人工智能在水利工程管理中的应用

许 源，曹丽娟

（1.河北省水利厅，河北 石家庄 050011；2.河北省水利水电第二勘测设计研究院，河北 石家庄 050021）

水利工程管理是水利工作的重点之一，目前人工智能技术已经应用到水利工程建设管理的多个技术层面，包括视、听、触、嗅等多元化感知领域。能够极大提升工作效率和工作质量，保障水利工程运行安全，节省管理成本，减少人员进入高风险区域的几率。

1 当前水利管理工作特点及难点

新中国成立以来，我国水利事业发展取得举世瞩目的成绩，各级水利工程在防洪、抗旱、供水、航运、养殖等方面发挥了巨大功效，成为保障经济社会稳定发展的压舱石。然而随着时代快速发展，传统的水利工程建设管理工作模式已然落后于时代发展步伐，在感知、传输、分析、决策、执行等环节存在诸多突出短板。

2 人工智能技术在水利工程管理中的应用现状

如今我国正强力推进国家治理体系和治理能力现代化，水利工程作为国家基础设施体系的重要组成部分，要实现水利治理体系和治理能力现代化，必须实现水利业务与新一代信息技术深度融合，其中很重要的应用领域就是以人工智能替代人工作业。

人工智能是通过先进的计算机神经网络分析技术，来替代各种重复、繁琐、具有较强逻辑关联的人工作业。例如语音识别（会议速记）、文字识别（水尺标记）、图像识别（漂浮物、水质变化、闸门开启度、遥感影像比对分析等）、特征物体识别（人、车、船等）、阈值预警（位移、温度、压力、空气质量等）等工作，若采用人工识别，不仅耗时较长，而且准确率难以保障。交由人工智能进行识别，经过计算机反复训练之后，能够很快将识别准确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应用领域如下。

（1）语音识别。主要应用于水利管理部门内部建立远程会议体系，帮助与会者快速完成会议原始记录。主要使用科大讯飞等厂商出品的智能录音笔、智能电纸书等会议工具，也可以直接以App方式安装在手机、平板、智能白板等设备中。与企业私有云关联后，能够对会议记录以影音文字多种方式进行留存，方便快速查询和历史追溯。

（2）文字识别。主要应用于行洪河道、水闸、溢洪道、进水口等重要设施处，识别对象主要为水尺上的水位数据。识别工具主要为带有文字识别功能的摄像头，必要时还可具备微光环境下的夜视功能，确保设备能够全天候开展水位识别工作。

（3）图像识别。主要应用于水库、水源地、蓄水景区、景观河道等重要区域。主要识别工具包括摄像头、无人机、遥感卫星等。识别对象包括漂浮物、水质变化情况（光谱分析）、闸门开启度（静态图像分析）、遥感影像比对分析（水域岸线变化、水土流失变化、洪水淹没等）。

（4）特征物体识别。主要应用于人、车、船等动态物体在水利管理范围内的活动监测跟踪。包括禁钓禁渔禁泳区域的安防警示；采砂区域范围控制与开采统计；四乱高发区域周边车辆异常行为监控与跟踪；重要桥梁上下游船舶碰撞监控预警等。

（5）阈值预警。主要应用于堤防水平垂直位移监测、大体积混凝土浇筑温度监测、大跨度建筑物内部压应力监测、高水位差区域水渗透压力监测、施工区域及滨水景观带的微气候监测等。

上述应用领域暂时还停留在智能硬件设备设施的应用层面，替代了一部分现场人工作业。在推动水利工作机制创新与流程再造方式还有较大进步空间。

3 人工智能技术在水利工程管理中的应用案例

笔者参与的一个水利工程项目，由多段堤防及其附属建筑物组成，在城区四周构成环状防洪圈体系。按照“绿色智慧新城”建设要求，本工程拟结合实体工程建设，同步建立智慧工程，实现孪生共长。

智慧工程以“治理体系规范高效、应用服务智能便捷、数据资源共治共享、网络空间安全清朗”为主要目标，通过资源整合、流程再造和模式创新，推进水利业务与人工智能、物联网、云计算、大数据等新一代信息技术深度融合。构建以“一张网”为基础，以“一个平台”为核心，以四大应用服务体系（防汛管理、运维管理、公共服务、综合展示）为载体的“1+1+4”总体框架。其中，涉及人工智能的建设内容主要如下。

（1）建立智能化水利监测“一张网”。沿堤线全程布设智能灯杆，通过环状光纤与管理处接通。支持视频采集、智能照明控制、信息查询展示、风险预警提示、紧急呼叫定位等综合功能，并逐步将视频监控与视频会议双体系融合集成。在防洪堤、水闸、拦河闸等重要部位布设智能传感设备（水雨情、墒情、工情、水环境、微气候等），所有监测监控数据全部接入云平台，建立数据资源池，以数据共享方式服务于各个业务领域。

（2）建立与人工智能技术深度融合的决策指挥体系。在水旱灾害防御、地下水开发利用、工程安全管理、工程运行管理等业务领域，应用各类人工智能分析工具，与应急预案库建立高效逻辑关系，提升应急响应时效性和准确性。促进跨区域、跨层级、跨行业业务协作，防范和化解各类涉水风险隐患，确保新区及整个流域的生态防洪安全。

（3）为各级管理单位和管理人员提供智能便捷的管理工具。目前手机等移动终端具备强大的沟通、集成和展示能力，能够结合OA、建管、运管等信息系统建设，安装对应的移动客户端，实现多层级、多专业、多部门协同作业。在面对“省市县乡村”5级管理层和数以万计的涉水管理人员时，利用移动终端打通“最后一公里”，提供任务自动分发、线路自动规划、踩点自动打卡、信息自动推送、知识自动关联等功能，提升工作效率。

（4）建立智能化的公共服务体系。能够通过移动客户端、显示大屏、公共广播等方式，对工程管理范围内的人车船流、服务设施（观光车、商铺、服务台、厕所、停车场等）等进行合理引导。能够对工程管理范围内的安全事项进行预警和防范。允许游客通过手机或特定设施进行报警和定位，以便快速获取安全保障服务。能够根据监测数据，及时启动各类自动化控制系统，改善植物生长环境和市民休闲体验。能够通过声光电手段，形成虚拟边界，防止人员接近危险区域、损坏公共设施或破坏珍稀植物群落。

4 人工智能技术在水利工程管理中的应用前景

未来随着大数据、云计算等新一代技术高速发展，人工智能技术获得更加广阔的应用空间。主要应用前景如下。

（1）人工智能与云计算融合集成。在面对大范围、高负荷分析计算时，计算模式从星型架构逐步转化为多元融合的“云-边-端”架构。将计算下放至端部的设备层，不仅有效提升分析处理的速度（减少了数据来回传输的过程，增加了分析设备的数量），更极大减少了对网络带宽的占用（只向上发送经过预处理的有用数据信息）。非常适用于长距离、大范围的视频监视体系建设。其中人工智能技术将发挥穿针引线的重要作用，通过内置智能芯片、外置智能模块、加载智能算法等方式，对云计算成果进行分级分区分类管理，对数据信息进行安全加密。

（2）人工智能与大数据融合集成。在面对海量动态数据信息时（主要包括水雨情监测、水资源监测、节水监测、涉水舆情监测等领域），利用大数据技术对目标的变化规律和演变趋势进行模拟分析，形成可供各级管理部门使用的决策依据。其中人工智能技术将发挥承上启下的重要作用，能够快速将大数据成果与各类专业数学模型（洪水模拟、水资源动态模拟、大坝渗流模拟等）进行有机关联，形成高效联动机制，提升决策的科学性和时效性。

5 结语

在工程管理中应用人工智能技术，是管理科学与计算机科学融合发展的重要标志，也是贯彻落实水利部智慧水利建设要求的重要体现。未来水利行业将逐步摆脱落后、艰苦的标签，逐步向高精尖领域进发，充分发挥人工智能、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的巨大优势，建立现代化水利治理体系和治理能力。