為復(fù)雜，目標(biāo)量化存在一定難度，為此必須注重?cái)?shù)據(jù)融合，互聯(lián)互通，開放共享，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)。

就整體架構(gòu)而言，面向智慧水利的水資源管理系統(tǒng)自下而上包括應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層，具體構(gòu)成情況見圖1。由圖可知，感知層屬于信息獲取層，借助監(jiān)控?cái)z像頭、傳感器、多媒體終端、GPS 等工具實(shí)時(shí)感知并快速獲取水資源配置信息。網(wǎng)絡(luò)層則通過有線網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙、4G網(wǎng)等無線網(wǎng)絡(luò)，連接感知層和水利專網(wǎng)，達(dá)到廣域互聯(lián)（具體見圖2）。數(shù)據(jù)層的數(shù)據(jù)主要來自各類監(jiān)測點(diǎn)、子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)日常運(yùn)行及監(jiān)測結(jié)果，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸提取、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化而形成，進(jìn)而形成各種類型的數(shù)據(jù)庫；以上系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，為此必須借助云平臺存儲數(shù)據(jù)；與此同時(shí)，所收集到的數(shù)據(jù)采集終端、運(yùn)行系統(tǒng)、格式等均存在差異，面臨較大的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化融合難度。應(yīng)用層則主要集成水利數(shù)據(jù)信息，為用戶提供各類數(shù)據(jù)查詢、應(yīng)用、分析等服務(wù)。

圖1 水資源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 灌區(qū)智慧水務(wù)通信網(wǎng)絡(luò)圖

大滿灌區(qū)水資源數(shù)據(jù)管理涉及數(shù)個(gè)部門，為達(dá)到水資源數(shù)據(jù)高效融合及價(jià)值提升應(yīng)用，進(jìn)而構(gòu)建起完善的面向智慧水利的水資源數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，必須基于以上構(gòu)建思路，充分利用系統(tǒng)工程理論，分階段實(shí)施。具體而言，可分為以下四個(gè)步驟：一是聘請領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)專家和技術(shù)人員，加強(qiáng)大滿灌區(qū)水資源數(shù)據(jù)屬性、類型、分布狀況、集成過程等的定性研究與論證，相應(yīng)提出數(shù)據(jù)融合所面臨的重點(diǎn)、主要難點(diǎn)及挑戰(zhàn)、應(yīng)對思路；二是基于定性分析結(jié)果，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)定量分析；三是對定量數(shù)據(jù)展開后處理，并針對相關(guān)問題提出解決思路；四是不斷重復(fù)以上過程，直至得出與灌區(qū)現(xiàn)階段水資源管理需求相吻合的數(shù)據(jù)集合，為灌區(qū)水利管理單位提供技術(shù)及數(shù)據(jù)支持。

3 水資源數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘

3.1 注重灌區(qū)社會服務(wù)水利信息需求

在灌區(qū)水資源數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘的過程中，必須結(jié)合灌區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展實(shí)際，依托國內(nèi)外實(shí)地調(diào)研和比較研究等分析思路，以助力灌區(qū)精準(zhǔn)灌溉、精準(zhǔn)監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控，作為水資源數(shù)據(jù)價(jià)值提升的突破口，與信息技術(shù)深度融合后開展水資源配置信息分析，為系統(tǒng)平臺功能設(shè)計(jì)做好相關(guān)規(guī)劃。

3.2 整合水利信息資源

梳理灌區(qū)水利部門所收集和整合的水資源數(shù)據(jù)信息，并研究信息共享技術(shù)與途徑。與此同時(shí)，深入調(diào)查灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者個(gè)性化需求，研究4G/5G等主要信息來源下各類信息感知終端的信息接入方式；并對灌區(qū)內(nèi)水庫、閘站、水文站、氣象站等小型水利工程相關(guān)平臺展開信息化管理。

3.3 規(guī)劃水利信息平臺

從微觀層面而言，智慧水利主要服務(wù)于個(gè)體。個(gè)體需求存在一定程度差異，例如對于灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者而言，種植區(qū)域、主要作物種類、作物需水量、灌溉設(shè)施等均存在差異；然而，灌區(qū)水資源數(shù)據(jù)表現(xiàn)方面卻存在一致性和趨同性，例如土壤溫濕度、灌區(qū)氣候環(huán)境、灌區(qū)主要作物類型等。此外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者種植過程又存在明顯的時(shí)變性。綜上，通過灌區(qū)管理部門或政府層面的行為展開個(gè)性化智慧水利信息服務(wù)推送必然存在滯后性、信息傳遞誤差等問題，必須積極轉(zhuǎn)變常規(guī)服務(wù)模式，向灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者等信息使用者推薦移動端、PC 端等主要服務(wù)路徑，以便向其提供依托水資源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的定制化服務(wù)。

3.4 提升水利數(shù)據(jù)價(jià)值

大滿灌區(qū)水資源數(shù)據(jù)涉及灌溉、抗旱、防汛等諸多部門，為此，必須從多角度出發(fā)探索水資源價(jià)值提升的可行方案。在信息開放的基礎(chǔ)上，借助水利部門基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接入信息，滿足墑情、汛情、旱情等的定制要求；灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單元自行上傳作物種植感知信息，并利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能，提供輔助決策。

3.5 創(chuàng)新智慧水利服務(wù)模式

技術(shù)的不斷進(jìn)度為灌區(qū)智慧水利服務(wù)模式的創(chuàng)新提供了契機(jī)。首先，必須積極探索灌區(qū)水資源數(shù)據(jù)價(jià)值提升與智慧水利有機(jī)結(jié)合的可行路徑，例如，灌區(qū)主要作物個(gè)性化的種植、灌溉過程數(shù)據(jù)可為科學(xué)種植與節(jié)水灌溉提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)來源，相關(guān)數(shù)據(jù)在服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者個(gè)體的同時(shí)，也為灌區(qū)智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了可能；通過對此類數(shù)據(jù)展開知識挖掘，充分指導(dǎo)灌區(qū)相關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者不斷優(yōu)化種植及水資源利用方案，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者個(gè)人利益和灌區(qū)水資源利用效率的最大化。此外，必須積極探索人工智能在灌區(qū)水資源利用方面的落腳點(diǎn)，借助創(chuàng)新性技術(shù)轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)水資源數(shù)據(jù)信息創(chuàng)造、收集、利用、融合、價(jià)值提升的良性循環(huán)。

4 結(jié)語

綜上所述，水資源數(shù)據(jù)融合是灌區(qū)智慧水利發(fā)展及水資源信息管理系統(tǒng)集成的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，也是中國傳統(tǒng)的水利行業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化、數(shù)據(jù)化、信息化管理以及嚴(yán)格水資源考核、輔助性決策支撐的關(guān)鍵所在。為促成水資源數(shù)據(jù)深度融合和價(jià)值提升目的的實(shí)現(xiàn)，必須充分利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)分析、預(yù)測關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)，通過驗(yàn)證平臺加強(qiáng)分析驗(yàn)證，為灌區(qū)智慧水利建設(shè)提供思路和路徑。