淺談人工智能在水利工程管理中的應(yīng)用

張志豪 中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司

人工智能技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，是基于多種傳感技術(shù)的進(jìn)步，以多媒體技術(shù)為載體，在無(wú)人操作的情況下也可以實(shí)現(xiàn)更快捷、高效、準(zhǔn)確的管理操控，在水利工程管理中也大量應(yīng)用了人工智能技術(shù)來(lái)提高管理效率。水利工程管理是保障工程質(zhì)量和工程運(yùn)行的重要手段，將人工智能技術(shù)引入水利工程管理，能夠?qū)崿F(xiàn)人力物力資源的高效配置，改善水利工程的運(yùn)行效益，促進(jìn)水利工程建設(shè)更加智能化、現(xiàn)代化。

一、水利工程管理現(xiàn)狀

水利工程是關(guān)系著國(guó)計(jì)民生的國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施，也是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的重要建設(shè)項(xiàng)目，當(dāng)前的水利工程對(duì)于工程質(zhì)量十分看重，但是在水利工程的管理上卻略顯不足，無(wú)論是工程建設(shè)過程中的管理還是建成后的運(yùn)行管理，管理人員的專業(yè)素質(zhì)水平對(duì)水利工程管理效率影響極大，如果管理人員不夠?qū)I(yè)，在工程中就極易埋藏隱患，造成安全風(fēng)險(xiǎn)，如此既難以保證實(shí)力工程的管理效率和水平，對(duì)水利工程長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展也是十分不利的。要想有效降低工程安全風(fēng)險(xiǎn)，提高管理效率，從而創(chuàng)造更多的效益，在水利工程管理中引入人工智能勢(shì)在必行。人工智能可以將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)結(jié)合水利工程管理特點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的應(yīng)用設(shè)計(jì)，對(duì)水利工程運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)分析對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析事件發(fā)生概率并作出對(duì)應(yīng)預(yù)警，給維修管理人員以提示及時(shí)處理，人工智能管理更加全面、準(zhǔn)確、及時(shí)，比人工管理更高效。

二、水利工程管理中的主要人工智能技術(shù)

（一）智能感知技術(shù)

通過信息傳感設(shè)備和系統(tǒng)，對(duì)水利工程的設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、分析各類數(shù)據(jù)，比如防洪、供水、航運(yùn)等，可以在水利工程的各類設(shè)備上裝備射頻標(biāo)簽，借助于射頻識(shí)別技術(shù)，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別獲取其特征數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)信息，然后通過無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)到的信息發(fā)送至用戶端，實(shí)現(xiàn)物理流域、計(jì)算流域、人類社會(huì)的三元溝通。

（二）三維3S技術(shù)

3S技術(shù)是將地理信息系統(tǒng)、遙感和全球衛(wèi)星定位相融合起來(lái)的技術(shù)，在水利工程管理系統(tǒng)中還加入了三維分析與可視化技術(shù)，可實(shí)時(shí)反映水利工程的空間信息與環(huán)境信息，更準(zhǔn)確，更可靠，為防洪抗汛、水土保持、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水資源優(yōu)化配置等工作做出科學(xué)決策而提供更全面的數(shù)據(jù)支持。

（三）云計(jì)算與云存儲(chǔ)技術(shù)

云計(jì)算應(yīng)用于水利工程管理可以模擬水資源調(diào)度、預(yù)測(cè)氣候的變化和發(fā)展趨勢(shì)，通過云計(jì)算，將流域內(nèi)模擬程序先進(jìn)行拆分，化整為零進(jìn)行計(jì)算，然后再將這些被拆分的子程序的計(jì)算數(shù)據(jù)匯總后將處理結(jié)果傳回給用戶，如此就可以實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)的高精度的三維模擬。通過云存儲(chǔ)技術(shù)，流域內(nèi)的模擬數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等所有的相關(guān)信息都可以上傳至云端，并且數(shù)據(jù)信息的調(diào)取使用將不再受時(shí)間、空間的限制，數(shù)據(jù)的使用效率提升，使用效益也得以擴(kuò)展。

（四）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水利工程中的主要應(yīng)用就是將感應(yīng)器嵌入和裝備到水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面、水傳輸系統(tǒng)、大壩、水文測(cè)站等各種設(shè)施中，通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，將“實(shí)體的物”和“虛擬的物”實(shí)現(xiàn)無(wú)縫整合。

三、人工智能技術(shù)在水利工程管理中的應(yīng)用

（一）智能控制環(huán)節(jié)

人工智能技術(shù)對(duì)于水利工程管理水平的提高具有十分重要的推動(dòng)作用，可以說(shuō)是水利工程管理中控制環(huán)節(jié)的改造升級(jí)，提高了控制管理的可靠性，主要應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：首先人工智能技術(shù)搜集原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，篩選數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類保存，以便于后期系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的讀取和利用；其次控制界面要顯示為人機(jī)交互界面以提高可操作性，便于管理人員隨時(shí)查看信息，并在界面中將水壓、水流等相關(guān)信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)系統(tǒng)中，在系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的檢修程序，保障數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完整性和安全性；最后在系統(tǒng)中還要加入監(jiān)控和預(yù)警模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)保證能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和險(xiǎn)情，并能夠通過設(shè)備向管理人員發(fā)出警報(bào)，聲音、燈光、屏幕顯示等信號(hào)信息，及時(shí)將信息傳遞出來(lái)，有利于應(yīng)急處理。

（二）模擬工程運(yùn)行及預(yù)測(cè)

水利工程的管理需要對(duì)水利運(yùn)行進(jìn)行動(dòng)態(tài)的模擬和未來(lái)預(yù)測(cè)，而人工智能的引入正好能夠滿足水利工程管理的這個(gè)要求，使得水利工程管理工作更具前瞻性和預(yù)設(shè)性，也能幫助管理人員進(jìn)行后期的科學(xué)管理規(guī)劃，降低了管理難度，使得水利工程管理成本能夠有效得到控制。人工智能技術(shù)可以模擬人的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而使水利動(dòng)態(tài)模擬更加精確，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為依托的動(dòng)態(tài)模擬，可以對(duì)相關(guān)區(qū)域內(nèi)的水文資料、影響因素等信息進(jìn)行統(tǒng)籌管理并合理分析，從而形成動(dòng)態(tài)仿真圖，并根據(jù)仿真圖確定仿真參數(shù)然后將其輸入系統(tǒng)，結(jié)合水利運(yùn)行進(jìn)行預(yù)測(cè)運(yùn)算，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)輸出，有利于對(duì)整個(gè)水利運(yùn)行動(dòng)態(tài)的全面掌控。

（三）合理應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行測(cè)試

數(shù)字模型在水利工程的實(shí)際管理工作中應(yīng)用比較廣泛，而且模型種類多樣，不同的數(shù)字模型具有不同的算法和使用方式，實(shí)際應(yīng)用起來(lái)十分煩瑣，但是通過遺傳算法，就可以將不同的數(shù)字模型進(jìn)行優(yōu)化，使用起來(lái)會(huì)更加便捷，提供更高效的技術(shù)支持。技術(shù)人員可以通過具體參數(shù)設(shè)置讓遺傳算法更加契合不同的管理環(huán)節(jié)，但是要保證算法的通用框架持續(xù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，運(yùn)用算法時(shí)要完全覆蓋計(jì)算內(nèi)容，不可遺漏，以確保算法的準(zhǔn)確性和可操作性。此外遺傳算法還可以與地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)時(shí)監(jiān)控水利運(yùn)行狀態(tài)，為提升水利工程智能化管理水平奠定發(fā)展基礎(chǔ)。

未來(lái)水利工程管理中的人工智能技術(shù)也會(huì)融入更多的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算的技術(shù)加持，實(shí)現(xiàn)更多的管理功能，讓水利工程管理工作更具預(yù)見性，并且水利數(shù)據(jù)信息還會(huì)應(yīng)用到其他的管理部門，作為決策依據(jù)，逐漸形成多部門的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，建立現(xiàn)代化的水利治理體系，共同提高管理能力。