時間:2011-07-08來源:
我國水利學科在未來10年將要迎來水聯網時代。
水聯網的想法來自于最近信息領域比較熱門的名詞“物聯網”。“物聯網”就是“物物相連的互聯網”。這有兩層意思:第一,“物聯網”的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡;第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通訊。通俗地說,就是有了物聯網,人們就知道喝的牛奶是那頭牛產的、吃的蘋果是那棵樹摘的,物質的生產、運輸、消費全過程得到信息儲存和監控。
看了物聯網的定義,水利專家一定會感覺到怎么這么眼熟呢?從最初水利系統在河流上建立起的龐大的水文和水質監測系統,到最近提出的“數字黃河”、“數字長江”,以及日本人提出的通過衛星測報洪水等等,都能看到“物聯網”的影子。但是,無論水利上的哪一個系統都不可能達到“物聯網”的影響和作用。這除了兩者還是有較大的區別外,更重要的是水利信息系統,在使用上沒那么便捷,在功能上還達不到要求,在專業上還沒有很好結合,在開放性上也不共享。跟隨“物聯網”的發展,水利信息化應該進入水聯網時代,借助“物聯網”建立適應時代的水利信息平臺。
水聯網(The Internet of water)的定義是:通過各種信息傳感設備,測量水文水質等水利要素,傳遞到互聯網上,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控、計算、模擬、預測和管理的一種涉水網絡。主要信息要素包括:水文、水質、降雨、洪水、滑坡、水土流失、墑情旱情、大壩監控、施工監控等各種水利數據。
水聯網是“物聯網”的一種,基本功能類同。但是,水利管理的本質是基于對水循環過程及其作用規律的認識,要求對水流過程進行模擬和預測。這就構成了與物聯網的不同特色,需要水利學科的基礎理論和過程規律的支持。因此,水力學中水流運動和污染物傳播的規律,河流動力學中泥沙運動規律,水文學中的水循環規律,水資源演化規律,水工結構中的大壩動力學響應機理與大壩損傷規律,山洪災害、滑坡泥石流形成規律等等,構成水聯網相關的基礎科學問題。由于要進行高性能計算,基于網絡的水流計算將面臨新的發展,一些新的計算方法和模式將誕生。由于把水利傳感器直接根植于網絡,能夠對水事件實現快速實時監控,對計算方法要求簡單,對計算結果反饋校正,必將提高對水事件的科學管理能力。
水聯網也會改變水利行業的管理方式,因為要想享受水聯網提供的好處,就必須達到水利學科與信息技術的完美結合,就必須打破原來對數據等資源的封閉壟斷,提供公開共享的數據資源。在水聯網的平臺下,各類工程的數據檔案能夠得到有效的保存,實現水利工程施工中數據的標準化、檔案化。在水聯網時代,公眾能夠積極參與,監督各種水事件的處置結果。在水聯網的時代,數字黃河與數字長江、數字大壩、數字施工等宏偉的科學設想才能得到完美實現,也能夠實現通過衛星對干旱、洪水進行測報。
水聯網是一種新的設想,應該隨著“物聯網”的發展得到同步實現。當下,建設水聯網需要開展相應的科學論證與實驗,搞清楚“物聯網”的技術發展,結合水利學科與工程應用特色,提出水聯網的總體方案、關鍵技術與實施步驟,分析論證建設的可行性和必要性。特別需要論證技術發展的連續性,使得水聯網根植于目前水利系統已經建立的監測體系、通訊傳輸體系、工程管理體系等信息化系統,在此基礎上發展,首先建立科學實驗水聯網,進而建立實現水聯網。水聯網的建設將實現水利各學科與計算機、信息學科的高度融合,必將推動水力學、河流動力學、水文學等水利學科的發展。
水聯網建成后不僅能夠實現通過衛星測量洪水,也能夠實現洪水預報的目標。一場雨到底會產生多大洪峰,帶進河道多少泥沙,壩堤會不會潰決?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入下游的代表斷面,如果能預測到這里的洪水,下游防御就能積極應對。我期待著10年以后,科研人員只要打開水聯網搜索引擎,就能找到希望得到的任何水利信息。