水利工程智能監(jiān)測預警系統(tǒng)研究

水利工程除害興利，是我國民生之根本。除灌溉、發(fā)電之外，水利工程還有效保障了我國用水安全、農(nóng)業(yè)安全，及時應對極端氣候變化，產(chǎn)生了相當可觀的經(jīng)濟效益。但龐大的工程項目在實際運行過程中難免出現(xiàn)安全問題，重要的是工程項目人員該怎樣高效、迅速、準確地預測危險的發(fā)生，提前作出應急響應，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。《集成ＢＩＭ 與無人機的輸水工程安全監(jiān)測分析與險情智能識別》一書深度分析了耦合ＢＩＭ、無人機和人工智能的輸水工程安全監(jiān)測分析與險情智能識別的理論方法及技術(shù)，可供水利工程技術(shù)人員學習參考。

該書共包括三篇，分為十二章。第一章是緒論，對國內(nèi)外相關領域發(fā)展現(xiàn)狀及理論進行了介紹。第一篇包括第二章至第四章，其中：第二章論述了基于ＢＩＭ 的輸水工程安全監(jiān)測網(wǎng)絡可視化技術(shù)，第三章講述基于深度信念網(wǎng)絡的輸水工程安全監(jiān)測指標預測，第四章對輸水工程進行了多角度綜合評價。第二篇包括第五章至第十章，其中：第五章講述耦合動態(tài)ＢＩＭ 的輸水渠道無人機巡檢技術(shù)，第六章講解以ＢＩＭ 技術(shù)為驅(qū)動的航拍圖像興趣區(qū)提取方法，第七章講述寒區(qū)輸水渠道冰情的智能圖像識別，第八章介紹輸水渠道水面異物的智能圖像識別，第九章分析輸水渠道邊坡破壞的智能圖像識別，第十章介紹基于航拍攝影測量的渠道險情空間定位。第三篇包括第十一章和第十二章，重點介紹水下機器人檢測與智能識別技術(shù)。

當前我國水利工程規(guī)模趨于大型化和超大型化，為避免造成事故，工程項目人員在水利工程運行過程中要及時掌握水利工程運行期間的正常和異常情況，定期對建筑物進行安全監(jiān)測。以人工巡檢為主的傳統(tǒng)安全管理方式，已難以滿足當今水利工程的管理和應急響應預警的要求，因此工程項目人員可通過采用ＢＩＭ 技術(shù)與無人機技術(shù)的方式，將兩種技術(shù)手段結(jié)合運用，為水利工程安全管理提供便利。

在水利工程運行過程中，周遭干擾較為復雜，若對其直接進行安全監(jiān)測，會產(chǎn)生大量冗余信息，故可采用ＢＩＭ 技術(shù)進行三維建模。工程項目人員可結(jié)合ＭｙＳＱＬ 和ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 等數(shù)據(jù)庫軟件進行安全信息收集，給ＢＩＭ 模型和安監(jiān)儀器分別賦ＩＤ 編號，利用ＢＩＭ 模型ＩＤ 和儀器編號一一映射的方法，實現(xiàn)ＢＩＭ 模型與安全監(jiān)測信息的動態(tài)耦合，使工程動態(tài)安全狀況能夠得到直觀全面的監(jiān)測與分析。關于如何耦合ＢＩＭ 技術(shù)開展安全監(jiān)測智能分析，結(jié)合該書可知，工程項目人員可采用Ａｕｔｏｄｅｓｋ Ｒｅｖｉｔ 作為建模平臺，與ＡｕｔｏＣＡＤ、３Ｄ ＭＡＸ、Ｃｉｖｉｌ ３ｄ 等軟件配合使用，各元素按照實體大小進行等比例建模，并將空間坐標集成在一起進行建筑物建模、地形建模、安監(jiān)儀器建模。

建模完成后，工程項目人員可再次采用ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 或ＭｙＳＱＬ 等軟件作為數(shù)據(jù)庫平臺，集中管理安全監(jiān)測信息，并且如上文所述，采用一一映射法，使得圖像信息等各種檢測數(shù)據(jù)都可通過檢索相關字段的方式關聯(lián)到ＢＩＭ 模型，實現(xiàn)ＢＩＭ 模型和安全監(jiān)測信息的動態(tài)耦合。

除ＢＩＭ 模型和安監(jiān)信息的動態(tài)耦合外，書中還講解了ＢＩＭ 與無人機的結(jié)合運用。近年來，ＢＩＭ 和無人機技術(shù)在水利工程領域應用廣泛，二者結(jié)合為水利工程項目的規(guī)劃、設計、施工提供了新的解決方案。無人機搭載激光雷達等傳感器，可實現(xiàn)對水利工程設施的三維掃描與測量，并將掃描數(shù)據(jù)直接導入ＢＩＭ 模型中，實現(xiàn)水利工程中各種設施的精確建模與分析。基于無人機快速、高效的數(shù)據(jù)采集能力，ＢＩＭ 模型的精度和可靠性得到了有效提高。另外，ＢＩＭ 與無人機技術(shù)的結(jié)合使用，可有效識別渠道、堤防等水利工程險情，比傳統(tǒng)的人工巡線的目視巡檢效率更高、協(xié)同性更強。在實際應用中，水利工程項目人員選擇存儲空間大、具有無線通信、長續(xù)航等基本功能且具有強抗風能力、適應高海拔飛行等特點的無人機，同時采用基于ＢＩＭ 研制的Ｗｅｂ 客戶端對實時情況進行考察和分析，加入誤差檢測算法，可將錯誤概率降至最低。盡管無人機巡拍與算法在全面收集信息、降低誤差等方面有很大優(yōu)勢，但會產(chǎn)生巨量數(shù)據(jù)，因此工程項目人員需綜合利用智能圖像識別技術(shù)，讓機器自動識別輸水渠道等水利工程的航拍圖像中出現(xiàn)的各種險情，這樣在減少數(shù)據(jù)處理工作量的同時可大大提高整體項目的完成效率。

此外，工程項目人員還可通過ＢＩＭ 驅(qū)動的渠道航拍圖興趣區(qū)提取方法減少誤報警的可能性，從而使ＢＩＭ 技術(shù)與無人機航拍圖像識別技術(shù)融合形成一個完整的預警系統(tǒng)，更好地完成輸水工程中的險情智能識別。

在水利工程運行當中，安全監(jiān)測與險情識別占有越來越重要的位置。《集成ＢＩＭ 與無人機的輸水工程安全監(jiān)測分析與險情智能識別》一書從創(chuàng)新角度出發(fā)，為相關從業(yè)人員提供預警系統(tǒng)研究的新思路，從而建立更為先進的安全預警系統(tǒng)，在保障水利工程安全運行方面具有重要意義。

作者簡介：梅雄（１９８５—），男，湖北松滋人，河南省地礦建設工程（集團）有限公司高級工程師，研究方向為水利工程