智慧水利相关技术研究进展

智慧水利相关技术研究进展Presented

by

倪建军河海大学物联网工程学院引

言

2019年

，

水利部印发了《加快推进智慧水利指导意见》和《智慧水利总体方案》

，

明确提出要大幅提高

水利科技创新实力

，

抓好智慧水利建设

，加快信息化

基础设施升级改造

，

强化行业监管信息支撑

，

大幅提

升水利信息化、

智能化水平。

智慧水利站在了水利科技发展的最前沿

，迎来了新的

机遇和挑战。1/

智

慧

水

利

简

介2/

相关技术研究进展

3/

应

用

实

践

与

分

析4/

总

结与

展

望目

录#1

智慧水利简介详见：倪建军,etal.水联网与水利信息化理论探讨及应用实践.水利信息化,2016(4)一、水利信息化的发展历程1

、

水利信息化发展脉络水利智慧化（水联网）水利信息化（网络化）水利自动化传统水利现代水利一、水利信息化的发展历程2

、

水利信息化大事件（1）金水工程一、水利信息化的发展历程2

、

水利信息化大事件（2）数字黄河>

2003年

，水利部正式批复

《"数字黄河"工程规划》和

《"模型黄河"工程规划》

，

标志三条黄河进入全面实

施阶段。>

三条黄河

：

原型黄河

、模

型黄河、数字黄河一、水利信息化的发展历程2

、

水利信息化大事件（3）感知太湖>

201某省市市"感知太湖•

智慧水利"项目通过中科院专家论证，

正式开始进入实施阶段。一、水利信息化的发展历程2

、

水利信息化大事件（4）

2011年中央一号文件>

目标任务。力争通过5年到1

0年努力，从根本上扭转水利建设

明显滞后的局面。>

同一年：

水利部发布《关于开展

推进水利现代化试点工作的通

知》

某省市市某省市市

级区域水利某省市市份。一、水利信息化的发展历程2

、

水利信息化大事件（5）

2016年

，河长制>

2016年12月，

中国中共中

央办公厅、

办公厅

印发了《关于全面推行河

长制的意见》

，并发出通

知，要求各地区各部门结

合实际认真贯彻落实。>

中心思想：工程补短板、行业强监管，奋力开

创新时代水利事业新局面>

其中特别指出：要加强水文监测站网、水资源监控管理系统、水库大坝安全监测监督平台、山洪灾害监测预警系统、水利信息网络安全建设，推动建立水利遥感和视频综合监测网，提升监测、监视、监控覆盖率和精准度，建设水利大数据中心，整合提升各类应用系统，增强水利信息感知、分析、处理和智慧应用的能力，

以水利信息化驱动水利现代化。一、水利信息化的发展历程2

、

水利信息化大事件（6）

2019年

，鄂部长在全国水利工作会议上的讲话物联网可以被概括地描述为无数物体、动物

，甚至人与互联网实现无线连接。这些“节点”可以在没有人为干预的情况下发送或接收信息。有人估计

，到2020年

，接入物联网的设备将多达500亿台。当这些数以百万计的嵌入式设备连接到

人工智能机器，会发生什么？人工智能+物联网=？是否正如我们所担心

的

，将意味着文明的末日？二、智慧水利简介1

、

物联网+人工智能

=？当人工智能遇上物联网会带来什么？二、智慧水利简介2

、

物联网+人工智能的实际案例思考：什么是真正智慧化？二、智慧水利简介3

、

智慧水利的定义智慧水利=物联网+人工智能+水利应用二、智慧水利简介4

、

水联网与智慧水利的关系分析定义：物联网在涉水行业的具体应用特点：更透彻的感知、更全面的互联互通以及更高的智能目的：为实现真正的智慧水利服务智慧水利水联网二、智慧水利简介5

、

智慧水利与数字水利之区别l

清华大：Ø

数字水利是传承水信息学的进一步发展

，是2000年以来发展了

的现代水信息学。Ø

它从解决水问题的实际需求出发

，

以水循环的仿真模拟为基础，

综合汲取运用水科学、

信息科学、

系统科学和社会科学最新研

究成果

，

服务于提高水事活动效率和效能的目标

，

为水利现代

化提供技术支撑。二、智慧水利简介5

、

智慧水利与数字水利之区别l

Ø

“水利4.0”即为

“智慧水利”阶段

，

时间上预计

在2021-2050年前后。Ø

该阶段的特点是以丰富的水利经验为基础

，充分利

用信息通讯技术和网络空间虚拟技术

，使传统水利

向智能化转型。摘自：左其亭.中国水利发展阶段及未来“水利4.0”战略构想.水电能源科学,2015,33(4)l

主要区别Ø

数字水利是智慧水利的基础；Ø

智慧水利是数字水利的发展。Ø

主要区别在于是否有

“智慧”。二、智慧水利简介4

、

智慧水利与数字水利之区别什么是

“智慧”？三、智慧水利发展展望.

破解智慧水利瓶颈，需要

从以下几个方面入手（1）标准与规范问题（2）技术问题（3）人才问题（4）

安全问题（5）体制与观念问题详见：

倪建军,

中国水利报

，2018年3月8日版#2

相关技术研究进展第七次信息革命？现在我们正经历着一场信息革命。这不是在技术上

、机器设备上

、软件上或速度上的一场革

命，而是一场“概念

”上的革命。以往50年信

息技术的重点在“技术

”上，

目的在于提升信

息传播范围

、传播能力和传播效率。而新的信

息革命的重点将会在“信息”上。——彼得·德鲁克《21世纪的管理挑战》一、智慧水利发展相关核心技术.

目前

，信息技术已经成为推动全球产业变革的核心力量

，

并且

不断集聚创新资源与要素

，与新业务形态、

新商业模式互动融

合

，快速推动农业、

工业和服务业的转型升级和变革

，全新的

工业经济发展模式正在到来。.

云计算、

大数据、

物联网、

某著名企业互联网、

人工智能（

“云大物

移智”）等新一代信息技术的发展正加速推进全球产业分工深化和经济结构调整

，

重塑全球经济竞争格局

，

并驱动我国数字

经济发展。.

新一代信息技术的发展

，为建设智慧水利提供了全方位服务

，

为应对全球水问题提供了新的解决手段和方案。一、智慧水利发展相关核心技术二、云计算技术1

、

什

么

是

云计算l

现在

，

“云计算”越来越成为人们所关注的一个

名词

，

因为它代表了信息时代的未来。l

云计算被视为科技业的下一次革命

，

而它也将对

工作方式和商业模式带来根本性的改变。

那么

，什么是云计算？云计算有什么用处？l

云计算不能算是一个全新的概念

，

它是并行计算、

分布式计算和网格计算的综合和发展。二、云计算技术2

、

云计算定义Ø

对云计算的定义有多种说法。

对于到底什么是云计算

，

至少可以找到100

种解释。现阶段广为接受的是美国国家标准与技术研究院（NIST）

定义:n云计算是一种按使用量付费的模式，这种模式提供可用的、便捷的、按

需的网络访问，

进入可配置的计算资源共享池（资源包括网络，服务器，

存储，应用软件，服务），这些资源能够被快速提供，只需投入很少的

管理工作，或与服务供应商进行很少的交互。基础设施即服务（IaaS

，Infrastructureasa

Service）平台即服务

（PaaS

，Platformasa

Service）软件即服务

（

SaaS，

Softwareasa

Service）（DaaS

，Desktopasa

Service）

（NaaS，Networkasa

Service）（BDaaS

，BigData

as

a

Service）二、云计算技术3

、

云计算服务及应用桌面即服务网络即服务大数据即服务…I国际某著名企业联盟ITU（2005）Fromanytime,

any

placeconnectivityforanyone,we

will

now

heconnectivityforanything。（任何时间

，任何地

点

，任何人

，任何事之间建立连接。）某省市理工（1999

，

首次提出）将各种信息传感设备，

如射频

识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品

都与网络连接在一起

，方便识别和

管理。三、物联网技术1

、

物联网的定义（InternetOf

Things）I

欧盟（2009）将现有的互联的计

算机网络扩展到互联

的物品网络。三、物联网技术2

、

物联网的体系结构I

四层体系架构四、某著名企业互联网1

、

什

么

是互联网>

互联网（英文Internet）

，

又称网际网路

，根据音译也被叫做因特网、

英特网

，是网络与网络之间所串连成的庞大网络

，这些网络以一组通用的协议相

连

，形成逻辑上的单一且巨大的全球化网络。>

在这个网络中有交换机、

路由器等网络设备、

各种不同的连接链路、

种类繁

多的服务器和数不尽的计算机、

终端。>

使用互联网可以将信息瞬间发送到千里之外的人手中

，

它是信息社会的基础。从技术层面的定义：

以宽带IP为技

术核心

，

可以同时提供语音、

数据、多媒体等业务的开放式基础某著名企业网

络从终端的定义：

用户使用手机、

上网本、

笔记本电脑、

平板电脑、

智能本等某著名企业终端

，通过某著名企业网络获取某著名企业通信网络服务和互联网服务某著名企业互联网就是将某著名企业通信

与互联网两者结合起来，发

挥各自的优势，融为一体。四、某著名企业互联网2

、

某著名企业互联网定义四、某著名企业互联网3

、

5G技术介绍>

5G通俗的来讲就是一项无线通信技

术

，

可以通过无线电波传递交换数据，

高速度是它的最大特点

，

比如下载一

部1G的电影只要几秒钟

，

比现在我们使用4G的网络有着数十倍的差别。>

5G特点：

高速度、

泛在网、

低功耗、

低时延、

万物互联、

重构安全。五、大数据技术1

、

什

么

是大数据所谓“大数据

”（big

data）指的是这样一种现象：一个公司日常运营所生成和积累用户

行为数据“增长如此之快，

以至于难以使用现有的

工具来驾驭，困难存在于数

据的

、

、

、

、

和

等方面。

”这些数据量是如此之大，

已经不

是以我们所熟悉G或T为单位来衡量，而是以

或

为计量单位，所以称之为大数据。五、大数据技术2

、

大数据的特点（4V）（1）多样性Variety（2）体量Volume（3）价值密度Value（4）速度Velocity2010年人类拥有的信息总量是1.2Z（1Z=10243T）,2020年将突破35Z,增长近20倍。大数据之“大”

，其实并不在于其表面的

“大容量”

，而在于其潜在的“大价值”。数据产生的速度快、数据处理的速度快。详见：倪建军主编.人工智能与机器人,科学出版社

，2019一般解释

：人工智能就是用人

工的方法在机器（计算机）

上

实现的智能

，或称机器智能。严格定义：

目前还没有，

因为智能本身也还无严格定义。1

、

人工智能定义六、人工智能1122

、

人工智能主要研究内容I

机器感知要让计算机具有类似于人的感知能力

，如视觉、

听觉、触觉、嗅觉、味觉；机器感知相当于智能系统的输入部分

，主要包括：

机器视觉、模式识别、

自然语言理解。I

机器学习让计算机能够像人那样自动地获取新知识

，并在实践中不断地完善自我和增强能力。I

机器行为让计算机能够具有像人那样地行动和表达能力，

如走、跑、拿、说、唱、写画等。机器行为相当于智能系统的输出部分。I

机器思维让计算机能够对感知到的外界信息和自己产生

的信息进行思维性加工。主要包括：推理、搜索、规划等方面的研究。六、人工智能>

总体来看

，

“云大物移智”代表着信息技术的大融合

，大变革。>

在

“基建时代”

，

云计算本质上还是传统IT（

Information

Technology，

信息技术）

；到了

“应用时代”

，

它变成新的IT（

IntelligenceTechnology

，智能技术）

。在云计算发展早期

，

它与大数据是割裂的。

而到了应用时代

，

云计算、

大数据和AI（人工智能）

开始深度融合。>

智慧水利是以云计算为平台

，某著名企业互联网、

物联网为终端

，大数据为

核心应用的水利（水务）

综合信息系统。七

、

小

结#3

应用实践与分析一、基于物联网的水利信息化平台综合架构二、水源地水质监控系统实践1

、

关键技术与难点亮点1：基于智能手机的水环境自动巡查u手机进行现场视频、音频同步

交互传输，实现指挥中心远程

指令的可视对讲指挥的需求；u可以进行直播，也可以实现本

地存储；u方便、使用、投入少。二、水源地水质监控系统实践2

、

工

作亮点亮点2：云平台的使用u由于水源地比较分散，监测

的相关数据由DTU通过4G网

络直接发送到云端数据库；u为了减少基层水利部门的投

入及信息系统维护成本，视

频流媒体服务的功能也采用

租用云平台的模式。二、水源地水质监控系统实践2

、

工

作亮点亮点3：人工智能技术应用u

智能语音识别：在进行巡查过程中，

为了实现快速录入，支持语音输入与

智能识别，减少基层巡查人员劳动强

度。u

水污染事件智能诊断：系统中采用基

于人工智能故障诊断技术，可以精确

区分传感器故障与突发水污染事件。二、水源地水质监控系统实践2

、

工

作亮点三、智慧河长制平台解决方案1

、

解决方案全景图三、智慧河长制平台解决方案2

、

解决方案系统架构四、其他应用实践1

、

水利枢纽三维动态展示平台可将实时监控数据与三维动态展示相结合。四、其他应用实践2

、

基于智能眼镜的关键设备远程维护>

基于智能眼镜的设备现场维护系统，

相关领域专家进行远程

指挥，

本地工程师现场操作，完成远程故障恢复等功能。>

节约时间

、

降低成本

、

提高效率。四、其他应用实践3

、

基于无人船的河道自动巡查1）无人船主要功能•多种水质参数采集

，

目前只支持常规五参数。•自主导航、

自主航行

，

可按设定路线自动到达指定地点。•根据GPS实现定位

，

完成任务后自动返航。•可以接受手动遥控操作

，

完成航行和水质参数采集任务。•可以接受地面基站的各种指令

，