人工智能在水利工程管理中的應(yīng)用

許 源，曹麗娟

（1.河北省水利廳，河北 石家莊 050011；2.河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院，河北 石家莊 050021）

水利工程管理是水利工作的重點之一，目前人工智能技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到水利工程建設(shè)管理的多個技術(shù)層面，包括視、聽、觸、嗅等多元化感知領(lǐng)域。能夠極大提升工作效率和工作質(zhì)量，保障水利工程運行安全，節(jié)省管理成本，減少人員進入高風(fēng)險區(qū)域的幾率。

1 當(dāng)前水利管理工作特點及難點

新中國成立以來，我國水利事業(yè)發(fā)展取得舉世矚目的成績，各級水利工程在防洪、抗旱、供水、航運、養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大功效，成為保障經(jīng)濟社會穩(wěn)定發(fā)展的壓艙石。然而隨著時代快速發(fā)展，傳統(tǒng)的水利工程建設(shè)管理工作模式已然落后于時代發(fā)展步伐，在感知、傳輸、分析、決策、執(zhí)行等環(huán)節(jié)存在諸多突出短板。

2 人工智能技術(shù)在水利工程管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

如今我國正強力推進國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化，水利工程作為國家基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要組成部分，要實現(xiàn)水利治理體系和治理能力現(xiàn)代化，必須實現(xiàn)水利業(yè)務(wù)與新一代信息技術(shù)深度融合，其中很重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是以人工智能替代人工作業(yè)。

人工智能是通過先進的計算機神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，來替代各種重復(fù)、繁瑣、具有較強邏輯關(guān)聯(lián)的人工作業(yè)。例如語音識別（會議速記）、文字識別（水尺標(biāo)記）、圖像識別（漂浮物、水質(zhì)變化、閘門開啟度、遙感影像比對分析等）、特征物體識別（人、車、船等）、閾值預(yù)警（位移、溫度、壓力、空氣質(zhì)量等）等工作，若采用人工識別，不僅耗時較長，而且準(zhǔn)確率難以保障。交由人工智能進行識別，經(jīng)過計算機反復(fù)訓(xùn)練之后，能夠很快將識別準(zhǔn)確率提升到可接受的水平之上。目前人工智能在水利工程管理中的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下。

（1）語音識別。主要應(yīng)用于水利管理部門內(nèi)部建立遠程會議體系，幫助與會者快速完成會議原始記錄。主要使用科大訊飛等廠商出品的智能錄音筆、智能電紙書等會議工具，也可以直接以App方式安裝在手機、平板、智能白板等設(shè)備中。與企業(yè)私有云關(guān)聯(lián)后，能夠?qū)h記錄以影音文字多種方式進行留存，方便快速查詢和歷史追溯。

（2）文字識別。主要應(yīng)用于行洪河道、水閘、溢洪道、進水口等重要設(shè)施處，識別對象主要為水尺上的水位數(shù)據(jù)。識別工具主要為帶有文字識別功能的攝像頭，必要時還可具備微光環(huán)境下的夜視功能，確保設(shè)備能夠全天候開展水位識別工作。

（3）圖像識別。主要應(yīng)用于水庫、水源地、蓄水景區(qū)、景觀河道等重要區(qū)域。主要識別工具包括攝像頭、無人機、遙感衛(wèi)星等。識別對象包括漂浮物、水質(zhì)變化情況（光譜分析）、閘門開啟度（靜態(tài)圖像分析）、遙感影像比對分析（水域岸線變化、水土流失變化、洪水淹沒等）。

（4）特征物體識別。主要應(yīng)用于人、車、船等動態(tài)物體在水利管理范圍內(nèi)的活動監(jiān)測跟蹤。包括禁釣禁漁禁泳區(qū)域的安防警示；采砂區(qū)域范圍控制與開采統(tǒng)計；四亂高發(fā)區(qū)域周邊車輛異常行為監(jiān)控與跟蹤；重要橋梁上下游船舶碰撞監(jiān)控預(yù)警等。

（5）閾值預(yù)警。主要應(yīng)用于堤防水平垂直位移監(jiān)測、大體積混凝土澆筑溫度監(jiān)測、大跨度建筑物內(nèi)部壓應(yīng)力監(jiān)測、高水位差區(qū)域水滲透壓力監(jiān)測、施工區(qū)域及濱水景觀帶的微氣候監(jiān)測等。

上述應(yīng)用領(lǐng)域暫時還停留在智能硬件設(shè)備設(shè)施的應(yīng)用層面，替代了一部分現(xiàn)場人工作業(yè)。在推動水利工作機制創(chuàng)新與流程再造方式還有較大進步空間。

3 人工智能技術(shù)在水利工程管理中的應(yīng)用案例

筆者參與的一個水利工程項目，由多段堤防及其附屬建筑物組成，在城區(qū)四周構(gòu)成環(huán)狀防洪圈體系。按照“綠色智慧新城”建設(shè)要求，本工程擬結(jié)合實體工程建設(shè)，同步建立智慧工程，實現(xiàn)孿生共長。

智慧工程以“治理體系規(guī)范高效、應(yīng)用服務(wù)智能便捷、數(shù)據(jù)資源共治共享、網(wǎng)絡(luò)空間安全清朗”為主要目標(biāo)，通過資源整合、流程再造和模式創(chuàng)新，推進水利業(yè)務(wù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)深度融合。構(gòu)建以“一張網(wǎng)”為基礎(chǔ)，以“一個平臺”為核心，以四大應(yīng)用服務(wù)體系（防汛管理、運維管理、公共服務(wù)、綜合展示）為載體的“1+1+4”總體框架。其中，涉及人工智能的建設(shè)內(nèi)容主要如下。

（1）建立智能化水利監(jiān)測“一張網(wǎng)”。沿堤線全程布設(shè)智能燈桿，通過環(huán)狀光纖與管理處接通。支持視頻采集、智能照明控制、信息查詢展示、風(fēng)險預(yù)警提示、緊急呼叫定位等綜合功能，并逐步將視頻監(jiān)控與視頻會議雙體系融合集成。在防洪堤、水閘、攔河閘等重要部位布設(shè)智能傳感設(shè)備（水雨情、墑情、工情、水環(huán)境、微氣候等），所有監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)全部接入云平臺，建立數(shù)據(jù)資源池，以數(shù)據(jù)共享方式服務(wù)于各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

（2）建立與人工智能技術(shù)深度融合的決策指揮體系。在水旱災(zāi)害防御、地下水開發(fā)利用、工程安全管理、工程運行管理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，應(yīng)用各類人工智能分析工具，與應(yīng)急預(yù)案庫建立高效邏輯關(guān)系，提升應(yīng)急響應(yīng)時效性和準(zhǔn)確性。促進跨區(qū)域、跨層級、跨行業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作，防范和化解各類涉水風(fēng)險隱患，確保新區(qū)及整個流域的生態(tài)防洪安全。

（3）為各級管理單位和管理人員提供智能便捷的管理工具。目前手機等移動終端具備強大的溝通、集成和展示能力，能夠結(jié)合OA、建管、運管等信息系統(tǒng)建設(shè)，安裝對應(yīng)的移動客戶端，實現(xiàn)多層級、多專業(yè)、多部門協(xié)同作業(yè)。在面對“省市縣鄉(xiāng)村”5級管理層和數(shù)以萬計的涉水管理人員時，利用移動終端打通“最后一公里”，提供任務(wù)自動分發(fā)、線路自動規(guī)劃、踩點自動打卡、信息自動推送、知識自動關(guān)聯(lián)等功能，提升工作效率。

（4）建立智能化的公共服務(wù)體系。能夠通過移動客戶端、顯示大屏、公共廣播等方式，對工程管理范圍內(nèi)的人車船流、服務(wù)設(shè)施（觀光車、商鋪、服務(wù)臺、廁所、停車場等）等進行合理引導(dǎo)。能夠?qū)こ坦芾矸秶鷥?nèi)的安全事項進行預(yù)警和防范。允許游客通過手機或特定設(shè)施進行報警和定位，以便快速獲取安全保障服務(wù)。能夠根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時啟動各類自動化控制系統(tǒng)，改善植物生長環(huán)境和市民休閑體驗。能夠通過聲光電手段，形成虛擬邊界，防止人員接近危險區(qū)域、損壞公共設(shè)施或破壞珍稀植物群落。

4 人工智能技術(shù)在水利工程管理中的應(yīng)用前景

未來隨著大數(shù)據(jù)、云計算等新一代技術(shù)高速發(fā)展，人工智能技術(shù)獲得更加廣闊的應(yīng)用空間。主要應(yīng)用前景如下。

（1）人工智能與云計算融合集成。在面對大范圍、高負(fù)荷分析計算時，計算模式從星型架構(gòu)逐步轉(zhuǎn)化為多元融合的“云-邊-端”架構(gòu)。將計算下放至端部的設(shè)備層，不僅有效提升分析處理的速度（減少了數(shù)據(jù)來回傳輸?shù)倪^程，增加了分析設(shè)備的數(shù)量），更極大減少了對網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用（只向上發(fā)送經(jīng)過預(yù)處理的有用數(shù)據(jù)信息）。非常適用于長距離、大范圍的視頻監(jiān)視體系建設(shè)。其中人工智能技術(shù)將發(fā)揮穿針引線的重要作用，通過內(nèi)置智能芯片、外置智能模塊、加載智能算法等方式，對云計算成果進行分級分區(qū)分類管理，對數(shù)據(jù)信息進行安全加密。

（2）人工智能與大數(shù)據(jù)融合集成。在面對海量動態(tài)數(shù)據(jù)信息時（主要包括水雨情監(jiān)測、水資源監(jiān)測、節(jié)水監(jiān)測、涉水輿情監(jiān)測等領(lǐng)域），利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對目標(biāo)的變化規(guī)律和演變趨勢進行模擬分析，形成可供各級管理部門使用的決策依據(jù)。其中人工智能技術(shù)將發(fā)揮承上啟下的重要作用，能夠快速將大數(shù)據(jù)成果與各類專業(yè)數(shù)學(xué)模型（洪水模擬、水資源動態(tài)模擬、大壩滲流模擬等）進行有機關(guān)聯(lián)，形成高效聯(lián)動機制，提升決策的科學(xué)性和時效性。

5 結(jié)語

在工程管理中應(yīng)用人工智能技術(shù)，是管理科學(xué)與計算機科學(xué)融合發(fā)展的重要標(biāo)志，也是貫徹落實水利部智慧水利建設(shè)要求的重要體現(xiàn)。未來水利行業(yè)將逐步擺脫落后、艱苦的標(biāo)簽，逐步向高精尖領(lǐng)域進發(fā)，充分發(fā)揮人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的巨大優(yōu)勢，建立現(xiàn)代化水利治理體系和治理能力。