淺談人工智能在水利工程管理中的應用

張志豪 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司

人工智能技術在各個領域都有廣泛應用，是基于多種傳感技術的進步，以多媒體技術為載體，在無人操作的情況下也可以實現(xiàn)更快捷、高效、準確的管理操控，在水利工程管理中也大量應用了人工智能技術來提高管理效率。水利工程管理是保障工程質量和工程運行的重要手段，將人工智能技術引入水利工程管理，能夠實現(xiàn)人力物力資源的高效配置，改善水利工程的運行效益，促進水利工程建設更加智能化、現(xiàn)代化。

一、水利工程管理現(xiàn)狀

水利工程是關系著國計民生的國家基礎設施，也是推動社會發(fā)展的重要建設項目，當前的水利工程對于工程質量十分看重，但是在水利工程的管理上卻略顯不足，無論是工程建設過程中的管理還是建成后的運行管理，管理人員的專業(yè)素質水平對水利工程管理效率影響極大，如果管理人員不夠專業(yè)，在工程中就極易埋藏隱患，造成安全風險，如此既難以保證實力工程的管理效率和水平，對水利工程長遠發(fā)展也是十分不利的。要想有效降低工程安全風險，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在必行。人工智能可以將先進的科學技術結合水利工程管理特點進行有針對性的應用設計，對水利工程運行狀態(tài)實時監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)分析對潛在風險進行預測，分析事件發(fā)生概率并作出對應預警，給維修管理人員以提示及時處理，人工智能管理更加全面、準確、及時，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

（一）智能感知技術

通過信息傳感設備和系統(tǒng)，對水利工程的設備運行實時監(jiān)測、采集、分析各類數(shù)據(jù)，比如防洪、供水、航運等，可以在水利工程的各類設備上裝備射頻標簽，借助于射頻識別技術，系統(tǒng)可以自動識別獲取其特征數(shù)據(jù)和監(jiān)測信息，然后通過無線傳感器網(wǎng)絡將監(jiān)測到的信息發(fā)送至用戶端，實現(xiàn)物理流域、計算流域、人類社會的三元溝通。

（二）三維3S技術

3S技術是將地理信息系統(tǒng)、遙感和全球衛(wèi)星定位相融合起來的技術，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，可實時反映水利工程的空間信息與環(huán)境信息，更準確，更可靠，為防洪抗汛、水土保持、水質監(jiān)測、水資源優(yōu)化配置等工作做出科學決策而提供更全面的數(shù)據(jù)支持。

（三）云計算與云存儲技術

云計算應用于水利工程管理可以模擬水資源調(diào)度、預測氣候的變化和發(fā)展趨勢，通過云計算，將流域內(nèi)模擬程序先進行拆分，化整為零進行計算，然后再將這些被拆分的子程序的計算數(shù)據(jù)匯總后將處理結果傳回給用戶，如此就可以實現(xiàn)流域內(nèi)的高精度的三維模擬。通過云存儲技術，流域內(nèi)的模擬數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)等所有的相關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，使用效益也得以擴展。

（四）物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)技術在水利工程中的主要應用就是將感應器嵌入和裝備到水質監(jiān)測斷面、水傳輸系統(tǒng)、大壩、水文測站等各種設施中，通過互聯(lián)網(wǎng)連接起來，將“實體的物”和“虛擬的物”實現(xiàn)無縫整合。

三、人工智能技術在水利工程管理中的應用

（一）智能控制環(huán)節(jié)

人工智能技術對于水利工程管理水平的提高具有十分重要的推動作用，可以說是水利工程管理中控制環(huán)節(jié)的改造升級，提高了控制管理的可靠性，主要應用有以下幾個方面：首先人工智能技術搜集原始數(shù)據(jù)進行分析處理，篩選數(shù)據(jù)信息進行分類保存，以便于后期系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的讀取和利用；其次控制界面要顯示為人機交互界面以提高可操作性，便于管理人員隨時查看信息，并在界面中將水壓、水流等相關信息數(shù)據(jù)存儲進系統(tǒng)中，在系統(tǒng)中設置相應的檢修程序，保障數(shù)據(jù)存儲的完整性和安全性；最后在系統(tǒng)中還要加入監(jiān)控和預警模塊，實時監(jiān)測保證能夠及時發(fā)現(xiàn)故障和險情，并能夠通過設備向管理人員發(fā)出警報，聲音、燈光、屏幕顯示等信號信息，及時將信息傳遞出來，有利于應急處理。

（二）模擬工程運行及預測

水利工程的管理需要對水利運行進行動態(tài)的模擬和未來預測，而人工智能的引入正好能夠滿足水利工程管理的這個要求，使得水利工程管理工作更具前瞻性和預設性，也能幫助管理人員進行后期的科學管理規(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。人工智能技術可以模擬人的神經(jīng)網(wǎng)絡，從而使水利動態(tài)模擬更加精確，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡為依托的動態(tài)模擬，可以對相關區(qū)域內(nèi)的水文資料、影響因素等信息進行統(tǒng)籌管理并合理分析，從而形成動態(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)，結合水利運行進行預測運算，對設備的狀態(tài)轉換成數(shù)據(jù)輸出，有利于對整個水利運行動態(tài)的全面掌控。

（三）合理應用遺傳算法進行測試

數(shù)字模型在水利工程的實際管理工作中應用比較廣泛，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，實際應用起來十分煩瑣，但是通過遺傳算法，就可以將不同的數(shù)字模型進行優(yōu)化，使用起來會更加便捷，提供更高效的技術支持。技術人員可以通過具體參數(shù)設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)標準化處理，運用算法時要完全覆蓋計算內(nèi)容，不可遺漏，以確保算法的準確性和可操作性。此外遺傳算法還可以與地理信息系統(tǒng)相結合，實時監(jiān)控水利運行狀態(tài)，為提升水利工程智能化管理水平奠定發(fā)展基礎。

未來水利工程管理中的人工智能技術也會融入更多的大數(shù)據(jù)、云計算的技術加持，實現(xiàn)更多的管理功能，讓水利工程管理工作更具預見性，并且水利數(shù)據(jù)信息還會應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)動機制，建立現(xiàn)代化的水利治理體系，共同提高管理能力。