水利工程智能监测预警系统研究

水利工程除害兴利，是我国民生之根本。除灌溉、发电之外，水利工程还有效保障了我国用水安全、农业安全，及时应对极端气候变化，产生了相当可观的经济效益。但庞大的工程项目在实际运行过程中难免出现安全问题，重要的是工程项目人员该怎样高效、迅速、准确地预测危险的发生，提前作出应急响应，减少人员伤亡和财产损失。《集成ＢＩＭ 与无人机的输水工程安全监测分析与险情智能识别》一书深度分析了耦合ＢＩＭ、无人机和人工智能的输水工程安全监测分析与险情智能识别的理论方法及技术，可供水利工程技术人员学习参考。

该书共包括三篇，分为十二章。第一章是绪论，对国内外相关领域发展现状及理论进行了介绍。第一篇包括第二章至第四章，其中：第二章论述了基于ＢＩＭ 的输水工程安全监测网络可视化技术，第三章讲述基于深度信念网络的输水工程安全监测指标预测，第四章对输水工程进行了多角度综合评价。第二篇包括第五章至第十章，其中：第五章讲述耦合动态ＢＩＭ 的输水渠道无人机巡检技术，第六章讲解以ＢＩＭ 技术为驱动的航拍图像兴趣区提取方法，第七章讲述寒区输水渠道冰情的智能图像识别，第八章介绍输水渠道水面异物的智能图像识别，第九章分析输水渠道边坡破坏的智能图像识别，第十章介绍基于航拍摄影测量的渠道险情空间定位。第三篇包括第十一章和第十二章，重点介绍水下机器人检测与智能识别技术。

当前我国水利工程规模趋于大型化和超大型化，为避免造成事故，工程项目人员在水利工程运行过程中要及时掌握水利工程运行期间的正常和异常情况，定期对建筑物进行安全监测。以人工巡检为主的传统安全管理方式，已难以满足当今水利工程的管理和应急响应预警的要求，因此工程项目人员可通过采用ＢＩＭ 技术与无人机技术的方式，将两种技术手段结合运用，为水利工程安全管理提供便利。

在水利工程运行过程中，周遭干扰较为复杂，若对其直接进行安全监测，会产生大量冗余信息，故可采用ＢＩＭ 技术进行三维建模。工程项目人员可结合ＭｙＳＱＬ 和ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 等数据库软件进行安全信息收集，给ＢＩＭ 模型和安监仪器分别赋ＩＤ 编号，利用ＢＩＭ 模型ＩＤ 和仪器编号一一映射的方法，实现ＢＩＭ 模型与安全监测信息的动态耦合，使工程动态安全状况能够得到直观全面的监测与分析。关于如何耦合ＢＩＭ 技术开展安全监测智能分析，结合该书可知，工程项目人员可采用Ａｕｔｏｄｅｓｋ Ｒｅｖｉｔ 作为建模平台，与ＡｕｔｏＣＡＤ、３Ｄ ＭＡＸ、Ｃｉｖｉｌ ３ｄ 等软件配合使用，各元素按照实体大小进行等比例建模，并将空间坐标集成在一起进行建筑物建模、地形建模、安监仪器建模。

建模完成后，工程项目人员可再次采用ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ 或ＭｙＳＱＬ 等软件作为数据库平台，集中管理安全监测信息，并且如上文所述，采用一一映射法，使得图像信息等各种检测数据都可通过检索相关字段的方式关联到ＢＩＭ 模型，实现ＢＩＭ 模型和安全监测信息的动态耦合。

除ＢＩＭ 模型和安监信息的动态耦合外，书中还讲解了ＢＩＭ 与无人机的结合运用。近年来，ＢＩＭ 和无人机技术在水利工程领域应用广泛，二者结合为水利工程项目的规划、设计、施工提供了新的解决方案。无人机搭载激光雷达等传感器，可实现对水利工程设施的三维扫描与测量，并将扫描数据直接导入ＢＩＭ 模型中，实现水利工程中各种设施的精确建模与分析。基于无人机快速、高效的数据采集能力，ＢＩＭ 模型的精度和可靠性得到了有效提高。另外，ＢＩＭ 与无人机技术的结合使用，可有效识别渠道、堤防等水利工程险情，比传统的人工巡线的目视巡检效率更高、协同性更强。在实际应用中，水利工程项目人员选择存储空间大、具有无线通信、长续航等基本功能且具有强抗风能力、适应高海拔飞行等特点的无人机，同时采用基于ＢＩＭ 研制的Ｗｅｂ 客户端对实时情况进行考察和分析，加入误差检测算法，可将错误概率降至最低。尽管无人机巡拍与算法在全面收集信息、降低误差等方面有很大优势，但会产生巨量数据，因此工程项目人员需综合利用智能图像识别技术，让机器自动识别输水渠道等水利工程的航拍图像中出现的各种险情，这样在减少数据处理工作量的同时可大大提高整体项目的完成效率。

此外，工程项目人员还可通过ＢＩＭ 驱动的渠道航拍图兴趣区提取方法减少误报警的可能性，从而使ＢＩＭ 技术与无人机航拍图像识别技术融合形成一个完整的预警系统，更好地完成输水工程中的险情智能识别。

在水利工程运行当中，安全监测与险情识别占有越来越重要的位置。《集成ＢＩＭ 与无人机的输水工程安全监测分析与险情智能识别》一书从创新角度出发，为相关从业人员提供预警系统研究的新思路，从而建立更为先进的安全预警系统，在保障水利工程安全运行方面具有重要意义。

作者简介：梅雄（１９８５—），男，湖北松滋人，河南省地矿建设工程（集团）有限公司高级工程师，研究方向为水利工程