新一代信息技术背景下远程监控在水利工程运行管理中的运用分析
摘要
水利工程运行管理对水资源调配、防洪减灾与工程安全具有决定性意义。随着新一代信息技术的快速发展，以物联网、大数据、人工智能、数字孪生为代表的技术集群正在深刻重塑水利工程运行管理的模式与效能。本文在系统梳理远程监控技术体系演进的基础上，从数据采集感知、数据传输处理、智能分析决策三个层面分析了远程监控的技术架构，深入探讨了远程监控在水利工程安全监测、闸泵远程集控、智能巡检与防洪调度等核心场景中的应用，结合三峡大坝、扬州智慧水利、青山嘴水库、小浪底水利枢纽等典型工程的实践数据评估了应用成效。研究表明：三峡大坝8000余个监测点实现全自动化数据采集，获取耗时从“小时级”跨越至“百秒级”；青山嘴水库AI视频监控使人力投入减少八成、巡查效率提升十倍；扬州智慧水利模型水位预报已达厘米级精度；数字孪生技术可将洪水演进模拟时间从40分钟压缩至5分钟。本文旨在为新一代信息技术背景下水利工程运行管理的智能化转型提供参考。
关键词：远程监控；水利工程；运行管理；数字孪生；智慧水利
1 引言
水利工程是国民经济的基础性设施，其运行管理水平直接关系到防洪安全、供水安全与生态安全。中国拥有数量庞大的水利工程体系——仅水库大坝就超过9.8万座，灌区、泵站、水闸等各类工程星罗棋布。这些工程分布范围广、地理条件复杂、管理难度大，传统的以人工巡查、现场操作和经验判断为主的管理模式，在工程规模持续扩大与管理人员相对不足的双重压力下，已越来越难以满足现代化管理的需要。
新一代信息技术的快速发展为破解这一困境提供了技术支撑。物联网实现了工程状态的泛在感知，5G与光纤网络保障了海量数据的实时传输，大数据与人工智能赋予了数据以洞察与决策能力，数字孪生技术则构建了物理工程与数字模型之间的双向映射与协同优化。这些技术的深度融合，使远程监控从“看得见”走向“看得清、看得深、管得住”，推动水利工程运行管理从传统经验驱动向数据驱动、智能驱动的范式转换。水利部明确提出“以数字化、网络化、智能化为主线，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径”，加快构建具有预报、预警、预演、预案功能的智慧水利体系。
科技资讯与
自动化应用等学术平台持续刊载的相关研究表明，远程监控与自动化技术的融合应用已成为水利行业数字化转型的关键驱动力。
本文旨在系统分析新一代信息技术背景下远程监控在水利工程运行管理中的技术架构、典型应用与实施成效，探讨当前面临的挑战与优化路径，以期为水利工程运行管理的智能化转型提供参考。
2 远程监控的技术体系与演进
2.1 技术架构的三层结构
水利工程远程监控系统的技术架构可概括为“感知层—传输层—应用层”三层结构。
感知层是远程监控的“感官系统”，由部署在工程现场的各类传感器、监测仪器和智能终端构成，负责采集水位、流量、位移、渗流、应力应变、视频图像等多元信息。近年来，随着传感器技术的进步和成本的下降，感知层的覆盖范围和精度大幅提升。三峡水利枢纽安全监测自动化系统二期项目部署了8000多个安全监测点，涵盖拦河大坝、通航建筑物、边坡、厂房等所有枢纽建筑物。
传输层是连接感知与应用的“神经系统”，依托光纤网络、4G/5G通信、北斗卫星等通信手段，将感知层采集的数据实时、可靠地传送到数据中心。随着5G技术的普及，视频监控、远程控制等高带宽、低时延需求的业务场景得到了更好的支撑。
应用层是远程监控的“大脑”，承担数据存储、分析处理与决策支持的功能。数据中台对多源异构数据进行汇聚与标准化处理，模型平台运行水文预报、洪水演进、调度优化等各类专业模型，知识平台则将历史经验与专家知识进行结构化存储与智能调用。三者协同工作，为运行管理人员提供监测预警、调度决策、远程控制等综合服务。
2.2 从“看得见”到“管得住”：技术能力的跃升
远程监控技术能力经历了从“看得见”到“看得清”再到“管得住”的三个跃升阶段。
第一阶段是视频监控与数据采集阶段，主要通过布设摄像头和简单传感器，实现工程现场的远程可视和基本数据的远程获取。这一阶段解决了“人不到场也能看见”的问题，但数据是孤立的、被动式的。
第二阶段是系统集成与远程控制阶段，通过将各监测子系统集成到统一平台，实现数据共享与业务协同，并接入远程控制功能，使管理人员能够在集控中心对闸泵等设备进行远程操作。这一阶段实现了从“看见”到“操控”的跨越。
第三阶段是智能分析与自主决策阶段，以大模型、数字孪生、AI视频分析等为代表，系统不仅能够“看见”和“操控”，更能够“理解”和“预判”——自动识别异常、提前预警风险、智能生成调度方案。青山嘴水库通过AI视频监控和无人机系统，实现“无人机每3小时自动巡检和AI视频24小时实时监控，人力投入减少八成，巡查效率提升十倍”。
3 远程监控在水利工程运行管理中的典型应用
3.1 安全监测：从人工巡检到智能感知
安全监测是水利工程运行管理的首要任务，也是远程监控技术应用最为成熟的领域。
传统的水库大坝安全监测依赖人工现场观测和定期报告，不仅效率低下，且存在数据滞后、主观性强等问题。远程监控技术的引入彻底改变了这一局面。三峡大坝通过安全监测自动化系统二期项目，部署8000多个监测点实现全自动化数据采集，获取耗时从“小时级”跨越至“百秒级”——仅需约2分钟即可完成一次覆盖所有枢纽建筑物的“全身体检”。系统融合了测量机器人、视频巡检等新型感知手段，构建了立体化监测网络，实现设备运维从“被动响应”到“主动预警”的转变。
北碚区“水库智能巡检”应用则代表了中小型水库的实践路径。该区投入无人机、AI摄像头等568台智能感知设备，首创“数字巡检图谱”，依托“巡检码”实现全量巡检全程留痕、不可篡改。截至目前，智能巡查完成率、事件闭环处置率均达100%，累计完成巡查事件5072件。系统通过AI分析预测，发现工农水库可供水不足30天时立即触发预警，各部门联动启动调水预案，成功保障了江东片区10万人饮水安全。
3.2 闸泵远程集控：从现场操作到“少人值守”
水闸、泵站是水利工程运行调度的重要节点，其操作频次高、时效性强，传统的人工现场操作模式已难以适应现代水利管理的需求。
扬州城区智慧水利项目是闸泵远程集控的典型范例。项目完成了7个雨量站、117个水位站、17座流速站、39个远程闸控站以及146个视频监控等物联感知站点建设。在此基础上，建设1个工程集控中心和6个管理所分控中心，对闸站电气设备进行全面改造，将传统运行控制模式升级为与自动化控制系统、网络化数字视频监控系统紧密相连的现代化模式。如今，管理人员在集控中心便能远程精准操控闸泵站，实现了从人工现场操作到远程智能管控的巨大跨越。
水利泵站的远程监控系统通常由控制中心、远程管理模块、网络传输系统、模拟量采集模块、继电器控制模块和数据库等部分组成。无人值守泵站自动化控制系统可实现实时监测、远程调度和安全保护等核心功能。在景电工程等大型水利泵站的智能化应用中，已形成涵盖感知层、网络层、数据层和应用层的完整技术架构。
3.3 智能巡检与防洪调度：从经验判断到数据驱动
远程监控技术的深度应用，正在使水利工程的巡检和调度工作从依赖经验判断转向数据驱动的科学决策。
智能巡检方面，铁力市启用“无人机+视频监控”立体巡检模式，对35公里骨干渠系每2小时巡检1次，渗漏、淤堵等问题识别效率较人工提升8倍，维修响应时间缩短至2小时内。楚雄州青山嘴水库推动巡查方式从物理整合向效能聚合转变，依托“一屏统览”矩阵平台，雨水情、工情等数据可秒级调取，防洪调度方案拟定效率提升80%。水库投资520余万元建设矩阵平台，整合大坝位移自动监测、白蚁智慧监测与防治、高清视频监控、无人机巡查等手段，实现“天空地水工”一体化全覆盖，隐患预警准确率提升至95%。
防洪调度方面，远程监控与数字孪生技术的结合产生了显著成效。湖南江垭、皂市水库依托“数字孪生澧水”智慧体系，可实现3至5天的洪水量级精准预报，将洪水演进模拟时间从40分钟压缩至5分钟。扬州智慧水利项目以防洪排涝模型、水动力水质耦合模型等为技术支撑，经过近3年21场大雨级别以上降雨数据的反复率定，调整水文参数40多个，修正内涝高程点1000多个，目前水位预报准确率已达到厘米级。青山嘴水库打通“国家—省—州—水库”四级数据链路，预报预见期延长至24小时，准确率达到92%。2025年汛期，该水库依托风险评估模型和智能预警系统，提前24小时发布超标准洪水风险预警，成功错峰调蓄洪水1932万立方米，减少下游经济损失超千万元。
3.4 数字孪生：远程监控的“升维”应用
数字孪生技术是远程监控从“平面监控”走向“立体洞察”的“升维”应用。通过在数字空间中构建物理水利工程的“虚拟镜像”，实现物理世界与信息世界的双向映射与实时交互。
水利工程数字孪生系统通常由数据中台、模型平台、知识平台和综合告警平台构成，实现多源数据统一管理、各类模型动态优化、预警告警智能推送、知识经验融合贯通。白浪河水库利用知识图谱和机器学习技术，实现对水利对象关联关系和水利规律的智能抽取，支撑正向智能推理和反向溯因分析。数字孪生胶东调水先行先试项目通过建设“四平台”，为整个数字孪生系统提供了基础支撑。
研究与实践表明，搭建集数据采集、模型计算、可视化交互于一体的数字孪生架构，可有效实现设备状态感知与运行指令的闭环控制，为构建高效、安全、智能的水利运行管理体系提供可行路径。
4 应用成效的量化评估
基于多个典型工程的实践数据，远程监控技术在水利工程运行管理中的应用成效可从效率、精度、安全三个维度进行量化评估。
效率提升方面。三峡大坝监测数据获取耗时从“小时级”跨越至“百秒级”，仅需2分钟即可完成全枢纽“体检”。青山嘴水库AI视频监控使人力投入减少八成，巡查效率提升十倍，防洪调度方案拟定效率提升80%。铁力市无人机巡检使问题识别效率较人工提升8倍，维修响应时间缩短至2小时内。数字孪生技术将洪水演进模拟时间从40分钟压缩至5分钟。
精度提升方面。扬州智慧水利模型水位预报已达厘米级精度，积淹点数量预测与实测吻合度超60%。青山嘴水库预报预见期延长至24小时，准确率达92%。隐患预警准确率提升至95%。
安全保障方面。北碚区水库智能巡检完成率与事件闭环处置率均达100%，累计处置各类事件5000余起，将6000多人劝离风险区域。青山嘴水库通过科学调度腾库，成功错峰调蓄洪水1932万立方米，减少下游经济损失超千万元。智能预警系统已成功避免多起安全事故的发生。
5 面临的挑战与优化路径
5.1 当前面临的主要挑战
尽管远程监控技术在水利工程运行管理中取得了显著成效，但其规模化应用和持续深化仍面临若干挑战。
监测覆盖不均衡是首要问题。大型水利枢纽和重点水库的监测设施相对完善，但大量中小型水利工程的监测感知能力仍然薄弱。全国9.8万余座水库中，仍有相当数量的小型水库尚未建设完善的自动化监测设施。
数据孤岛与标准不统一制约了系统效能的充分发挥。不同部门、不同地区建设的系统采用的数据格式和接口标准各异，数据共享和业务协同面临障碍。水利部已明确要求“统一技术标准，基于全国水利一张图推进水利行业跨业务跨层级数据调用”。
运维能力与人才储备不足同样是制约因素。远程监控系统的运行维护需要具备信息技术与水利专业知识的复合型人才，而这恰恰是基层水利管理单位的短板。
5.2 优化路径
针对上述挑战，远程监控技术在水利工程运行管理中的深化应用可从以下路径推进。
加快推进监测设施全覆盖。按照水利部《水库大坝安全监测管理办法》要求，新建或除险加固的水库应同步建设安全监测设施，同时加快对已有水库的智能化改造提升。到2027年，基本构建以卫星遥感为主、视频监控和无人机为补充，贯通监测、研判、预警、处置全链条的监测感知网。
统一数据标准与打通信息壁垒。依托全国水利一张图，推进水利行业跨业务跨层级数据调用，实现水利信息的有序共享。北碚区通过整合多部门数据、打破信息壁垒的实践表明，数据共享是提升远程监控系统效能的关键环节。
加强人才培养与运维体系建设。建立健全远程监控系统的运维管理制度，加强基层水利管理人员的信息技术培训，确保系统“建得成、用得好、管得住”。
6 结论
（1）新一代信息技术背景下的远程监控正在深刻改变水利工程运行管理的模式。物联网实现工程状态的泛在感知，5G与光纤网络保障数据实时传输，大数据与人工智能赋予数据洞察与决策能力，数字孪生技术构建物理工程与数字模型的双向映射。技术能力已从“看得见”演进至“看得清、管得住、能预判”。
（2）远程监控在水利工程运行管理中的典型应用涵盖安全监测、闸泵远程集控、智能巡检与防洪调度以及数字孪生等核心场景。三峡大坝8000余个监测点实现全自动化采集，获取耗时从“小时级”跨越至“百秒级”；扬州智慧水利实现闸泵站远程精准操控，水位预报已达厘米级精度；青山嘴水库AI视频监控使人力投入减少八成、巡查效率提升十倍。
（3）数字孪生技术作为远程监控的“升维”应用，通过集数据采集、模型计算、可视化交互于一体的系统架构，可实现设备状态感知与运行指令的闭环控制。湖南江垭、皂市水库将洪水演进模拟时间从40分钟压缩至5分钟，预报预见期延长至3至5天。
（4）远程监控技术的深化应用仍面临监测覆盖不均衡、数据标准不统一、运维人才不足等挑战。按照水利部智慧水利建设的总体部署，加快推进监测设施全覆盖、统一数据标准与打通信息壁垒、加强人才培养与运维体系建设，是推动远程监控技术从“盆景”走向“风景”的关键路径。
参考文献
[1] 水利部关于大力推进智慧水利建设的指导意见[EB/OL]. 水利部, 2025-12-05.
[2] 水利部部署实施河湖库一体化监测感知体系建设三年行动[EB/OL]. 水利部, 2025-08-12.
[3] 水利部印发《水库大坝安全监测管理办法》[EB/OL]. 中国水利, 2025-01-13.
[4] 智慧水利：为扬州城市水安全装上“智慧芯”[EB/OL]. 扬州市水利局, 2025-11-19.
[5] 小浪底水利枢纽智能视频监控系统建设与应用[C]//2025中国水利学术大会论文集——数智赋能水利现代化, 2025.
