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１水利信息可視化系統(tǒng)的應用

目前“電子河長”———水利信息可視化系統(tǒng)已在我國東部沿海城市進行了示范性建設，并且取得了良好的成效。

1.1在防洪減災方面的應用

在大型河堤、水庫等地重要位置配置遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)控水位信息，科學分析圖像數(shù)據(jù)，綜合評估堤防的安全狀態(tài)，對于促進被動抗洪向主動防汛方式的轉變具有重要的影響。此外，水利信息可視化系統(tǒng)能夠動態(tài)監(jiān)視正在發(fā)生的災情、險情，并快速傳回數(shù)據(jù)、圖像供決策者進行分析，決策者在充分掌握現(xiàn)場實時情況后，根據(jù)實際情況制定有效的補救措施及防汛抗洪政策，從而保證水利工程設施的安全和人民生命財產(chǎn)安全。

1.2在水文分析方面的應用

水文站是收集水文信息的基礎設施，通過水文信息分析，不僅可以對水資源進行有效地保護、開發(fā)和管理，還可以合理地規(guī)劃和設計水利工程設施建設。傳統(tǒng)的目測、手測等水文信息收集方式的主觀性比較大，隨著觀測者經(jīng)驗、方式的不同，測量結果差異較大，對水文測報的數(shù)據(jù)結果造成直接影響。此外，水文數(shù)據(jù)量比較龐大，人工統(tǒng)計分析工作量大，成本高。而水利信息可視化系統(tǒng)可以有效解決上述問題，將水利信息監(jiān)控系統(tǒng)融入到水文站建設中，利用攝像頭采集圖像數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)傳輸、圖像處理獲取所需要的水文信息，不僅提高了水文信息獲取的速率與精確度，還可以利用采集到的基礎數(shù)據(jù)建立水文信息大數(shù)據(jù)庫，利用各種人工智能技術對水文狀況進行分析，加快水利管理部門進行水文分析的效率。

1.3在水利工程建設方面的應用

水利信息可視化系統(tǒng)在水利工程設施的建設、維護和管理上具有廣泛的應用。在進行水利工程設施建設時，可視化監(jiān)控系統(tǒng)可以協(xié)助決策者合理規(guī)劃建設方案，提高施工效率。在水利工程設施維護方面，人工維護的成本大且監(jiān)測準確性和安全性低，對于某些特殊情況，例如沼澤環(huán)境、強降水天氣等，人工維護基本不可能實現(xiàn)，但可視化系統(tǒng)在減低維護成本的同時，可以及時發(fā)現(xiàn)可能存在的安全隱患，有效提高檢測準確性和水利工程設施的使用壽命。在水利工程設施管理方面，可視化系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠程管理，減少人工投入。

２水利信息可視化系統(tǒng)的功能

水利信息可視化系統(tǒng)主要分為信息監(jiān)控和狀態(tài)監(jiān)測2個子系統(tǒng)（圖1），信息監(jiān)控子系統(tǒng)主要利用攝像頭進行圖像數(shù)據(jù)的采集并建立數(shù)據(jù)庫，并通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綘顟B(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)具有實時監(jiān)控、自動報警、監(jiān)控信息查詢、信息統(tǒng)計分析、應用平臺維護功能，用戶可通過狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)對水利信息進行實時的監(jiān)測與分析。

2.1實時監(jiān)控功能

數(shù)據(jù)是水資源管理業(yè)務開展的基礎，通過設計可視化數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺，決策者就可以通過平臺掌握現(xiàn)場實時情況。平臺可控制各區(qū)域監(jiān)控攝像頭，可靈活操縱云臺，也可進行攝像頭不同距離的聚焦，定位定時分析水利信息，包括水位信息監(jiān)控、水質信息監(jiān)控等。

2.2自動報警功能

自動報警是指通過信息可視化狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)，對經(jīng)檢測的各區(qū)域水位、水文信息圖像數(shù)據(jù)與各項指標數(shù)據(jù)進行對比，檢索出異常圖像數(shù)據(jù)后由自動報警裝置上報，上傳出現(xiàn)異常狀態(tài)時的數(shù)據(jù)、地點及其他相關信息，最后經(jīng)人工審核后由決策者制定相應的保護措施，包括水面圖像信息監(jiān)控、設備監(jiān)控等。

2.3監(jiān)控信息查詢功能

監(jiān)控信息查詢是指信息可視化狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)上傳報警信息后，對經(jīng)檢測的區(qū)域、檢測時間、異常狀態(tài)、處理負責人、處理狀態(tài)等信息查詢并上報的功能，同時，監(jiān)控信息查詢時效性強，可以迅速確定某一區(qū)域的水利信息，提高水利部門的業(yè)務效率，主要包括水文信息查詢、異常狀態(tài)查詢、設備信息查詢等。

2.4大數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計分析功能

大數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計分析是指信息可視化狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)對所收集的區(qū)域水利信息狀態(tài)、報警信息進行統(tǒng)計分析，形成相應的匯總數(shù)據(jù)及相應報表，同時，大數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計分析可以對未來水文信息進行合理的預測，進而為未來水利工程建設投資計劃及設備維護計劃提供依據(jù)，主要包括設備信息統(tǒng)計、信息統(tǒng)計分析、異常狀態(tài)信息統(tǒng)計等。

2.5應用平臺維護功能應用平臺維護是指信息可視化狀態(tài)監(jiān)測子系統(tǒng)可以進行自身狀態(tài)監(jiān)測和自身系統(tǒng)維護，當傳輸線路故障或網(wǎng)絡故障時，可以自主維護或是提醒決策者進行手動維護。此外，為避免緊急故障或突發(fā)狀況，應用平臺需要進行預防性維護和完善性維護，便于應用平臺適應未來軟硬件的變化或添加在系統(tǒng)設計階段中沒有的功能，主要包括設備維護、傳輸線路維護、報表維護功能等。

３水利信息可視化系統(tǒng)的核心關鍵技術

根據(jù)水利信息可視化系統(tǒng)的具體應用和實際功能，對水利信息可視化系統(tǒng)的關鍵技術進行分析，對于了解和促進水利信息可視化進行具有重要意義。

3.1圖像識別與機器學習技術

圖像識別技術是水利信息可視化系統(tǒng)的重要創(chuàng)新技術，圖像識別也是目前人工智能領域的熱點，它不僅可以高效精準地進行數(shù)據(jù)分析，還可以對未來水資源狀態(tài)的演變進行預測。圖像識別技術利用信息監(jiān)控子系統(tǒng)提供的圖像數(shù)據(jù)，通過將參考原圖像與異常圖像的區(qū)域進行比對，有效識別異常區(qū)域特征，并自動進行報警與分類，例如水質級別檢測、水上應急救援等。機器學習技術提取以往的水利信息數(shù)據(jù)特征，然后通過計算機對同一異常目標反復訓練，最終實現(xiàn)水利信息異常檢測，例如污染物追蹤、流量檢測等。此外，不論是圖像識別技術還是機器學習技術，都可以通過調整模型、優(yōu)化算法，提高異常檢測的準確率，最終實現(xiàn)人工零復核，從而實現(xiàn)信息可視化系統(tǒng)的自主決策[2]。

3.2圖像數(shù)據(jù)傳輸與處理技術

針對海量水利信息圖像數(shù)據(jù)傳輸與有限網(wǎng)絡帶寬之間的矛盾，研究制定相應的數(shù)據(jù)壓縮處理與傳輸方案是解決網(wǎng)絡傳輸瓶頸的重要方法[3]。根據(jù)水利信息的數(shù)據(jù)特點，設計高清圖像壓縮傳輸?shù)募夹g，在保證圖像質量的基礎上有效降低圖像的數(shù)據(jù)量，研究有限帶寬下大數(shù)據(jù)快速傳輸技術，在充分利用網(wǎng)絡帶寬的前提下，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實時、快速傳輸，從而對水利信息進行可視化監(jiān)控。

3.3多源異構數(shù)據(jù)整合技術

隨著水利信息可視化系統(tǒng)應用的場景不斷增多，水利數(shù)據(jù)的多語義性、多時空性以及數(shù)據(jù)表達的多尺度性和數(shù)據(jù)獲取手段的復雜多樣性，導致多源異構空間數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，這使得水文信息數(shù)據(jù)分析變得十分復雜，實現(xiàn)不同來源、不同結構的水利信息數(shù)據(jù)的融合是水利信息可視化系統(tǒng)快速發(fā)展和實際應用的關鍵[4]。通過數(shù)據(jù)庫管理平臺對數(shù)據(jù)直接訪問、存取和時空分析，避免繁瑣數(shù)據(jù)轉換，探索經(jīng)濟適用的多源數(shù)據(jù)共享模式，真正實現(xiàn)多源異構數(shù)據(jù)的整合使用。

3.4基于大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析技術

用戶層面向數(shù)據(jù)使用對象，對不同使用者發(fā)放不同權限；應用層著重體現(xiàn)水利信息可視化系統(tǒng)的具體功能，提高工作效率并推廣應用平臺；服務層通過軟件對數(shù)據(jù)進行整理發(fā)布，提供各類開發(fā)接口與數(shù)據(jù)資源，用于實現(xiàn)系統(tǒng)功能；數(shù)據(jù)層主要用來進行多源異構數(shù)據(jù)整合并存儲，建立水利信息大數(shù)據(jù)庫；基礎層主要是支撐軟件平臺的各種硬件設施，為水利信息可視化系統(tǒng)的順利運行提供保障[5]。分層次的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析平臺不僅展現(xiàn)某一區(qū)域水利工程及水資源情況，還為水利業(yè)務提供了信息化支持。

3.5應用平臺與管理業(yè)務整合技術

制定水利信息可視化系統(tǒng)作業(yè)與管理業(yè)務的綜合解決方案，在保障水利信息可視化系統(tǒng)工作的基礎上，開發(fā)統(tǒng)一的信息可視化作業(yè)平臺應用軟件，使監(jiān)控作業(yè)、報警及異常處理、數(shù)據(jù)分析等相關工作密切融合并同時進行，形成多部門協(xié)調聯(lián)動，能夠及時處理安全隱患。建立水利信息公共服務平臺，整合地域地形和水利信息二維、三維數(shù)據(jù)，對現(xiàn)有的水資源和水利工程設施建設基于空間位置統(tǒng)一管理，根據(jù)水利管理部門的實際需求，實現(xiàn)基本可視化統(tǒng)計分析功能，奠定構建水利多業(yè)務系統(tǒng)的堅實基礎[6]。

４結束語

“電子河長”———水利信息可視化系統(tǒng)的建設能夠為水利建設提供規(guī)范、科學、有效的基礎資料，提高管理的效率與水平，為水資源配置調度提供長期、穩(wěn)定的信息。此外，通過水利信息可視化系統(tǒng)可以建立水資源大數(shù)據(jù)庫，協(xié)助決策者進行科學的決策。綜上所述，水利信息可視化建設非常必要，是今后進一步提升水利工程建設現(xiàn)代化、數(shù)字化水平的必要途徑。

參考文獻

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[2]段玲玲，趙銘珊.人工智能在環(huán)境監(jiān)測中的應用分析[J].環(huán)境與發(fā)展，2020，32（10）：177-178.

[3]陳城，孫峰，曲金秋，等.基于嵌入式Linux的水位視頻在線監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].水利信息化，2021（3）：41-44.

[4]張英杰，李凱，劉鵬.水利工程信息化建設存在的問題及應對措施研究[J].中國設備工程，2021（8）：257-258.

[5]陳永濤.信息化技術在水利現(xiàn)代化建設中的應用[J].工程技術研究，2020，5（17）：100-101.

[6]張巨莉.基于云計算的水利信息化應用研究[J].地下水，2020，42（6）：275-276.

作者：高文貴 單位：甘肅省張掖市甘州區(qū)大滿水利電力管理處