時(shí)間:2011-07-08來(lái)源:
我國(guó)水利學(xué)科在未來(lái)10年將要迎來(lái)水聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。
水聯(lián)網(wǎng)的想法來(lái)自于最近信息領(lǐng)域比較熱門的名詞“物聯(lián)網(wǎng)”。“物聯(lián)網(wǎng)”就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思:第一,“物聯(lián)網(wǎng)”的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二,其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間,進(jìn)行信息交換和通訊。通俗地說(shuō),就是有了物聯(lián)網(wǎng),人們就知道喝的牛奶是那頭牛產(chǎn)的、吃的蘋果是那棵樹(shù)摘的,物質(zhì)的生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)全過(guò)程得到信息儲(chǔ)存和監(jiān)控。
看了物聯(lián)網(wǎng)的定義,水利專家一定會(huì)感覺(jué)到怎么這么眼熟呢?從最初水利系統(tǒng)在河流上建立起的龐大的水文和水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),到最近提出的“數(shù)字黃河”、“數(shù)字長(zhǎng)江”,以及日本人提出的通過(guò)衛(wèi)星測(cè)報(bào)洪水等等,都能看到“物聯(lián)網(wǎng)”的影子。但是,無(wú)論水利上的哪一個(gè)系統(tǒng)都不可能達(dá)到“物聯(lián)網(wǎng)”的影響和作用。這除了兩者還是有較大的區(qū)別外,更重要的是水利信息系統(tǒng),在使用上沒(méi)那么便捷,在功能上還達(dá)不到要求,在專業(yè)上還沒(méi)有很好結(jié)合,在開(kāi)放性上也不共享。跟隨“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展,水利信息化應(yīng)該進(jìn)入水聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,借助“物聯(lián)網(wǎng)”建立適應(yīng)時(shí)代的水利信息平臺(tái)。
水聯(lián)網(wǎng)(The Internet of water)的定義是:通過(guò)各種信息傳感設(shè)備,測(cè)量水文水質(zhì)等水利要素,傳遞到互聯(lián)網(wǎng)上,進(jìn)行信息交換和通訊,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控、計(jì)算、模擬、預(yù)測(cè)和管理的一種涉水網(wǎng)絡(luò)。主要信息要素包括:水文、水質(zhì)、降雨、洪水、滑坡、水土流失、墑情旱情、大壩監(jiān)控、施工監(jiān)控等各種水利數(shù)據(jù)。
水聯(lián)網(wǎng)是“物聯(lián)網(wǎng)”的一種,基本功能類同。但是,水利管理的本質(zhì)是基于對(duì)水循環(huán)過(guò)程及其作用規(guī)律的認(rèn)識(shí),要求對(duì)水流過(guò)程進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。這就構(gòu)成了與物聯(lián)網(wǎng)的不同特色,需要水利學(xué)科的基礎(chǔ)理論和過(guò)程規(guī)律的支持。因此,水力學(xué)中水流運(yùn)動(dòng)和污染物傳播的規(guī)律,河流動(dòng)力學(xué)中泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律,水文學(xué)中的水循環(huán)規(guī)律,水資源演化規(guī)律,水工結(jié)構(gòu)中的大壩動(dòng)力學(xué)響應(yīng)機(jī)理與大壩損傷規(guī)律,山洪災(zāi)害、滑坡泥石流形成規(guī)律等等,構(gòu)成水聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。由于要進(jìn)行高性能計(jì)算,基于網(wǎng)絡(luò)的水流計(jì)算將面臨新的發(fā)展,一些新的計(jì)算方法和模式將誕生。由于把水利傳感器直接根植于網(wǎng)絡(luò),能夠?qū)λ录?shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)監(jiān)控,對(duì)計(jì)算方法要求簡(jiǎn)單,對(duì)計(jì)算結(jié)果反饋校正,必將提高對(duì)水事件的科學(xué)管理能力。
水聯(lián)網(wǎng)也會(huì)改變水利行業(yè)的管理方式,因?yàn)橐胂硎芩?lián)網(wǎng)提供的好處,就必須達(dá)到水利學(xué)科與信息技術(shù)的完美結(jié)合,就必須打破原來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)等資源的封閉壟斷,提供公開(kāi)共享的數(shù)據(jù)資源。在水聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)下,各類工程的數(shù)據(jù)檔案能夠得到有效的保存,實(shí)現(xiàn)水利工程施工中數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、檔案化。在水聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,公眾能夠積極參與,監(jiān)督各種水事件的處置結(jié)果。在水聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代,數(shù)字黃河與數(shù)字長(zhǎng)江、數(shù)字大壩、數(shù)字施工等宏偉的科學(xué)設(shè)想才能得到完美實(shí)現(xiàn),也能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)衛(wèi)星對(duì)干旱、洪水進(jìn)行測(cè)報(bào)。
水聯(lián)網(wǎng)是一種新的設(shè)想,應(yīng)該隨著“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展得到同步實(shí)現(xiàn)。當(dāng)下,建設(shè)水聯(lián)網(wǎng)需要開(kāi)展相應(yīng)的科學(xué)論證與實(shí)驗(yàn),搞清楚“物聯(lián)網(wǎng)”的技術(shù)發(fā)展,結(jié)合水利學(xué)科與工程應(yīng)用特色,提出水聯(lián)網(wǎng)的總體方案、關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)施步驟,分析論證建設(shè)的可行性和必要性。特別需要論證技術(shù)發(fā)展的連續(xù)性,使得水聯(lián)網(wǎng)根植于目前水利系統(tǒng)已經(jīng)建立的監(jiān)測(cè)體系、通訊傳輸體系、工程管理體系等信息化系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上發(fā)展,首先建立科學(xué)實(shí)驗(yàn)水聯(lián)網(wǎng),進(jìn)而建立實(shí)現(xiàn)水聯(lián)網(wǎng)。水聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)將實(shí)現(xiàn)水利各學(xué)科與計(jì)算機(jī)、信息學(xué)科的高度融合,必將推動(dòng)水力學(xué)、河流動(dòng)力學(xué)、水文學(xué)等水利學(xué)科的發(fā)展。
水聯(lián)網(wǎng)建成后不僅能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)衛(wèi)星測(cè)量洪水,也能夠?qū)崿F(xiàn)洪水預(yù)報(bào)的目標(biāo)。一場(chǎng)雨到底會(huì)產(chǎn)生多大洪峰,帶進(jìn)河道多少泥沙,壩堤會(huì)不會(huì)潰決?這是江河防洪最想知道的。以黃河龍門河段為例,這里是黃河從中游進(jìn)入下游的代表斷面,如果能預(yù)測(cè)到這里的洪水,下游防御就能積極應(yīng)對(duì)。我期待著10年以后,科研人員只要打開(kāi)水聯(lián)網(wǎng)搜索引擎,就能找到希望得到的任何水利信息。