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(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050021）

水利工程管理是水利工作的重點(diǎn)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(gè)技術(shù)層面，包括視、聽(tīng)、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(yùn)行安全，節(jié)省管理成本，減少人員進(jìn)入高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域的幾率。

1 當(dāng)前水利管理工作特點(diǎn)及難點(diǎn)

新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)水利事業(yè)發(fā)展取得舉世矚目的成績(jī)，各級(jí)水利工程在防洪、抗旱、供水、航運(yùn)、養(yǎng)殖等方面發(fā)揮了巨大功效，成為保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的壓艙石。然而隨著時(shí)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(shí)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(guó)正強(qiáng)力推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化，水利工程作為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要組成部分，要實(shí)現(xiàn)水利治理體系和治理能力現(xiàn)代化，必須實(shí)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(guò)先進(jìn)的計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)，來(lái)替代各種重復(fù)、繁瑣、具有較強(qiáng)邏輯關(guān)聯(lián)的人工作業(yè)。例如語(yǔ)音識(shí)別（會(huì)議速記）、文字識(shí)別（水尺標(biāo)記）、圖像識(shí)別（漂浮物、水質(zhì)變化、閘門(mén)開(kāi)啟度、遙感影像比對(duì)分析等）、特征物體識(shí)別（人、車(chē)、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(shí)別，不僅耗時(shí)較長(zhǎng)，而且準(zhǔn)確率難以保障。交由人工智能進(jìn)行識(shí)別，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)反復(fù)訓(xùn)練之后，能夠很快將識(shí)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(yǔ)音識(shí)別。主要應(yīng)用于水利管理部門(mén)內(nèi)部建立遠(yuǎn)程會(huì)議體系，幫助與會(huì)者快速完成會(huì)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(shū)等會(huì)議工具，也可以直接以App方式安裝在手機(jī)、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)?huì)議記錄以影音文字多種方式進(jìn)行留存，方便快速查詢(xún)和歷史追溯。

（2）文字識(shí)別。主要應(yīng)用于行洪河道、水閘、溢洪道、進(jìn)水口等重要設(shè)施處，識(shí)別對(duì)象主要為水尺上的水位數(shù)據(jù)。識(shí)別工具主要為帶有文字識(shí)別功能的攝像頭，必要時(shí)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(kāi)展水位識(shí)別工作。

（3）圖像識(shí)別。主要應(yīng)用于水庫(kù)、水源地、蓄水景區(qū)、景觀河道等重要區(qū)域。主要識(shí)別工具包括攝像頭、無(wú)人機(jī)、遙感衛(wèi)星等。識(shí)別對(duì)象包括漂浮物、水質(zhì)變化情況（光譜分析）、閘門(mén)開(kāi)啟度（靜態(tài)圖像分析）、遙感影像比對(duì)分析（水域岸線(xiàn)變化、水土流失變化、洪水淹沒(méi)等）。

（4）特征物體識(shí)別。主要應(yīng)用于人、車(chē)、船等動(dòng)態(tài)物體在水利管理范圍內(nèi)的活動(dòng)監(jiān)測(cè)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(kāi)采統(tǒng)計(jì)；四亂高發(fā)區(qū)域周邊車(chē)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(cè)、大體積混凝土澆筑溫度監(jiān)測(cè)、大跨度建筑物內(nèi)部壓應(yīng)力監(jiān)測(cè)、高水位差區(qū)域水滲透壓力監(jiān)測(cè)、施工區(qū)域及濱水景觀帶的微氣候監(jiān)測(cè)等。

上述應(yīng)用領(lǐng)域暫時(shí)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(chǎng)人工作業(yè)。在推動(dòng)水利工作機(jī)制創(chuàng)新與流程再造方式還有較大進(jìn)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(gè)水利工程項(xiàng)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(shí)體工程建設(shè)，同步建立智慧工程，實(shí)現(xiàn)孿生共長(zhǎng)。

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(guò)資源整合、流程再造和模式創(chuàng)新，推進(jìn)水利業(yè)務(wù)與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)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(gè)平臺(tái)”為核心，以四大應(yīng)用服務(wù)體系（防汛管理、運(yùn)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(cè)“一張網(wǎng)”。沿堤線(xiàn)全程布設(shè)智能燈桿，通過(guò)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(xún)展示、風(fēng)險(xiǎn)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(huì)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(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)全部接入云平臺(tái)，建立數(shù)據(jù)資源池，以數(shù)據(jù)共享方式服務(wù)于各個(gè)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(kāi)發(fā)利用、工程安全管理、工程運(yùn)行管理等業(yè)務(wù)領(lǐng)域，應(yīng)用各類(lèi)人工智能分析工具，與應(yīng)急預(yù)案庫(kù)建立高效邏輯關(guān)系，提升應(yīng)急響應(yīng)時(shí)效性和準(zhǔn)確性。促進(jìn)跨區(qū)域、跨層級(jí)、跨行業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)作，防范和化解各類(lèi)涉水風(fēng)險(xiǎn)隱患，確保新區(qū)及整個(gè)流域的生態(tài)防洪安全。

（3）為各級(jí)管理單位和管理人員提供智能便捷的管理工具。目前手機(jī)等移動(dòng)終端具備強(qiáng)大的溝通、集成和展示能力，能夠結(jié)合OA、建管、運(yùn)管等信息系統(tǒng)建設(shè)，安裝對(duì)應(yīng)的移動(dòng)客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)、多專(zhuān)業(yè)、多部門(mén)協(xié)同作業(yè)。在面對(duì)“省市縣鄉(xiāng)村”5級(jí)管理層和數(shù)以萬(wàn)計(jì)的涉水管理人員時(shí)，利用移動(dòng)終端打通“最后一公里”，提供任務(wù)自動(dòng)分發(fā)、線(xiàn)路自動(dòng)規(guī)劃、踩點(diǎn)自動(dòng)打卡、信息自動(dòng)推送、知識(shí)自動(dòng)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(guò)移動(dòng)客戶(hù)端、顯示大屏、公共廣播等方式，對(duì)工程管理范圍內(nèi)的人車(chē)船流、服務(wù)設(shè)施（觀光車(chē)、商鋪、服務(wù)臺(tái)、廁所、停車(chē)場(chǎng)等）等進(jìn)行合理引導(dǎo)。能夠?qū)こ坦芾矸秶鷥?nèi)的安全事項(xiàng)進(jìn)行預(yù)警和防范。允許游客通過(guò)手機(jī)或特定設(shè)施進(jìn)行報(bào)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(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)啟動(dòng)各類(lèi)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，改善植物生長(zhǎng)環(huán)境和市民休閑體驗(yàn)。能夠通過(guò)聲光電手段，形成虛擬邊界，防止人員接近危險(xiǎn)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(lái)隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)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(jì)算融合集成。在面對(duì)大范圍、高負(fù)荷分析計(jì)算時(shí)，計(jì)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(jì)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(lái)回傳輸?shù)倪^(guò)程，增加了分析設(shè)備的數(shù)量），更極大減少了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用（只向上發(fā)送經(jīng)過(guò)預(yù)處理的有用數(shù)據(jù)信息）。非常適用于長(zhǎng)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(xiàn)的重要作用，通過(guò)內(nèi)置智能芯片、外置智能模塊、加載智能算法等方式，對(duì)云計(jì)算成果進(jìn)行分級(jí)分區(qū)分類(lèi)管理，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行安全加密。

（2）人工智能與大數(shù)據(jù)融合集成。在面對(duì)海量動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息時(shí)（主要包括水雨情監(jiān)測(cè)、水資源監(jiān)測(cè)、節(jié)水監(jiān)測(cè)、涉水輿情監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域），利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)目標(biāo)的變化規(guī)律和演變趨勢(shì)進(jìn)行模擬分析，形成可供各級(jí)管理部門(mén)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(lèi)專(zhuān)業(yè)數(shù)學(xué)模型（洪水模擬、水資源動(dòng)態(tài)模擬、大壩滲流模擬等）進(jìn)行有機(jī)關(guān)聯(lián)，形成高效聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提升決策的科學(xué)性和時(shí)效性。

5 結(jié)語(yǔ)

在工程管理中應(yīng)用人工智能技術(shù)，是管理科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)融合發(fā)展的重要標(biāo)志，也是貫徹落實(shí)水利部智慧水利建設(shè)要求的重要體現(xiàn)。未來(lái)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(jìn)發(fā)，充分發(fā)揮人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)，建立現(xiàn)代化水利治理體系和治理能力。