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文檔簡(jiǎn)介

智慧水利相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展Presented

by

倪建軍河海大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院引

2019年

,

水利部印發(fā)了《加快推進(jìn)智慧水利指導(dǎo)意見》和《智慧水利總體方案》

明確提出要大幅提高

水利科技創(chuàng)新實(shí)力

,

抓好智慧水利建設(shè)

,加快信息化

基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)改造

,

強(qiáng)化行業(yè)監(jiān)管信息支撐

,

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發(fā)展的最前沿

,迎來了新的

機(jī)遇和挑戰(zhàn)。1/

簡(jiǎn)

介2/

相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展

3/

應(yīng)

實(shí)

析4/

結(jié)與

望目

錄#1

智慧水利簡(jiǎn)介詳見:倪建軍,etal.水聯(lián)網(wǎng)與水利信息化理論探討及應(yīng)用實(shí)踐.水利信息化,2016(4)一、水利信息化的發(fā)展歷程1

、

水利信息化發(fā)展脈絡(luò)水利智慧化(水聯(lián)網(wǎng))水利信息化(網(wǎng)絡(luò)化)水利自動(dòng)化傳統(tǒng)水利現(xiàn)代水利一、水利信息化的發(fā)展歷程2

、

水利信息化大事件(1)金水工程一、水利信息化的發(fā)展歷程2

水利信息化大事件(2)數(shù)字黃河>

2003年

,水利部正式批復(fù)

《"數(shù)字黃河"工程規(guī)劃》和

《"模型黃河"工程規(guī)劃》

,

標(biāo)志三條黃河進(jìn)入全面實(shí)

施階段。>

三條黃河

原型黃河

、模

型黃河、數(shù)字黃河一、水利信息化的發(fā)展歷程2

、

水利信息化大事件(3)感知太湖>

2010年某省市"感知太湖?

智慧水利"項(xiàng)目通過中科院專家論證,

正式開始進(jìn)入實(shí)施階段。一、水利信息化的發(fā)展歷程2

、

水利信息化大事件(4)

2011年中央一號(hào)文件>

目標(biāo)任務(wù)。力爭(zhēng)通過5年到1

0年努力,從根本上扭轉(zhuǎn)水利建設(shè)

明顯滯后的局面。>

同一年:

水利部發(fā)布《關(guān)于開展

推進(jìn)水利現(xiàn)代化試點(diǎn)工作的通

知》

,確某省市為唯某省市

級(jí)區(qū)域水利現(xiàn)代某省市份。一、水利信息化的發(fā)展歷程2

、

水利信息化大事件(5)

2016年

,河長(zhǎng)制>

2016年12月,

中國(guó)中共中

央辦公廳、

國(guó)務(wù)院辦公廳

印發(fā)了《關(guān)于全面推行河

長(zhǎng)制的意見》

,并發(fā)出通

知,要求各地區(qū)各部門結(jié)

合實(shí)際認(rèn)真貫徹落實(shí)。>

中心思想:工程補(bǔ)短板、行業(yè)強(qiáng)監(jiān)管,奮力開

創(chuàng)新時(shí)代水利事業(yè)新局面>

其中特別指出:要加強(qiáng)水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)、水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)、水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)監(jiān)督平臺(tái)、山洪災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)、水利信息網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè),推動(dòng)建立水利遙感和視頻綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng),提升監(jiān)測(cè)、監(jiān)視、監(jiān)控覆蓋率和精準(zhǔn)度,建設(shè)水利大數(shù)據(jù)中心,整合提升各類應(yīng)用系統(tǒng),增強(qiáng)水利信息感知、分析、處理和智慧應(yīng)用的能力,

以水利信息化驅(qū)動(dòng)水利現(xiàn)代化。一、水利信息化的發(fā)展歷程2

、

水利信息化大事件(6)

2019年

,鄂部長(zhǎng)在全國(guó)水利工作會(huì)議上的講話物聯(lián)網(wǎng)可以被概括地描述為無數(shù)物體、動(dòng)物

,甚至人與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無線連接。這些“節(jié)點(diǎn)”可以在沒有人為干預(yù)的情況下發(fā)送或接收信息。有人估計(jì)

,到2020年

,接入物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備將多達(dá)500億臺(tái)。當(dāng)這些數(shù)以百萬計(jì)的嵌入式設(shè)備連接到

人工智能機(jī)器,會(huì)發(fā)生什么?人工智能+物聯(lián)網(wǎng)=?是否正如我們所擔(dān)心

,將意味著文明的末日?二、智慧水利簡(jiǎn)介1

、

物聯(lián)網(wǎng)+人工智能

=?當(dāng)人工智能遇上物聯(lián)網(wǎng)會(huì)帶來什么?二、智慧水利簡(jiǎn)介2

、

物聯(lián)網(wǎng)+人工智能的實(shí)際案例思考:什么是真正智慧化?二、智慧水利簡(jiǎn)介3

智慧水利的定義智慧水利=物聯(lián)網(wǎng)+人工智能+水利應(yīng)用二、智慧水利簡(jiǎn)介4

、

水聯(lián)網(wǎng)與智慧水利的關(guān)系分析定義:物聯(lián)網(wǎng)在涉水行業(yè)的具體應(yīng)用特點(diǎn):更透徹的感知、更全面的互聯(lián)互通以及更高的智能目的:為實(shí)現(xiàn)真正的智慧水利服務(wù)智慧水利水聯(lián)網(wǎng)二、智慧水利簡(jiǎn)介5

、

智慧水利與數(shù)字水利之區(qū)別l

某著名企業(yè):?

數(shù)字水利是傳承水信息學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展

,是2000年以來發(fā)展了

的現(xiàn)代水信息學(xué)。?

它從解決水問題的實(shí)際需求出發(fā)

,

以水循環(huán)的仿真模擬為基礎(chǔ),

綜合汲取運(yùn)用水科學(xué)、

信息科學(xué)、

系統(tǒng)科學(xué)和社會(huì)科學(xué)最新研

究成果

,

服務(wù)于提高水事活動(dòng)效率和效能的目標(biāo)

,

為水利現(xiàn)代

化提供技術(shù)支撐。二、智慧水利簡(jiǎn)介5

智慧水利與數(shù)字水利之區(qū)別l

學(xué)?

“水利4.0”即為

“智慧水利”階段

,

時(shí)間上預(yù)計(jì)

在2021-2050年前后。?

該階段的特點(diǎn)是以豐富的水利經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)

,充分利

用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)空間虛擬技術(shù)

,使傳統(tǒng)水利

向智能化轉(zhuǎn)型。摘自:左其亭.中國(guó)水利發(fā)展階段及未來“水利4.0”戰(zhàn)略構(gòu)想.水電能源科學(xué),2015,33(4)l

主要區(qū)別?

數(shù)字水利是智慧水利的基礎(chǔ);?

智慧水利是數(shù)字水利的發(fā)展。?

主要區(qū)別在于是否有

“智慧”。二、智慧水利簡(jiǎn)介4

智慧水利與數(shù)字水利之區(qū)別什么是

“智慧”?三、智慧水利發(fā)展展望.

破解智慧水利瓶頸,需要

從以下幾個(gè)方面入手(1)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范問題(2)技術(shù)問題(3)人才問題(4)

安全問題(5)體制與觀念問題詳見:

倪建軍,

中國(guó)水利報(bào)

,2018年3月8日版#2

相關(guān)技術(shù)研究進(jìn)展第七次信息革命?現(xiàn)在我們正經(jīng)歷著一場(chǎng)信息革命。這不是在技術(shù)上

、機(jī)器設(shè)備上

、軟件上或速度上的一場(chǎng)革

命,而是一場(chǎng)“概念

”上的革命。以往50年信

息技術(shù)的重點(diǎn)在“技術(shù)

”上,

目的在于提升信

息傳播范圍

、傳播能力和傳播效率。而新的信

息革命的重點(diǎn)將會(huì)在“信息”上?!说谩さ卖斂恕?1世紀(jì)的管理挑戰(zhàn)》一、智慧水利發(fā)展相關(guān)核心技術(shù).

目前

,信息技術(shù)已經(jīng)成為推動(dòng)全球產(chǎn)業(yè)變革的核心力量

,

并且

不斷集聚創(chuàng)新資源與要素

,與新業(yè)務(wù)形態(tài)、

新商業(yè)模式互動(dòng)融

,快速推動(dòng)農(nóng)業(yè)、

工業(yè)和服務(wù)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和變革

,全新的

工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式正在到來。.

云計(jì)算、

大數(shù)據(jù)、

物聯(lián)網(wǎng)、

某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、

人工智能(

“云大物

移智”)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展正加速推進(jìn)全球產(chǎn)業(yè)分工深化和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整

,

重塑全球經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)格局

并驅(qū)動(dòng)我國(guó)數(shù)字

經(jīng)濟(jì)發(fā)展。.

新一代信息技術(shù)的發(fā)展

,為建設(shè)智慧水利提供了全方位服務(wù)

,

為應(yīng)對(duì)全球水問題提供了新的解決手段和方案。一、智慧水利發(fā)展相關(guān)核心技術(shù)二、云計(jì)算技術(shù)1

、

云計(jì)算l

現(xiàn)在

“云計(jì)算”越來越成為人們所關(guān)注的一個(gè)

名詞

,

因?yàn)樗砹诵畔r(shí)代的未來。l

云計(jì)算被視為科技業(yè)的下一次革命

,

而它也將對(duì)

工作方式和商業(yè)模式帶來根本性的改變。

那么

,什么是云計(jì)算?云計(jì)算有什么用處?l

云計(jì)算不能算是一個(gè)全新的概念

它是并行計(jì)算、

分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的綜合和發(fā)展。二、云計(jì)算技術(shù)2

、

云計(jì)算定義?

對(duì)云計(jì)算的定義有多種說法。

對(duì)于到底什么是云計(jì)算

,

至少可以找到100

種解釋。現(xiàn)階段廣為接受的是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)

定義:n云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式,這種模式提供可用的、便捷的、按

需的網(wǎng)絡(luò)訪問,

進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池(資源包括網(wǎng)絡(luò),服務(wù)器,

存儲(chǔ),應(yīng)用軟件,服務(wù)),這些資源能夠被快速提供,只需投入很少的

管理工作,或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互?;A(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS

,Infrastructureasa

Service)平臺(tái)即服務(wù)

(PaaS

,Platformasa

Service)軟件即服務(wù)

SaaS,

Softwareasa

Service)(DaaS

,Desktopasa

Service)

(NaaS,Networkasa

Service)(BDaaS

,BigData

as

a

Service)二、云計(jì)算技術(shù)3

云計(jì)算服務(wù)及應(yīng)用桌面即服務(wù)網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)大數(shù)據(jù)即服務(wù)…I國(guó)際某著名企業(yè)聯(lián)盟ITU(2005)Fromanytime,

any

placeconnectivityforanyone,we

will

now

haveconnectivityforanything。(任何時(shí)間

,任何地

點(diǎn)

,任何人

,任何事之間建立連接。)某省市理工(1999

,

首次提出)將各種信息傳感設(shè)備,

如射頻

識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是讓所有的物品

都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起

,方便識(shí)別和

管理。三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)1

、

物聯(lián)網(wǎng)的定義(InternetOf

Things)I

歐盟(2009)將現(xiàn)有的互聯(lián)的計(jì)

算機(jī)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到互聯(lián)

的物品網(wǎng)絡(luò)。三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2

物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)I

四層體系架構(gòu)四、某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)1

、

是互聯(lián)網(wǎng)>

互聯(lián)網(wǎng)(英文Internet)

,

又稱網(wǎng)際網(wǎng)路

,根據(jù)音譯也被叫做因特網(wǎng)、

英特網(wǎng)

,是網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間所串連成的龐大網(wǎng)絡(luò)

,這些網(wǎng)絡(luò)以一組通用的協(xié)議相

,形成邏輯上的單一且巨大的全球化網(wǎng)絡(luò)。>

在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有交換機(jī)、

路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、

各種不同的連接鏈路、

種類繁

多的服務(wù)器和數(shù)不盡的計(jì)算機(jī)、

終端。>

使用互聯(lián)網(wǎng)可以將信息瞬間發(fā)送到千里之外的人手中

,

它是信息社會(huì)的基礎(chǔ)。從技術(shù)層面的定義:

以寬帶IP為技

術(shù)核心

可以同時(shí)提供語(yǔ)音、

數(shù)據(jù)、多媒體等業(yè)務(wù)的開放式基礎(chǔ)某著名企業(yè)網(wǎng)

絡(luò)從終端的定義:

用戶使用手機(jī)、

上網(wǎng)本、

筆記本電腦、

平板電腦、

智能本等某著名企業(yè)終端

,通過某著名企業(yè)網(wǎng)絡(luò)獲取某著名企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)就是將某著名企業(yè)通信

與互聯(lián)網(wǎng)兩者結(jié)合起來,發(fā)

揮各自的優(yōu)勢(shì),融為一體。四、某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2

、

某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)定義四、某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)3

、

5G技術(shù)介紹>

5G通俗的來講就是一項(xiàng)無線通信技

術(shù)

,

可以通過無線電波傳遞交換數(shù)據(jù),

高速度是它的最大特點(diǎn)

,

比如下載一

部1G的電影只要幾秒鐘

,

比現(xiàn)在我們使用4G的網(wǎng)絡(luò)有著數(shù)十倍的差別。>

5G特點(diǎn):

高速度、

泛在網(wǎng)、

低功耗、

低時(shí)延、

萬物互聯(lián)、

重構(gòu)安全。五、大數(shù)據(jù)技術(shù)1

是大數(shù)據(jù)所謂“大數(shù)據(jù)

”(big

data)指的是這樣一種現(xiàn)象:一個(gè)公司日常運(yùn)營(yíng)所生成和積累用戶

行為數(shù)據(jù)“增長(zhǎng)如此之快,

以至于難以使用現(xiàn)有的

工具來駕馭,困難存在于數(shù)

據(jù)的

、

、

、

等方面。

”這些數(shù)據(jù)量是如此之大,

已經(jīng)不

是以我們所熟悉G或T為單位來衡量,而是以

為計(jì)量單位,所以稱之為大數(shù)據(jù)。五、大數(shù)據(jù)技術(shù)2

大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)(4V)(1)多樣性Variety(2)體量Volume(3)價(jià)值密度Value(4)速度Velocity2010年人類擁有的信息總量是1.2Z(1Z=10243T),2020年將突破35Z,增長(zhǎng)近20倍。大數(shù)據(jù)之“大”

,其實(shí)并不在于其表面的

“大容量”

,而在于其潛在的“大價(jià)值”。數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度快、數(shù)據(jù)處理的速度快。詳見:倪建軍主編.人工智能與機(jī)器人,科學(xué)出版社

,2019一般解釋

:人工智能就是用人

工的方法在機(jī)器(計(jì)算機(jī))

實(shí)現(xiàn)的智能

,或稱機(jī)器智能。嚴(yán)格定義:

目前還沒有,

因?yàn)橹悄鼙旧硪策€無嚴(yán)格定義。1

人工智能定義1122

、

人工智能主要研究?jī)?nèi)容I

機(jī)器感知要讓計(jì)算機(jī)具有類似于人的感知能力

,如視覺、

聽覺、觸覺、嗅覺、味覺;機(jī)器感知相當(dāng)于智能系統(tǒng)的輸入部分

,主要包括:

機(jī)器視覺、模式識(shí)別、

自然語(yǔ)言理解。I

機(jī)器學(xué)習(xí)讓計(jì)算機(jī)能夠像人那樣自動(dòng)地獲取新知識(shí)

,并在實(shí)踐中不斷地完善自我和增強(qiáng)能力。I

機(jī)器行為讓計(jì)算機(jī)能夠具有像人那樣地行動(dòng)和表達(dá)能力,

如走、跑、拿、說、唱、寫畫等。機(jī)器行為相當(dāng)于智能系統(tǒng)的輸出部分。I

機(jī)器思維讓計(jì)算機(jī)能夠?qū)Ω兄降耐饨缧畔⒑妥约寒a(chǎn)生

的信息進(jìn)行思維性加工。主要包括:推理、搜索、規(guī)劃等方面的研究。>

總體來看

,

“云大物移智”代表著信息技術(shù)的大融合

,大變革。>

“基建時(shí)代”

云計(jì)算本質(zhì)上還是傳統(tǒng)IT(

Information

Technology,

信息技術(shù))

;到了

“應(yīng)用時(shí)代”

,

它變成新的IT(

IntelligenceTechnology

,智能技術(shù))

。在云計(jì)算發(fā)展早期

,

它與大數(shù)據(jù)是割裂的。

而到了應(yīng)用時(shí)代

,

云計(jì)算、

大數(shù)據(jù)和AI(人工智能)

開始深度融合。>

智慧水利是以云計(jì)算為平臺(tái)

,某著名企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、

物聯(lián)網(wǎng)為終端

,大數(shù)據(jù)為

核心應(yīng)用的水利(水務(wù))

綜合信息系統(tǒng)。#3

應(yīng)用實(shí)踐與分析一、基于物聯(lián)網(wǎng)的水利信息化平臺(tái)綜合架構(gòu)二、水源地水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)踐1

、

關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)亮點(diǎn)1:基于智能手機(jī)的水環(huán)境自動(dòng)巡查u手機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)視頻、音頻同步

交互傳輸,實(shí)現(xiàn)指揮中心遠(yuǎn)程

指令的可視對(duì)講指揮的需求;u可以進(jìn)行直播,也可以實(shí)現(xiàn)本

地存儲(chǔ);u方便、使用、投入少。二、水源地水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)踐2

、

作亮點(diǎn)亮點(diǎn)2:云平臺(tái)的使用u由于水源地比較分散,監(jiān)測(cè)

的相關(guān)數(shù)據(jù)由DTU通過4G網(wǎng)

絡(luò)直接發(fā)送到云端數(shù)據(jù)庫(kù);u為了減少基層水利部門的投

入及信息系統(tǒng)維護(hù)成本,視

頻流媒體服務(wù)的功能也采用

租用云平臺(tái)的模式。二、水源地水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)踐2

、

作亮點(diǎn)亮點(diǎn)3:人工智能技術(shù)應(yīng)用u

智能語(yǔ)音識(shí)別:在進(jìn)行巡查過程中,

為了實(shí)現(xiàn)快速錄入,支持語(yǔ)音輸入與

智能識(shí)別,減少基層巡查人員勞動(dòng)強(qiáng)

度。u

水污染事件智能診斷:系統(tǒng)中采用基

于人工智能故障診斷技術(shù),可以精確

區(qū)分傳感器故障與突發(fā)水污染事件。二、水源地水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)踐2

、

作亮點(diǎn)三、智慧河長(zhǎng)制平臺(tái)解決方案1

、

解決方案全景圖三、智慧河長(zhǎng)制平臺(tái)解決方案2

解決方案系統(tǒng)架構(gòu)四、其他應(yīng)用實(shí)踐1

、

水利樞紐三維動(dòng)態(tài)展示平臺(tái)可將實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與三維動(dòng)態(tài)展示相結(jié)合。四、其他應(yīng)用實(shí)踐2

、

基于智能眼鏡的關(guān)鍵設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)>

基于智能眼鏡的設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)系統(tǒng),

相關(guān)領(lǐng)域?qū)<疫M(jìn)行遠(yuǎn)程

指揮,

本地工程師現(xiàn)場(chǎng)操作,完成遠(yuǎn)程故障恢復(fù)等功能。>

節(jié)約時(shí)間

、

降低成本

提高效率。四、其他應(yīng)用實(shí)踐3

、

基于無人船的河道自動(dòng)巡查1)無人船主要功能?多種水質(zhì)參數(shù)采集

目前只支持常規(guī)五參數(shù)。?自主導(dǎo)航、

自主航行

,

可按設(shè)定路線自動(dòng)到達(dá)指定地點(diǎn)。?根據(jù)GPS實(shí)現(xiàn)定位

,

完成任務(wù)后自動(dòng)返航。?可以接受手動(dòng)遙控操作

,

完成航行和水質(zhì)參數(shù)采集任務(wù)。?可以接受地面基站的各種指令

,

完成定位、

姿態(tài)調(diào)整等任務(wù)

,

可實(shí)現(xiàn)水質(zhì)

數(shù)據(jù)、

視頻信息等實(shí)時(shí)監(jiān)控和存儲(chǔ)功能。?具有一定的自保護(hù)功能

,包括避障、

電池電量報(bào)警等。四、其他應(yīng)用實(shí)踐3

、

基于無人船的河道自動(dòng)巡查2)無人船實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)四、其他應(yīng)用實(shí)踐4

、

基于深度學(xué)習(xí)的智能河道管理1)深度學(xué)習(xí)技術(shù).

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺問

:圖像分割和關(guān)鍵

點(diǎn)檢測(cè)

,

由于局部區(qū)

域包含信息量有限

,

往往產(chǎn)生分類錯(cuò)誤。.

深度模型具有強(qiáng)大的

學(xué)習(xí)能力

,高效的特

征表達(dá)能力

,從像素

級(jí)原始數(shù)據(jù)到抽象的

語(yǔ)義概念逐層提取信

息。四、其他應(yīng)用實(shí)踐4

基于深度學(xué)習(xí)的智能河道管理2)識(shí)別結(jié)果四、總結(jié)與展望n

結(jié)l

智慧水利是水利信息化發(fā)展的新階段

,是智慧地球、

某省市

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