【智慧与法】倪建军：智慧水利： 水利跨越式发展的重要路径
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智慧水利是智慧城市发展的必然产物，是体现城市管理现代化水平的标志之一，也是保障国计民生的重要技术手段。智慧水利的实施，能够推动水利系统的信息化建设，提高水利信息化水平，实现水利部门对水资源的实时监测和管理，实现水资源的合理开发、优化配置、有效保护和高效利用，同时也能有效提高水利部门的管理效率和社会服务水平。
吴冠中
智慧水利： 水利跨越式发展的重要路径
文 / 倪建军
智慧水利是智慧城市发展的必然产物，是体现城市管理现代化水平的标志之一，也是保障国计民生的重要技术手段。智慧水利的实施，能够推动水利系统的信息化建设，提高水利信息化水平，实现水利部门对水资源的实时监测和管理，实现水资源的合理开发、优化配置、有效保护和高效利用，同时也能有效提高水利部门的管理效率和社会服务水平。
当前，我国智慧水利建设发展迅速。江苏、浙江、福建、山东等地纷纷开展智慧水利项目建设，取得了显著成效。
本期约请河海大学物联网工程学院教授、博士生导师倪建军，谈谈智慧水利的相关问题。
Q
推动互联网、大数据、云计算、卫星遥感、人工智能等高新技术与水利业务深度融合，是当前水利发展的重要方向。我国智慧水利发展现状和前景如何？
A智慧水利是水利信息化发展的新阶段，是智慧地球、智慧城市理念在水利行业的延伸，可以用一个简单的理论公式来表达，即“智慧水利=物联网+人工智能+水利应用”。当前，我国江苏、浙江、福建、山东等地纷纷开展智慧水利项目建设，智慧水利建设发展迅速，主要表现为：
水利信息化工作稳步推进、成果显著。在基础设施建设方面，目前已建成了连接全国各流域机构和各省(直辖市、自治区)的实时水情信息传输广域网,建成新一代水利卫星通信系统并投入运行，基层水利部门也都基本完成相应枢纽和闸站的自动化改造工作等。在基础数据库建设方面，各流域各省(直辖市、自治区)的水文数据库和国家级水利政策法规数据库、水利空间数据库、全国水土保持数据库、全国农田灌溉发展规划数据库、全国防洪工程库和全国蓄滞洪区社会经济信息库等大多已初步建成，有些正在建设中。在专项业务应用系统建设方面，包括国家防汛抗旱指挥系统、水利电子政务信息系统、水资源管理决策支持系统、水土保持监测与管理信息系统、水质监测与评价信息系统、全国水利工程管理信息系统、全国农村水利水电及电气化管理信息系统、水利信息公众服务系统、全国水利规划设计管理信息系统和水利数字化图书馆在内的十大水利重点业务应用系统目前已基本完成，并在不断完善中。
传感网、云计算、移动互联等物联网技术得到大量应用。在传感技术、云计算和移动互联网发展的推动下，全球物联网进入实质性应用阶段。物联网技术的兴起，给水利信息化建设提供了一个很好的契机，我们通常把这些物联网技术在水利行业的具体应用称为“水联网”。水联网将有助于进一步提高水利信息化水平，提升水利数字化程度，更好地服务流域城乡供水、水生态环境保护与修复、防汛抗旱减灾及水资源管理等，并最终将传统水利向现代化、智能化推进。在传感网方面，目前，传感网络在我国水利行业广泛应用，涉及工程安全、防汛抗旱、水文水质、水土保持、农田水利等各个方面，已初步形成从传感器到二次采集设备、网络设备、中央监控设备的研发、封装、测试、生产、应用和系统集成的完整产业链条。云计算是一种基于互联网的新型计算与服务范式，从技术层面上讲，云计算基本功能的实现取决于两个关键因素，一个是数据的存储能力，另一个是分布式的计算能力。采用云计算技术，可以为技术密集和问题复杂的水利行业提供一种全新思路和方法。当前，我国水利行业也开展了对云计算的研究和应用，并且取得了一些成果，如基于云计算的防汛防旱信息集成平台、基于云计算的水利工程视频监控系统等，但云计算数据规范、云计算安全等方面还有待进一步提高。移动互联网作为移动通信和互联网的结合体，是一种通过智能移动终端，采用移动无线通信方式获取业务和服务的新兴业务，包含终端、软件和应用三个层面。移动互联网可以克服水利行业在管理方面存在的空间、时间层面的阻碍，是解决现场性、突发性、不确定性等水利日常工作的最佳解决方案。目前，水利行业已经开始接受并逐步普及移动互联网技术，例如水利行业可以直接与QQ、微信、APP、网站和智能手机建立双向通信，以提高服务质量，提醒用户可能发生的洪涝灾害、旱情、雨情、水情、水质等情况。移动智能终端还可以直接作为信息获取的手段，进行河湖巡查、突发事件实时上报等，能极大地提高信息传递的时效性和可靠性，对推动智慧水利建设具有重要意义。
智能感知、数据挖掘、智能决策等人工智能技术在水利行业崭露头角。人工智能（Artificial Intelligence，缩写为AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，主要研究内容包括机器感知、机器学习、机器思维和机器行为四大领域。目前水利行业开始尝试使用人工智能技术来提高水利现代化水平，从而进行更透彻的感知、更全面的互联互通以及更高层次的智能化。在防洪调度方面，人工智能技术应用最早，主要是进行洪水的智能预报，以及优化调度等。在水利行业其他方面，人工智能技术也开始有所应用，如基于人工神经网络的水污染趋势智能预测、基于模糊推理的大型水利机械智能故障诊断、基于智能机器人的水下大坝自动探测，等等。随着人工智能技术本身的发展以及智慧水利对智能性要求的不断提高，人工智能在水利行业的应用将会越来越多，并发挥更大作用。
Q
当前，我国智慧水利在发展过程中面临着哪些瓶颈？
A当前，我国智慧水利建设虽然取得了很大进展，但是在发展过程中面临着许多问题和瓶颈，有些是体制和观念层面的问题，有些是技术层面的问题，主要体现为以下几个方面：
标准与规范问题：包括通讯标准不统一、数据格式不规范、设备接口不统一，等等。这些严重影响了水利行业数据共享、资源共享以及云计算、大数据等新技术的进一步应用。
技术问题：智慧水利涉及的很多核心技术目前还在探索中，特别是人工智能技术，其本身尚处于发展和简单应用阶段。如何将人工智能技术与水利行业的需求深度融合，这方面的研究还不够。
人才问题：水利行业专门人才与大数据、物联网、人工智能等现代信息技术的复合型人才严重缺乏。
安全问题：智慧水利是建立在信息网络基础设施上的，其特点是平台的开放性、共享性，因此其基础是安全，包括通讯安全、数据安全、系统稳定等均需要考虑。目前，人们对这些安全问题的重视还不够。
体制与观念问题：智慧水利需要通过建立开放、包容的共享平台，促进不同部门、系统之间的信息共享和协同作业，进而实现及时、科学的决策和预测。目前由于观念、体制等问题，水利行业内部不同部门、水利行业与其他行业之间缺乏合作机制，信息孤岛依然存在，信息资源整合与共享问题尚未得到很好解决。
Q
智慧水利是提升水资源管理和公共服务能力、保障水利可持续发展的有力工具，也是大幅提升水资源效能的必然途径。应从哪些方面破解上述瓶颈，以推动水利信息化平稳健康发展？
针对上述智慧水利发展过程中遇到的瓶颈，如果要突破，需从以下几个方面着手：
鉴于目前的资金、技术、人才瓶颈，智慧水利建设不宜一开始就把面铺得过大，或者进行超出水利系统现有能力的盲目建设，防止不顾水利行业的发展规律急于求成的思想滋生。应注重提高质量，优先支持经济实力强、信息化基础好的部门与地区，进行智慧水利的试点，起到带头示范的作用。水利行业也可以尝试通过实施应用服务供应商（application service provider,简称“ASP”）服务外包来获得各种信息应用服务。ASP模式可以集中为搭建智慧水利平台提供所需要的所有网络基础设施及软件、硬件运作平台，负责所有前期的实施、后期的维护等一系列服务，使得政府无需购买软硬件、建设机房、招聘IT人员，只需前期支付一次性项目实施费和定期的ASP服务费，即可通过互联网享用信息系统。同时ASP服务商会通过一定的技术措施保证数据的安全性和保密性，在效果上与自建平台基本没有什么区别，投资成本小，风险系数小，尤其适合基层水利系统的信息化建设。采用ASP模式需要注意数据安全、信息保密等问题。
人才是基础，要发展智慧水利，需要加强人才培养与智力引进，提高水利行业从业人员，特别是基层水利员工的待遇，这样才能留住人才、吸引人才，这是一个系统工程，需要政府的顶层设计、统筹和水利院校的长远规划。
加大核心技术研发投入，把握智慧水利未来发展方向，围绕应用和产业急需，着力突破核心芯片、软件、仪器仪表等基础共性技术，加快水利传感器网络、智能终端、大数据处理、智能分析、服务集成等关键技术研发。只有加强关键技术领域的自主研发，突破核心技术，并加强相关技术集成创新，才有可能建设自主可控的智慧水利。
进一步完善水利行业数据规范和数据标准，建立资源共享的信息架构，用于描述支持业务流程运行中信息与数据交换共享的数据标准，提供信息标准化描述和组织的模型。搭建公共信息平台,统一各涉水管理部门的软件、接口和标准体系。同时，要密切关注水联网安全问题以及云计算平台整合等问题。
要敢于打破传统思维方式。发展智慧水利，要具备互联网思维，消除一切制约创新的环节，打破传统水利壁垒，转变水利行业中那些不适合智慧水利发展的落后理念，加快推进水环境、水上交通、水利工程建设等水利行业内部各部门之间的深度融合，协调水利行业与农业、气象、环保、能源、城市管理等其他各部门之间的跨界融合。通过建立体制机制架构体系，确保高品质的智慧水利顶层设计和规划，进一步完善智慧水利建设项目的评估指标体系，构建集成化的信息平台，减少重复投资，增加信息共享的能力，优化服务过程。
Q
您认为，智慧水利对于推动河长制和湖长制工作具有哪些意义？
A全面推行河长制和湖长制，以保护水资源、防治水污染、改善水环境、修复水生态为主要任务，全面建立省、市、县、乡四级河长、湖长体系，构建责任明确、协调有序、监管严格、保护有力的河湖管理保护机制，为维护河湖健康生命、实现河湖功能永续利用提供制度保障。智慧水利作为水利信息化的高级发展阶段，对于推动河长制和湖长制工作具有以下几个方面的重要意义：
提供全方位技术支撑。在充分利用现有水利信息化资源的基础上，以服务为导向，以数据为驱动，以业务为核心，构建河长制、湖长制信息综合应用系统，支持省、市、县、乡、村五级管理需求，实现河湖管理集成化、精细化、智能化、移动化，并借助智慧水利中智能信息感知、大数据挖掘、智能决策等高新技术，实现水质自动评价、水污染趋势预测预警、岸线动态变化智能分析等，打造“智慧化”河长制、湖长制信息平台，为全面推行河长制、湖长制提供全方位技术支撑。
提高公众对河长制、湖长制认知度，扩大影响。充分体现互联网思维的“共享性、开放性、网络化、便操作”等特征，建立流域与区域之间、地区之间、行业领域之间的业务处置支撑与议事协调机制，充分调动公众的参与积极性，打造“互联网+河长制”和“互联网+湖长制”信息化平台。
打造智慧水利平台，充分利用各种媒体，对河长制、湖长制所取得成果进行多方位综合展示，扩大影响，进一步推动河长制、湖长制工作。
有助于进一步解放思想、提高管理效率。智慧水利与河长制、湖长制可以说是一件事情的两个方面，其目的都是为了能更好地解决我国的水问题。河长制、湖长制从顶层设计上为智慧水利的建设提供了制度保障。反过来，智慧水利的实施，有助于进一步解放思想，实现信息的共享和跨部门间的协作等，从而彻底改变目前水利管理的运作方式，从真正意义上实现水资源综合利用和管理。通过云计算、大数据等高新技术应用，可以为政府、企业和个人提供高效、便捷的业务应用，为河长制、湖长制的工作推进提供动力。
原文载于《现代水利周刊》第4167期
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编辑：钟柳依
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