人工智能在水利工程管理中的應用

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，目前人工智能技術已經應用到水利工程建設管理的多個技術層面，包括視、聽、觸、嗅等多元化感知領域。能夠極大提升工作效率和工作質量，保障水利工程運行安全，節省管理成本，減少人員進入高風險區域的幾率。

1 當前水利管理工作特點及難點

新中國成立以來，我國水利事業發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、養殖等方面發揮了巨大功效，成為保障經濟社會穩定發展的壓艙石。然而隨著時代快速發展，傳統的水利工程建設管理工作模式已然落后于時代發展步伐，在感知、傳輸、分析、決策、執行等環節存在諸多突出短板。

2 人工智能技術在水利工程管理中的應用現狀

如今我國正強力推進國家治理體系和治理能力現代化，水利工程作為國家基礎設施體系的重要組成部分，要實現水利治理體系和治理能力現代化，必須實現水利業務與新一代信息技術深度融合，其中很重要的應用領域就是以人工智能替代人工作業。

人工智能是通過先進的計算機神經網絡分析技術，來替代各種重復、繁瑣、具有較強邏輯關聯的人工作業。例如語音識別（會議速記）、文字識別（水尺標記）、圖像識別（漂浮物、水質變化、閘門開啟度、遙感影像比對分析等）、特征物體識別（人、車、船等）、閾值預警（位移、溫度、壓力、空氣質量等）等工作，若采用人工識別，不僅耗時較長，而且準確率難以保障。交由人工智能進行識別，經過計算機反復訓練之后，能夠很快將識別準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用領域如下。

（1）語音識別。主要應用于水利管理部門內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、智能白板等設備中。與企業私有云關聯后，能夠對會議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。主要應用于行洪河道、水閘、溢洪道、進水口等重要設施處，識別對象主要為水尺上的水位數據。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境下的夜視功能，確保設備能夠全天候開展水位識別工作。

（3）圖像識別。主要應用于水庫、水源地、蓄水景區、景觀河道等重要區域。主要識別工具包括攝像頭、無人機、遙感衛星等。識別對象包括漂浮物、水質變化情況（光譜分析）、閘門開啟度（靜態圖像分析）、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。主要應用于人、車、船等動態物體在水利管理范圍內的活動監測跟蹤。包括禁釣禁漁禁泳區域的安防警示；采砂區域范圍控制與開采統計；四亂高發區域周邊車輛異常行為監控與跟蹤；重要橋梁上下游船舶碰撞監控預警等。

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

上述應用領域暫時還停留在智能硬件設備設施的應用層面，替代了一部分現場人工作業。在推動水利工作機制創新與流程再造方式還有較大進步空間。

3 人工智能技術在水利工程管理中的應用案例

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，在城區四周構成環狀防洪圈體系。按照“綠色智慧新城”建設要求，本工程擬結合實體工程建設，同步建立智慧工程，實現孿生共長。

智慧工程以“治理體系規范高效、應用服務智能便捷、數據資源共治共享、網絡空間安全清朗”為主要目標，通過資源整合、流程再造和模式創新，推進水利業務與人工智能、物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術深度融合。構建以“一張網”為基礎，以“一個平臺”為核心，以四大應用服務體系（防汛管理、運維管理、公共服務、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內容主要如下。

（1）建立智能化水利監測“一張網”。沿堤線全程布設智能燈桿，通過環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、風險預警提示、緊急呼叫定位等綜合功能，并逐步將視頻監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智能傳感設備（水雨情、墑情、工情、水環境、微氣候等），所有監測監控數據全部接入云平臺，建立數據資源池，以數據共享方式服務于各個業務領域。

（2）建立與人工智能技術深度融合的決策指揮體系。在水旱災害防御、地下水開發利用、工程安全管理、工程運行管理等業務領域，應用各類人工智能分析工具，與應急預案庫建立高效邏輯關系，提升應急響應時效性和準確性。促進跨區域、跨層級、跨行業業務協作，防范和化解各類涉水風險隱患，確保新區及整個流域的生態防洪安全。

（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，能夠結合OA、建管、運管等信息系統建設，安裝對應的移動客戶端，實現多層級、多專業、多部門協同作業。在面對“省市縣鄉村”5級管理層和數以萬計的涉水管理人員時，利用移動終端打通“最后一公里”，提供任務自動分發、線路自動規劃、踩點自動打卡、信息自動推送、知識自動關聯等功能，提升工作效率。

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

4 人工智能技術在水利工程管理中的應用前景

未來隨著大數據、云計算等新一代技術高速發展，人工智能技術獲得更加廣闊的應用空間。主要應用前景如下。

（1）人工智能與云計算融合集成。在面對大范圍、高負荷分析計算時，計算模式從星型架構逐步轉化為多元融合的“云-邊-端”架構。將計算下放至端部的設備層，不僅有效提升分析處理的速度（減少了數據來回傳輸的過程，增加了分析設備的數量），更極大減少了對網絡帶寬的占用（只向上發送經過預處理的有用數據信息）。非常適用于長距離、大范圍的視頻監視體系建設。其中人工智能技術將發揮穿針引線的重要作用，通過內置智能芯片、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分類管理，對數據信息進行安全加密。

（2）人工智能與大數據融合集成。在面對海量動態數據信息時（主要包括水雨情監測、水資源監測、節水監測、涉水輿情監測等領域），利用大數據技術對目標的變化規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。其中人工智能技術將發揮承上啟下的重要作用，能夠快速將大數據成果與各類專業數學模型（洪水模擬、水資源動態模擬、大壩滲流模擬等）進行有機關聯，形成高效聯動機制，提升決策的科學性和時效性。

5 結語

在工程管理中應用人工智能技術，是管理科學與計算機科學融合發展的重要標志，也是貫徹落實水利部智慧水利建設要求的重要體現。未來水利行業將逐步擺脫落后、艱苦的標簽，逐步向高精尖領域進發，充分發揮人工智能、大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術的巨大優勢，建立現代化水利治理體系和治理能力。