智慧水務是智慧城市的重要組成部分,核心是圍繞著自然-社會二元水循環(huán)及其半生過程和理論,充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、移動互聯(lián)等新一代信息技術,自動采集、系統(tǒng)整合、深度挖掘和廣泛運用水務信息資源,實現(xiàn)全方位的水務信息資源共享和智能化管理,全面提升水務管理的效率和效能。
為了更好的應對人類活動、氣候變化帶來的水資源問題,如洪澇災害、干旱缺水、水環(huán)境惡化、水生態(tài)退化等,推動水務工作向信息化更高層次發(fā)展,水務信息化成為水資源管理的重要抓手和有效載體。按照“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”的總基調和“安全、實用”的基本要求,2019年水利部先后印發(fā)了《加快推進智慧水利的指導意見》、《智慧水利總體方案》和《智慧水利網(wǎng)信水平三年行動提升方案(2019-2021年)》,進一步明確了今后一個時期我國智慧水利建設的總體要求、主要任務,提出了組織實施方案及保障措施、近期行動目標和計劃,指導全國智慧水利規(guī)劃和建設。與此同時,上海市、江蘇省、深圳市等省市也先后開展智慧水務建設。2019年12月,華為技術有限公司和平安國際智慧城市科技股份有限公司聯(lián)合體中標深圳市智慧水務一期工程,中標價達4.45億元,被稱為2019年智慧水務“第一標”。華為等互聯(lián)網(wǎng)公司跨界進入智慧水務,更說明水務信息化行業(yè)迎來了藍海時代。
大數(shù)據(jù)和人工智能技術在智慧水務建設中將扮演關鍵角色,覆蓋監(jiān)測預測調度、水量水質監(jiān)管等全棧全場景。華為在大數(shù)據(jù)和人工智能領域,提供覆蓋端邊云的一站式人工智能開發(fā)平臺,吸引行業(yè)內眾多的合作伙伴和開發(fā)者覆蓋各類豐富場景的開發(fā)和落地,同時支持開發(fā)者算法攻關去實現(xiàn)關鍵場景的重要難點突破,共同推動智慧水務向前發(fā)展。
智慧水務技術架構包括信息采集、基礎設施、大數(shù)據(jù)中心、業(yè)務應用、標準規(guī)范和信息安全。其中信息采集是智慧水務的“感覺系統(tǒng)”、是智慧水務的“眼”,通過構建天地空一體化監(jiān)測網(wǎng)絡,實現(xiàn)對涉水對象及其環(huán)境信息的感知和接收。目前我國水利行業(yè)監(jiān)測感知覆蓋不全、密度低,據(jù)統(tǒng)計我國基本水文站網(wǎng)平均密度3202km2/站,雨量站平均密度約500km2/站,蒸發(fā)站平均密度5800km2/站,約50%中小河流沒有水文監(jiān)測,90%以上小型水庫和幾乎所有堤防沒有安全監(jiān)測。目前,城市公共基礎設施建設相對完備,公安、交通、環(huán)保等部門在城市(尤其是建成區(qū))布置了大量的視頻監(jiān)控設備,視頻監(jiān)控基本可達到全覆蓋。除了單純的“看看”視頻之外,如何高效、共享、復用這些視頻資源,為水務部門管理服務,節(jié)約建設成本的同時,大幅提高管理效能,機器視覺技術為此提供了一個重要途徑。
機器視覺技術主要用計算機來模擬人的視覺功能,從客觀事物的圖像中提取信息,進行處理并加以理解,最終用于實際檢測、測量和控制。利用城市泛在的高清攝像設備,基于機器視覺技術對水位、流量、排水口、水面漂浮物、人員入侵等進行識別,拓展智慧水務的信息監(jiān)測和采集渠道,拓寬智慧水務的“眼”。機器視覺技術在智慧水務建設的具體應用場景如下:
城市內澇積水監(jiān)測和預警
當前,城市已經建設了內澇積水監(jiān)測網(wǎng)絡,相對于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測手段工作效率上有了很大提升。但監(jiān)測站點一般布置在易積水路段,監(jiān)控站點一經建成就已固定,且監(jiān)測站網(wǎng)覆蓋密度低、監(jiān)測范圍有限。隨著城市建設用地的迅速擴展,城市內澇積水監(jiān)測站點明顯不足,無法滿足智慧城市建設的新需求。利用城市泛在的視頻監(jiān)控設備(如立交橋、下凹橋、隧洞等),研發(fā)基于機器視覺的內澇積水水位識別技術,可24小時不間斷的在線監(jiān)測道路積水變化,結合降水預報生成內澇預警,并及時向社會發(fā)布告警信息,公眾可提前選擇繞行路線,方便公眾出行。
在內澇監(jiān)測站點密度低、內澇監(jiān)測設備投入成本有限、歷史降雨積水數(shù)據(jù)統(tǒng)計不足的情況下,利用城市泛在的視頻監(jiān)測設備進行內澇積水水位監(jiān)測和識別,積累內澇監(jiān)測數(shù)據(jù)形成大數(shù)據(jù)樣本后,采用深度學習技術,結合降水預報信息,構建基于大數(shù)據(jù)分析的城市內澇預警模型,彌補傳統(tǒng)基于機理的城市內澇預測模型計算參數(shù)難率定、計算時間長、計算效率低等問題。
排污口實時在線監(jiān)測和告警
沿河排污口數(shù)量龐大,部分企業(yè)出于利益驅動,偷排現(xiàn)象依然存在。排污口定量和重點監(jiān)控是水環(huán)境監(jiān)控的一大難題。利用沿河布置的視頻監(jiān)控設備,研發(fā)基于機器視覺的排污行為捕獲與排污量估算技術,對排污口的排污行為(有無排水)、排水量、排水水質進行24小時不間斷的監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)排水異常情況進行告警,實現(xiàn)排污行為的在線動態(tài)監(jiān)測,可有效監(jiān)管非法排污行為。
人員非法入侵識別和告警
一到夏天總是看到河道、水庫等水域附近禁止游泳、禁止釣魚的警示,但也總是發(fā)生因違法違規(guī)下河游泳造成溺水身亡的事件。河道、水庫、湖泊等水域岸線長,依靠人工巡查很難做到實時、有效監(jiān)管。研發(fā)基于機器視覺的人員非法入侵識別技術,對游泳、劃船、釣魚等違法行為進行識別并告警,可大大提高監(jiān)管效率。
水面漂浮物智能識別和告警
利用高清攝像設備,研發(fā)基于機器視覺的水面漂浮物識別技術,對河道、引水渠、水庫、湖泊等水體的水面漂浮物進行識別和告警,替代目前人工巡河和人工湖(庫),可大大提高巡河、巡湖(庫)效率,降低人力成本。