DM技術(shù)在水利工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

肉孜買買提·吐送尼牙孜

(塔里木河流域和田管理局，新疆 和田 848000)

大型水利樞紐工程施工建設(shè)中存在較多的風(fēng)險因素且設(shè)計因素較多，管理范圍也比較大，基于全人工觀測、識別與管理的工作難度很大，且很難及時、快速解決問題[1- 3]。因此，研究開發(fā)出水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)對于水利工程建設(shè)質(zhì)量保證非常重要。

目前，水利工程建設(shè)智慧化已經(jīng)成為水利工程領(lǐng)域的重點工作，但受限于技術(shù)發(fā)展以及其他因素，水利工程智慧化建設(shè)發(fā)展速度仍然較慢[4- 5]。賈寧霄等[6]基于區(qū)塊鏈技術(shù)，結(jié)合我國水利工程建設(shè)管理特點以及工程建設(shè)要素，深入分析探討了基于區(qū)塊鏈技術(shù)智慧水利工程智慧建設(shè)管理工程的建設(shè)，研究成果為區(qū)塊鏈技術(shù)-水利工程智慧化建設(shè)提供了基礎(chǔ)。曹新[7]基于山東某抽水蓄能電站智慧化建設(shè)項目，建立了高效、經(jīng)濟(jì)的智慧化并指出其具有參數(shù)采集與傳輸、現(xiàn)場實時監(jiān)控、監(jiān)測預(yù)警報告、信息共享及遠(yuǎn)程控制保護(hù)等重要功能。陳杰等[8]則基于BIM+GIS聯(lián)合技術(shù)，構(gòu)建了水利工程智慧管理平臺原型并投入使用。

綜上所述，現(xiàn)有成果較少涉及到DM技術(shù)在水利工程智慧化建設(shè)中的應(yīng)用，而隨著大數(shù)據(jù)重要性的逐漸增長，DM技術(shù)服務(wù)于水利工程智慧化建設(shè)將逐漸變得重要。因此，本文基于DM技術(shù)識別了水利樞紐工程建設(shè)中的重要風(fēng)險因素，并根據(jù)DM結(jié)果構(gòu)建了相應(yīng)的智慧化管理系統(tǒng)。研究成果為我國水利工程智慧化建設(shè)提供了一定思路。

1 基于DM的風(fēng)險識別

1.1 基于DM的風(fēng)險源識別流程

如上述所言，現(xiàn)有關(guān)于水利工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)的開發(fā)和應(yīng)用方面的研究較少，這不利于水利工程智慧化建設(shè)及管理效率提升工作的開展。因此，筆者綜合現(xiàn)有水利工程智慧化建設(shè)工作經(jīng)驗以及大數(shù)據(jù)發(fā)展方向現(xiàn)狀，提出基于DM技術(shù)建設(shè)水利工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)。基于現(xiàn)有文獻(xiàn)的調(diào)查分析與總結(jié)，筆者得出，DM技術(shù)是從大面積的隨機(jī)數(shù)據(jù)樣本中去獲取對個人研究有用的數(shù)據(jù)和信息，它是信息倉庫技術(shù)、模糊邏輯分類、數(shù)理統(tǒng)計分析等多學(xué)科相結(jié)合的重要產(chǎn)品。因此，利用DM技術(shù)實現(xiàn)水利樞紐工程施工過程中的智慧化監(jiān)管工作是水利工程領(lǐng)域重點研究與發(fā)展的方向之一[9- 10]?；诖?，筆者認(rèn)為，可以基于DM技術(shù)與我國水利工程事故資料信息庫，對水利樞紐工程建設(shè)與施工中的風(fēng)險因素進(jìn)行前期辨識，從而根據(jù)各種不同條件，識別出針對研究工程項目的風(fēng)險因素，之后再根據(jù)識別結(jié)果，相對應(yīng)的構(gòu)建出智慧化水利監(jiān)管系統(tǒng)。DM的風(fēng)險源識別的具體流程如圖1所示。

圖1 基于DM技術(shù)的水利樞紐工程風(fēng)險因素集構(gòu)建

(1)水利樞紐工程施工風(fēng)險因素信息準(zhǔn)備。信息準(zhǔn)備過程包括信息集成、選擇和預(yù)處理。即將多個相關(guān)性的風(fēng)險因素組合在一起，實現(xiàn)信息共享，解決分布性和異構(gòu)性問題。

(2)水利樞紐工程施工風(fēng)險因素DM。首先，應(yīng)當(dāng)基于現(xiàn)有條件，分析水利樞紐工程建設(shè)的初步設(shè)計施工方案中風(fēng)險因素類別;其次，根據(jù)目前該階段水利樞紐工程及其實際管理施工每階段風(fēng)險因素類別選定的一個最為合適的知識模型的知識挖掘的研究與方法分析;最后，利用挖掘及分析的算法模型來去從當(dāng)前整個的水利樞紐工程規(guī)劃及設(shè)計施工的管理的風(fēng)險因素庫模型中來去分析抽取決策的所需的大量的相關(guān)科學(xué)知識內(nèi)容信息和科學(xué)決策。

(3)水利樞紐工程施工風(fēng)險因素辨識結(jié)果解釋和評價。對基于DM技術(shù)得到的主要風(fēng)險因素展開深入分析與評價，篩選提出不合理的因素，保留與水利樞紐工程建設(shè)相關(guān)的風(fēng)險因素并將其可視化。

1.2 基于DM的風(fēng)險源挖掘方法

根據(jù)前文分析和構(gòu)建目標(biāo)信息庫的一些基本特征，本文選用關(guān)聯(lián)規(guī)則方法，將其作為水利樞紐工程施工風(fēng)險因素辨識的DM方法。通過對歷史上已經(jīng)發(fā)生的水利樞紐工程各類施工事故進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析與比較，不難發(fā)現(xiàn)事故的發(fā)生與一些危險因素關(guān)聯(lián)度極高。如何快速找出水電潛在面臨的其他各類施工危險因素并迅速采取各種針對性措施進(jìn)行對其風(fēng)險因素加以管理監(jiān)測和技術(shù)控制，這一切將十分有利于地確保各類水電工程設(shè)備的設(shè)計施工安全。研究各項屬性與事故之間的聯(lián)系，規(guī)則描述公式如下:

(A1,A2,…,An)?D(su,con)

(1)

式中，A1～An—施工事故的屬性；D—施工事故，代表規(guī)則的結(jié)果。

(2)

式中，su—規(guī)則支持度，即事故發(fā)生時各施工事故的屬性也同時發(fā)生的概率；A—各個施工事故屬性的集合；I—全部施工屬性的集合。

最后，依照DM技術(shù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則，對水利樞紐工程施工信息和信息庫進(jìn)行DM，識別得到水利樞紐工程施工的重要風(fēng)險因素，并對其及時采用監(jiān)測、管理與控制措施。

此外，本研究擬構(gòu)建一個水利樞紐工程現(xiàn)場施工現(xiàn)場風(fēng)險因素信息辨識的數(shù)據(jù)整合挖掘應(yīng)用智慧化技術(shù)系統(tǒng)，該應(yīng)用系統(tǒng)總體分為內(nèi)外3層信息庫結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 水利樞紐工程施工風(fēng)險因素辨識DM智慧化系統(tǒng)

2 智慧化監(jiān)管系統(tǒng)構(gòu)建

對風(fēng)險因素的采取監(jiān)測監(jiān)控，是獲得相關(guān)特征信息的最直接和最有效的方式。通過對獲取數(shù)據(jù)的分析可以判斷施工過程是否處于安全狀態(tài)，對不正安全狀態(tài)及時預(yù)警或采取預(yù)控措施。根據(jù)DM最終分析結(jié)果，研究得出水利樞紐工程施工建設(shè)主要風(fēng)險因素見表1。

表1 水利樞紐工程施工建設(shè)部分主要風(fēng)險因素

根據(jù)主要風(fēng)險因素，同時考慮其他風(fēng)險因素。根據(jù)獲取方式的不同，下面將風(fēng)險因素監(jiān)測類型分為實測型與評價型兩種。實測數(shù)據(jù)是通過儀器或者監(jiān)測設(shè)備直接測量的得到的，如荷載、位移、滲流、應(yīng)力等信息的獲得；評價型信息則需要評價人員根據(jù)自己已有的知識和經(jīng)驗對該類型監(jiān)測項目的信息的確定，如作業(yè)人員的綜合素質(zhì)與導(dǎo)致事故發(fā)生的概率，設(shè)備的損壞概率等。對上述所有包含風(fēng)險的風(fēng)險因素總和形成信息集，并對所列項目布置實時傳感器進(jìn)行重點監(jiān)測，并基于5G新技術(shù)形成有效的遠(yuǎn)程信息傳輸與通信系統(tǒng)，構(gòu)建水利信息化管理平臺，最終得到新疆某水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)及部分操作界面如圖3所示。根據(jù)現(xiàn)場運行效果指出，該水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測水利工程的風(fēng)險發(fā)生點，方便管理人員及時做出補(bǔ)救措施，實現(xiàn)了智慧化水利的重要成果。

3 結(jié)論與建議

本次研究深入分析了DM技術(shù)在水利工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用。主要結(jié)論如下：

圖3 水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)及部分操作界面

(1)水利樞紐工程風(fēng)險因素DM流程主要包括數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、施工風(fēng)險因素挖掘以及風(fēng)險因素的評價與解釋3個步驟。

(2)基于DM技術(shù)構(gòu)建了新疆某水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)，該水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測水利工程的風(fēng)險發(fā)生點，完成了智慧化水利建設(shè)的重要成果。

(3)本次基于DM技術(shù)構(gòu)建的水利樞紐工程智慧化監(jiān)管系統(tǒng)高效且智慧化，但由于數(shù)據(jù)庫比較有限，因此分析結(jié)果仍存在一定的不足之處。下一步應(yīng)當(dāng)考慮增加國內(nèi)外更多的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析。