盧正超 ，楊 寧，韋耀國，黎利兵，聶 鼎，姜云輝

(1. 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100038； 2. 中國水利水電科學(xué)研究院 水電中心，北京 100038；3. 中國三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610000； 4. 南水北調(diào)中線干線建設(shè)管理局，北京 100038)

信息化是當(dāng)今世界發(fā)展的大趨勢，也是產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級、實現(xiàn)現(xiàn)代化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。近年來，以水利信息化帶動水利現(xiàn)代化已成為共識并全面落地[1-7]。水利部規(guī)劃到2025年要建成水資源、水生態(tài)水環(huán)境、水災(zāi)害、水工程、水監(jiān)督、水行政、水公共服務(wù)、綜合決策、綜合運維等九類智能應(yīng)用。2020年5月，水利部啟動智慧水利先行先試工作，開展實施36項先行先試任務(wù)。張建云等[1]提出：信息是智慧水利的基礎(chǔ)，知識是智慧水利的核心，能力提升是智慧水利的目的。但關(guān)于智慧水利各應(yīng)用系統(tǒng)智能化的具體目標、判斷標準與技術(shù)路線，目前仍在探索中。就水工程安全監(jiān)測而言，目前國內(nèi)相關(guān)的信息化及智能化實踐尚存在以下問題：

（1）很多水工程安全監(jiān)測體系的針對性不強。風(fēng)險分析的理念在國內(nèi)工程安全監(jiān)測中應(yīng)用很少，相關(guān)規(guī)范對水工程風(fēng)險分析及失效模式分析等均未提出明確要求。監(jiān)測設(shè)計中為監(jiān)測而監(jiān)測的傾向明顯，不少監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)模龐大而實際獲得的有效數(shù)據(jù)少，難以對工程安全風(fēng)險監(jiān)控提供足夠的支撐。

（2）信息化的全面性、系統(tǒng)性不足。和水工程安全相關(guān)的信息很多，如設(shè)計、地質(zhì)、施工、環(huán)境、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、運行管理、監(jiān)控模型使用等。很多的信息化項目往往只重視結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和自動化數(shù)據(jù)，其他方面則關(guān)注很少。

（3）人工智能技術(shù)的應(yīng)用尚不普遍。意大利最先在大壩安全在線分析評價中引入人工智能技術(shù)，20世紀70年代使用混合模型及確定性模型進行在線監(jiān)控，90年代初采用專家系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)了DAMSAFE系統(tǒng)用于大壩安全評價決策支持，開發(fā)了MISTRAL系統(tǒng)用于處理自動化監(jiān)測超界值報警。國內(nèi)也借鑒有關(guān)的經(jīng)驗，2003年前后結(jié)合小浪底工程安全監(jiān)控需要，采用專家系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)了大壩安全監(jiān)測決策支持系統(tǒng)[8]。近年來，大數(shù)據(jù)、深度學(xué)習(xí)技術(shù)在數(shù)據(jù)粗差識別等方面得到了較多關(guān)注[9-10]。但因為缺乏適用的監(jiān)控指標，模型分析能力不足等原因，實際部署的系統(tǒng)還難以全面滿足大壩安全智能化監(jiān)控的應(yīng)用需求。

（4）智能化的目標設(shè)置偏高。我國于2016年頒布了《智能水電廠技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T 1547—2016），目前已完成修訂稿待批，其中對智能水電廠提出了“五自”（自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)）的能力目標。有的智能化建設(shè)項目甚至還提出了“解放人、取代人、超越人”的目標。

針對水工程安全監(jiān)測智能化，本文分析了其面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，基于多年的大壩安全監(jiān)測實踐經(jīng)驗，提出了水工程安全監(jiān)測的“三度”理念，并依據(jù)該理念提出了水工程安全監(jiān)測智能化的合理近期目標及達成目標的“四化”路線。

1 水工程安全監(jiān)測體系的目標與構(gòu)成

從一般意義上來說，水工程安全監(jiān)測應(yīng)聚焦于水工程的總體安全（圖1）。其中，本質(zhì)安全（physical safety）主要取決于工程結(jié)構(gòu)（及其基礎(chǔ)）本身，在暴雨、洪水、地震、人為破壞、管理不善等風(fēng)險因素的作用下，仍有足夠的穩(wěn)定、強度、剛度和耐久性實現(xiàn)預(yù)定的功能目標；心理安全（psychological security）主要通過采取信息化等非工程措施，使得工程利益相關(guān)者，包括普通群眾、工程管理者和各級政府能夠安心和放心。水工程安全監(jiān)測體系的任務(wù)是為保障上述兩個方面的安全提供支撐。工程安全監(jiān)測體系相對于工程結(jié)構(gòu)來說，是“毛”與“皮”的關(guān)系，不可本末倒置。

圖1 水工程總體安全概念Fig. 1 Conception of water engineering overall safety

水工程安全監(jiān)測體系構(gòu)成要素如圖2所示，具體而言：

圖2 水工程安全監(jiān)測體系的構(gòu)成要素Fig. 2 Elements of water engineering safety monitoring system

“硬件”：傳感器、監(jiān)測裝置及相應(yīng)的采集、傳輸、存儲、供電設(shè)備及輔助設(shè)施等。

“軟件”：設(shè)備管理、數(shù)據(jù)采集管理軟件及數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用軟件。

“數(shù)據(jù)”：與監(jiān)測系統(tǒng)、工程對象及其環(huán)境等有關(guān)的靜態(tài)信息，動態(tài)采集的信息，與數(shù)據(jù)應(yīng)用相關(guān)的信息如監(jiān)控指標等。

“人”：水工程安全監(jiān)測體系設(shè)計、建設(shè)、維護和使用的相關(guān)人員。

巧婦難為無米之炊。沒有“數(shù)據(jù)”，就無從了解水工程的歷史和現(xiàn)狀，工程安全風(fēng)險管控就是無源之水?！叭恕眲t是水工安全監(jiān)測實踐中最活躍、最能動的因素。國內(nèi)不少的信息化智慧化項目存在僅僅關(guān)注“硬件”和“軟件”，忽視 “數(shù)據(jù)”和“人”的不良傾向。

2 水工程安全監(jiān)測智能化面臨的挑戰(zhàn)

2.1 監(jiān)測相關(guān)實踐中的不確定性與不足

在水工程的設(shè)計、施工與運行各階段，不可避免均會遇到客觀和主觀上的不確定性。客觀上的不確定性，主要指工程區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)材料特性在空間分布上的變異性（如天然巖土材料的不均質(zhì)、各向異性、先天缺陷等）和工程全壽命周期中各類荷載在時間上的變異性（降雨、洪水、冰凍、淤積、地震等自然條件，施工工程質(zhì)量控制標準不一，運用工作條件變化等）。主觀上的不確定性，包括認知的不確定性和決策的不確定性，如土力學(xué)計算的本構(gòu)模型，一般情況下很難分辨DP模型、摩爾庫倫模型或劍橋模型何者更合適，模型里的參數(shù)取值也都存在相當(dāng)?shù)淖兓瘏^(qū)間難以抉擇，很難確定工程全壽命周期中保持持續(xù)經(jīng)濟高效運行的允許安全度，確定工程實際的安全程度的方法也難以獲得一致認同。

事實上，對水工程全壽命過程的性態(tài)，特別是不同階段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移特征的了解還不充分和深入。據(jù)相關(guān)文獻[11]，防洪、發(fā)電及引調(diào)水工程的1、2級建筑物合理使用年限為100或150年。據(jù)國際大壩委員會（ICOLD）2019年的統(tǒng)計資料，世界范圍內(nèi)95%以上大壩的服役年限均小于100年，100 m以上高壩的壩齡全部小于90年。國內(nèi)還沒有純粹因為大壩結(jié)構(gòu)過于老化而退役的案例。

在水工程安全監(jiān)測方面，技術(shù)手段主要包括儀器監(jiān)測和巡視檢查。國內(nèi)外水工程安全監(jiān)測中使用最多的鋼弦式儀器和差阻式儀器分別發(fā)明于1931年和1932年，業(yè)界一般認為其正常使用壽命在30年左右。內(nèi)部埋設(shè)的監(jiān)測儀器在埋設(shè)后難以取出進行更新。因此，與水工程50年以上的正常使用壽命相比，安全監(jiān)測儀器的正常使用壽命不匹配，從而在工程正常使用的后期階段，對其內(nèi)部的工作狀態(tài)難以獲得準確、完整的信息。并且從本質(zhì)上來說，水工程安全監(jiān)測在時空分布上是離散、非連續(xù)的，做不到時空全覆蓋，因為監(jiān)測儀器均是事先根據(jù)既有的認識和預(yù)期選擇特定部位進行布置和監(jiān)測，巡視檢查也是選擇特定的部位和時機進行的。

此外，實際掌握的監(jiān)測數(shù)據(jù)并不多。據(jù)我國水利部大壩中心2018年最新統(tǒng)計，我國目前水庫共計98 822座，大型水庫占1%，其中10%無安全監(jiān)測設(shè)施，1 /3 未建立數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)；中型水庫占6%，其中1/3無安全監(jiān)測設(shè)施，2/3未建立數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)；小型水庫占93%，其中90%以上無安全監(jiān)測設(shè)施，1/2甚至缺少庫水位監(jiān)測。不僅如此，監(jiān)測數(shù)據(jù)在“量”與“質(zhì)”上往往還存在四個方面的問題：（1）“數(shù)多”：即信息來源多、無用垃圾信息多；（2）“數(shù)少”：因監(jiān)測手段與監(jiān)測過程的時空離散性，仿真計算及其他手段的局限性帶來的有效數(shù)據(jù)少，特別是關(guān)鍵部位可能沒有監(jiān)測儀器設(shè)備覆蓋，關(guān)鍵時段數(shù)據(jù)缺測；（3）“數(shù)渾”：信息龐雜、層次繁多，信息不準確、不及時、不完整；（4）“數(shù)臟”：信息粗差、錯誤、矛盾充斥。

總之，大壩等水工程對象樣本總量不大，結(jié)構(gòu)形式多樣，時間跨度各異，可靠的有代表性的監(jiān)測數(shù)據(jù)和計算分析成果欠缺。水工程建設(shè)與運用中主客觀上的不確定性及其蘊含的可能不利后果，即工程面臨的風(fēng)險，決定了水工程安全監(jiān)測的必要性。但主客觀上的不確定性與既有工作基礎(chǔ)積累不足，又給水工程安全監(jiān)測帶來實質(zhì)性的困難。

2.2 監(jiān)測實施過程中多環(huán)節(jié)帶來的易錯性

國內(nèi)一般將水工程安全監(jiān)測實施全過程分為規(guī)劃設(shè)計、施工、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用四個階段。文獻[12]中特別指出：“工程監(jiān)測不只是監(jiān)測儀器選擇，而是一個逐步推進的完整的過程。該過程始之以目標定義，終之以數(shù)據(jù)應(yīng)用，整個過程可分為25個環(huán)節(jié)，每環(huán)節(jié)都對整個項目的成敗起著關(guān)鍵的作用。”其中的25個環(huán)節(jié)包括：（1）預(yù)測控制工程性態(tài)的機理；（2）明確工程的具體問題；（3）確定每一只儀器的監(jiān)測目的；（4）確定監(jiān)測物理量；（5）確定監(jiān)測量的變幅范圍；（6）確定可采取的補救措施；（7）分配參與各方各階段的任務(wù)；（8）確定儀器設(shè)備的規(guī)格型號；（9）確定儀器設(shè)備的安裝位置；（10）確定可能影響測值的因素；（11）確定正確的讀數(shù)程序；（12）擬定預(yù)算；（13）編制儀器設(shè)備采購規(guī)格說明；（14）編制安裝計劃；（15）編制儀器校定維護計劃；（16）編制數(shù)據(jù)采集與分析計劃；（17）擬定合同條款；（18）設(shè)備購置；（19）設(shè)備安裝；（20）設(shè)備維護；（21）數(shù)據(jù)采集；（22）數(shù)據(jù)處理；（23）數(shù)據(jù)分析；（24）報告結(jié)論；（25）數(shù)據(jù)反饋。

在水工程安全監(jiān)測實施中，多環(huán)節(jié)串行，又有設(shè)計單位、審查部門、供應(yīng)商、施工承包商、監(jiān)理、業(yè)主等多方參與，灌漿、鉆孔、振搗、碾壓施工可能造成設(shè)備損壞，埋入式設(shè)備損壞后不能修復(fù)，運行環(huán)境惡劣等，都會導(dǎo)致水工程安全監(jiān)測體系建設(shè)不容易達到理想目標，系統(tǒng)上的缺陷和數(shù)據(jù)中的錯誤在所難免。

2.3 人工智能技術(shù)的局限性

人工智能的概念于1956年達特茅斯會議首次提出，在近70年的發(fā)展歷程中幾經(jīng)沉浮，數(shù)次因新技術(shù)出現(xiàn)獲得空前關(guān)注，也數(shù)次因商業(yè)化的進展不順遭摒棄[13]：

（1）人工智能1.0時代，達特茅斯會議后的20年，主流為符號主義。啟發(fā)式搜索、知識表示和機器翻譯等技術(shù)得到了很大發(fā)展，后期受制于“組合爆炸”問題難以突破。

（2）人工智能2.0時代，主流為專家系統(tǒng)技術(shù)。專家系統(tǒng)可以包含某個領(lǐng)域大量的專家水平的知識或經(jīng)驗，能夠根據(jù)領(lǐng)域已有的知識或經(jīng)驗進行推理和判斷，做出媲美人類專家的決策。后期受制于專家知識獲取困難，難以升級維護。

（3）人工智能3.0時代，主流為基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機器學(xué)習(xí)技術(shù)。隨著高性能計算、大數(shù)據(jù)時代的到來，人工智能的方法論由前期的推理、演繹，逐漸轉(zhuǎn)到了歸納、綜合。2016年AlphaGo取得了巨大成功，短時間內(nèi)引發(fā)全球人工智能熱潮。

但總體而言，人工智能發(fā)展仍然處在弱人工智能的初級階段，需要解決的問題還有很多，特別是以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能還需著力突破在數(shù)據(jù)瓶頸、泛化瓶頸、能耗瓶頸、語義鴻溝瓶頸、可解釋性瓶頸、可靠性瓶頸等方面的問題[13-14]。

3 水工程安全監(jiān)測的基本理念及其智能化目標定位

3.1 水工程安全監(jiān)測應(yīng)秉承的基本理念

從本質(zhì)上來說，水工程安全監(jiān)測是一種主觀見之于客觀的科學(xué)實踐活動。通過建立水工程安全監(jiān)測體系，進行數(shù)據(jù)采集、分析和反饋，提供數(shù)據(jù)支持、模型支持和擴展支持，監(jiān)控工程風(fēng)險、守護工程安全，實現(xiàn)工程安全、經(jīng)濟、高效、興利除害、可持續(xù)的目標。監(jiān)測的目的不是為了獲得數(shù)據(jù)，而是要獲得對工程的認識，以便掌控工程風(fēng)險，保障工程安全。

為充分發(fā)揮“人”的主觀能動性，把水工程安全監(jiān)測工作做好做實，基于多年的監(jiān)測實踐，認為在監(jiān)測的規(guī)劃設(shè)計、施工、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析應(yīng)用各階段，應(yīng)在三個維度上踐行實事求是的理念，即所謂“三度”的理念。具體闡述如下：

第一，要從哲學(xué)的高度來把握水工程安全監(jiān)測各環(huán)節(jié)“應(yīng)該做什么” 和“能夠做什么”。在水工程監(jiān)控體系規(guī)劃設(shè)計及運行管理中，要堅持唯物辯證論的世界觀及普遍聯(lián)系、層次化結(jié)構(gòu)和動態(tài)演變的系統(tǒng)觀，把握工程性態(tài)變化中具體的因果關(guān)系；在監(jiān)測設(shè)計中，要把握矛盾的特殊性，考慮工程結(jié)構(gòu)的長度、高度、體積（大體積還是薄壁結(jié)構(gòu)）、線型（直線型還是曲線型）、結(jié)構(gòu)型式（整體式還是分離式）、交通條件、需要監(jiān)測的范圍與關(guān)鍵部位、是否需要動態(tài)監(jiān)測等特點，因地制宜選擇監(jiān)測技術(shù)手段；在運行階段要緊密圍繞安全監(jiān)測中的主要矛盾，即大洪水、地震等不利環(huán)境影響、人為破壞、管理不善等風(fēng)險因素與工程結(jié)構(gòu)抗力（穩(wěn)定、強度、剛度和耐久性）的矛盾，以及安全相關(guān)信息的需求與有效供給這一次要矛盾，尤其是要時刻關(guān)注水工程風(fēng)險這一最活躍主動的因素；在數(shù)據(jù)采集及分析中，要把握“質(zhì)”和“量”的統(tǒng)一即“度”，確定工程性態(tài)的發(fā)展階段，選擇數(shù)據(jù)采集的時間點、不錯過關(guān)鍵階段的數(shù)據(jù)，并選擇合適的分析模型和監(jiān)控指標來分析監(jiān)測數(shù)據(jù)時空演變規(guī)律；此外，在數(shù)據(jù)分析、風(fēng)險管控及決策中，在主觀認知上需妥善處理必然與偶然、主觀與客觀、模糊與精確、數(shù)量與質(zhì)量、定性與定量、歷史與現(xiàn)實等矛盾，以獲得比較到位的認識，做出合乎實際的判斷和明智的決策。

第二，要從理性的角度來確定水工程安全監(jiān)測合理的范圍和程度，在資源投入方面不能不計成本、不計后果。技術(shù)上，要考慮采用的“硬件”和“軟件”是否實用可靠？能否滿足各種條件下長期監(jiān)測的需要？是否足夠先進，能否適應(yīng)未來發(fā)展的需要？經(jīng)濟上，要考慮投入是否和監(jiān)測對象的價值或風(fēng)險匹配，是否存在資源投入過度的情況？安全上，要考慮是否因為監(jiān)測儀器設(shè)備的引入，給原來的工程結(jié)構(gòu)帶來了風(fēng)險？是否減小了結(jié)構(gòu)的有效尺寸？是否影響施工給工程帶來了實體質(zhì)量缺陷？是否因為設(shè)備或電纜過于集中，形成了滲漏通道？是否因為監(jiān)測系統(tǒng)防雷接地不合格，給相關(guān)系統(tǒng)帶來雷電破壞風(fēng)險？

第三，要自始至終秉承真誠的態(tài)度將值得做的事做好做實。態(tài)度決定高度，態(tài)度決定成敗。對于任何水工程，客觀上都或多或少存在未知的風(fēng)險因素。工程安全無小事，從業(yè)人員必須自始至終秉承真誠的態(tài)度，時刻保持“戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，如臨深淵，如履薄冰”戒懼謹慎的心態(tài)，不忘初心，慎終如始，求真務(wù)實。

毋庸諱言，國內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的工程未能篤行“三度”理念，水工程安全監(jiān)測的針對性不強，規(guī)模失當(dāng)，耗費了大量的物力財力，浪費了大量的精力，效果還不佳，教訓(xùn)十分深刻。

3.2 水工程安全監(jiān)測智能化的目標定位

水工程安全監(jiān)測智能化是智慧水利中水工程建設(shè)管理的重要組成部分?；谏鲜龅摹叭取崩砟?，考慮到前述水工程設(shè)計、施工、運行中面臨的各種主客觀上的不確定性，監(jiān)測工作的特殊性和局限性，以及現(xiàn)階段人工智能技術(shù)的成熟度，水工程安全監(jiān)測智能化不宜估計過高，目前難以完全實現(xiàn) “解放人、取代人、超越人”的目標。近期現(xiàn)實可行的目標是：建立具備“泛在互聯(lián)、透徹感知、深度分析、精細管理、個性服務(wù)”能力的水工程安全監(jiān)測體系，在做好信息化的前提下，超越信息化，實現(xiàn)能動化，對工程既有缺陷隱患看得見、說得清，對未來安全風(fēng)險想得透、管得住。相應(yīng)地，水工程安全智能化監(jiān)測體系的定位是：日常運行中當(dāng)好風(fēng)險預(yù)警安全可放心的守護人，應(yīng)急處置時當(dāng)好災(zāi)害防控決策可依賴的助手。

4 水工程安全監(jiān)測智能化的“四化”路線

考慮到上述水工程安全智能化監(jiān)測體系的功能目標定位，“硬件”、“軟件”、“數(shù)據(jù)”和“人”的完美結(jié)合將是水工程安全監(jiān)測智能化的主流方向。前三者基本與人工智能三要素[13]“算力”、“算法”“數(shù)據(jù)”相對應(yīng)。水工程安全監(jiān)測要超越常規(guī)信息化，實現(xiàn)能動化，必須做好如下四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)（即“四化”），如圖3所示。具體而言：

圖3 水工程安全監(jiān)測信息化與智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)Fig. 3 The key links of conventional informationization andintelligentization of water engineering safety monitoring

（1）自動化。利用基于物聯(lián)網(wǎng)的智能傳感器，儀器監(jiān)測全過程自動化（即傳感器埋設(shè)后遂行自動化），外部變形監(jiān)測自動化，巡視檢查視頻監(jiān)控自動化，以及其他物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息通信技術(shù)等手段實現(xiàn)泛在互聯(lián)、透徹感知，保障動態(tài)實時數(shù)據(jù)源源不斷，特別是關(guān)鍵時刻保持在線。

（2）全信息化。所謂的全信息化，基于面向系統(tǒng)、面向主體（工程+環(huán)境+人），包括主體信息、支撐信息、效用信息等[15]。對工程安全而言，全信息化包括工程相關(guān)信息設(shè)計、地質(zhì)、施工、環(huán)境、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、運管，模型相關(guān)信息等進行全面的收集和管理。信息包括客觀信息和主觀信息，靜態(tài)信息和動態(tài)信息，結(jié)構(gòu)化信息和非結(jié)構(gòu)化信息。對非結(jié)構(gòu)化信息的描述，隱含驅(qū)動未來行為。

（3）可視化。一幅圖勝過千言萬語。受限于人腦在信息感知和推理方面的處理能力，在大數(shù)據(jù)時代，對海量的數(shù)據(jù)必須進行可視化的萃取凝練?？紤]到水工程安全監(jiān)測系統(tǒng)的信息使用者有多層次的需求，宜針對不同層級的用戶需求，建立工程性態(tài)專題圖冊，以可視化的方式展示工程安全相關(guān)信息的時空分布規(guī)律、因果關(guān)聯(lián)關(guān)系、風(fēng)險事件演進過程。這樣在工程風(fēng)險管控過程中，特別是在應(yīng)急搶險過程中，可以及時掌握工程性態(tài)和工程風(fēng)險，做出合乎實際的判斷和明智的決策。

（4）模型化。模型化是智能化的核心，是水工程風(fēng)險管控中實現(xiàn)風(fēng)險指引、動態(tài)監(jiān)控、主動應(yīng)對的關(guān)鍵。模型有多種[16]，如物理模型、半物理模型、數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型包括人工智能各種算法，以及其他確定性模型、混合模型、隨機模型等。不同的模型有不同的作用，如統(tǒng)計模型可以把握隨機現(xiàn)象中的統(tǒng)計規(guī)律，非線性模型可以把握非線性過程。人工智能中深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是某種非線性函數(shù)對未知函數(shù)在有限樣本數(shù)據(jù)上映射關(guān)系的擬合。模型有結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化之分，也有不同的層次之分。水工程安全監(jiān)測智能化最重要的基礎(chǔ)模型，應(yīng)是基于數(shù)字孿生技術(shù)（Digital Twin）[17]建立工程對象及其安全監(jiān)控體系的統(tǒng)一信息物理模型，便于水工程安全監(jiān)測體系的四要素高度融合，聚焦于工程總體安全，進行仿真分析、預(yù)測、診斷、模擬演練，并將仿真結(jié)果進行反饋，實現(xiàn)工程對象與安全監(jiān)測體系特別是“人”無縫銜接，輔助工程安全風(fēng)險監(jiān)控優(yōu)化和決策。

水工程全壽命過程中內(nèi)蘊各種不確定性。沒有自動化，就難以及時獲得結(jié)構(gòu)和環(huán)境的實時性態(tài)；沒有全信息化，水工程風(fēng)險防控的判斷和決策將失去堅實的基礎(chǔ)；沒有可視化，“人”將被“數(shù)據(jù)”淹沒；沒有模型化，“人”對水工程的認識最多停留在主觀、表面、片面、靜止、孤立的層次上?？傊?，全信息化、可視化和模型化是超越常規(guī)信息化，實現(xiàn)智能化的關(guān)鍵所在。

5 結(jié) 語

應(yīng)在充分信息化的基礎(chǔ)上建設(shè)智慧水利，而智慧水利的成功實施有賴于各應(yīng)用系統(tǒng)的智能化及協(xié)調(diào)配合融為一體。水工程安全監(jiān)測智能化是智慧水利建設(shè)中的一項重要內(nèi)容，對保障工程結(jié)構(gòu)本質(zhì)安全及利益相關(guān)群體獲得心理安全非常重要。

人工智能技術(shù)的成熟度決定了水工程安全監(jiān)測智能化的現(xiàn)實目標的邊界。當(dāng)前人工智能仍處于弱人工智能的初級階段，距離“很好用”還有數(shù)據(jù)、能耗、泛化、可解釋性、可靠性、安全性等諸多瓶頸。與智慧水利匹配的自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)能力，有賴于可靠、可解釋的人工智能算法與模型進行診斷和預(yù)測，只能是遠期目標。在當(dāng)前水工程安全監(jiān)測智能化實踐中，必須抓住問題的關(guān)鍵，把信息化、可視化和模型化工作落到實處，超越信息化實現(xiàn)智能化，才能以經(jīng)濟高效可持續(xù)的方式實現(xiàn)監(jiān)控工程風(fēng)險保障工程安全的目標。

致謝：感謝中國水利水電科學(xué)研究院水電中心楊波正高級工程師對本文提出的建設(shè)性意見。