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１水利信息可視化系統的應用

目前“電子河長”———水利信息可視化系統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控系統，實時監控水位信息，科學分析圖像數據，綜合評估堤防的安全狀態，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能夠動態監視正在發生的災情、險情，并快速傳回數據、圖像供決策者進行分析，決策者在充分掌握現場實時情況后，根據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、開發和管理，還可以合理地規劃和設計水利工程設施建設。傳統的目測、手測等水文信息收集方式的主觀性比較大，隨著觀測者經驗、方式的不同，測量結果差異較大，對水文測報的數據結果造成直接影響。此外，水文數據量比較龐大，人工統計分析工作量大，成本高。而水利信息可視化系統可以有效解決上述問題，將水利信息監控系統融入到水文站建設中，利用攝像頭采集圖像數據信息，通過數據傳輸、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據建立水文信息大數據庫，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，可視化監控系統可以協助決策者合理規劃建設方案，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測準確性和安全性低，對于某些特殊情況，例如沼澤環境、強降水天氣等，人工維護基本不可能實現，但可視化系統在減低維護成本的同時，可以及時發現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，可視化系統可以實現遠程管理，減少人工投入。

２水利信息可視化系統的功能

水利信息可視化系統主要分為信息監控和狀態監測2個子系統（圖1），信息監控子系統主要利用攝像頭進行圖像數據的采集并建立數據庫，并通過互聯網將數據傳輸到狀態監測子系統，狀態監測子系統具有實時監控、自動報警、監控信息查詢、信息統計分析、應用平臺維護功能，用戶可通過狀態監測子系統對水利信息進行實時的監測與分析。

2.1實時監控功能

數據是水資源管理業務開展的基礎，通過設計可視化數據監控平臺，決策者就可以通過平臺掌握現場實時情況。平臺可控制各區域監控攝像頭，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，包括水位信息監控、水質信息監控等。

2.2自動報警功能

自動報警是指通過信息可視化狀態監測子系統，對經檢測的各區域水位、水文信息圖像數據與各項指標數據進行對比，檢索出異常圖像數據后由自動報警裝置上報，上傳出現異常狀態時的數據、地點及其他相關信息，最后經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控、設備監控等。

2.3監控信息查詢功能

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

2.4大數據信息統計分析功能

大數據信息統計分析是指信息可視化狀態監測子系統對所收集的區域水利信息狀態、報警信息進行統計分析，形成相應的匯總數據及相應報表，同時，大數據信息統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，主要包括設備信息統計、信息統計分析、異常狀態信息統計等。

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監測子系統可以進行自身狀態監測和自身系統維護，當傳輸線路故障或網絡故障時，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的核心關鍵技術

根據水利信息可視化系統的具體應用和實際功能，對水利信息可視化系統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的重要創新技術，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據分析，還可以對未來水資源狀態的演變進行預測。圖像識別技術利用信息監控子系統提供的圖像數據，通過將參考原圖像與異常圖像的區域進行比對，有效識別異常區域特征，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據特征，然后通過計算機對同一異常目標反復訓練，最終實現水利信息異常檢測，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、優化算法，提高異常檢測的準確率，最終實現人工零復核，從而實現信息可視化系統的自主決策[2]。

3.2圖像數據傳輸與處理技術

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

3.3多源異構數據整合技術

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

3.4基于大數據的統計分析技術

用戶層面向數據使用對象，對不同使用者發放不同權限；應用層著重體現水利信息可視化系統的具體功能，提高工作效率并推廣應用平臺；服務層通過軟件對數據進行整理發布，提供各類開發接口與數據資源，用于實現系統功能；數據層主要用來進行多源異構數據整合并存儲，建立水利信息大數據庫；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的順利運行提供保障[5]。分層次的大數據統計分析平臺不僅展現某一區域水利工程及水資源情況，還為水利業務提供了信息化支持。

3.5應用平臺與管理業務整合技術

制定水利信息可視化系統作業與管理業務的綜合解決方案，在保障水利信息可視化系統工作的基礎上，開發統一的信息可視化作業平臺應用軟件，使監控作業、報警及異常處理、數據分析等相關工作密切融合并同時進行，形成多部門協調聯動，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、三維數據，對現有的水資源和水利工程設施建設基于空間位置統一管理，根據水利管理部門的實際需求，實現基本可視化統計分析功能，奠定構建水利多業務系統的堅實基礎[6]。

４結束語

“電子河長”———水利信息可視化系統的建設能夠為水利建設提供規范、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、穩定的信息。此外，通過水利信息可視化系統可以建立水資源大數據庫，協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代化、數字化水平的必要途徑。

參考文獻

[1]吳培賓.張掖市水資源管理信息化建設需求分析[J].農業科技與信息，2017（5）：109-112.

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

[3]陳城，孫峰，曲金秋，等.基于嵌入式Linux的水位視頻在線監測系統設計[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大滿水利電力管理處