以科技力量守护江河安澜

原标题：湖南理工学院长江堤岸崩岸三维智能预警关键技术与应用团队：以科技力量守护江河安澜

站在湖南省岳阳市七弓岭长江大堤上，望着如蜿蜒玉带般的长江荆江河段，湖南理工学院党委书记、长江堤岸崩岸三维智能预警关键技术与应用团队负责人张国云心潮澎湃。

“别看有时江面平缓，其下却是暗流涌动。”张国云感慨，“捕捉这种‘暗流涌动’，就是我们团队的使命。”

湖南是长江中游重要省份，是维系长江中下游生态安全的重要生态屏障。近年来，该团队不断深入研究，提升长江和洞庭湖流域治理管理的数字化、网络化、智能化水平，凝聚起守护江河安澜的“科技力量”。

为长江大堤装上“预警系统”

“俗话说，万里长江，险在荆江。”岳阳市长江洞庭湖水利事务中心副主任陈益民介绍，“熊家洲至城陵矶河段，是长江中游唯一有连续4个180度急弯的河段，而七弓岭正是其中一个急弯，是个‘老虎口’。”

陈益民从事水利工作30多年，他说，在1954年至1985年，这里的江岸向南崩退2150米，崩失土地2.2万亩，严重危及岳阳城区防洪安全。然而，传统巡堤基本只能依靠人工，费时费力且效率不高，遇到突发情况也很难及时应对。

2020年起，团队与长江洞庭湖水利事务中心、岳阳市水利水电规划勘测设计院开展合作，开始建立崩岸智能预警系统、崩岸治理监测系统，尝试用智能化设备和数字化科技“替代”人工巡检的“老一套”。

“为让系统早上线，天一亮，我们就扛着设备来到堤岸，在岸边一厘米一厘米采集数据，到了晚上就赶回实验室开始处理数据，构建模型。”湖南理工学院副教授陈思源记得，堤岸上没有任何树木可以遮阴，大家只能顶着烈日工作，一段时间下来，每个人都黑了不少。

经过18个月的努力，靠着现代化测量手段获取的高精数据，团队成员复刻出了一个“数字堤岸”，通过实时监测堤岸微小的变化，敏锐捕捉堤岸的任何“风吹草动”。

“蓝色块代表安全，红色块代表危险，荆江门这块标红的堤段有崩岸决堤风险，要重点勘察。”陈思源向记者演示崩岸智能预警系统对长江岸堤的监测，“不论在水上水下，不管是多了、少了还是动了，在这1.5公里的堤岸上，只要有超过10厘米的变化，我们都能发现。”

目前，团队已经对长江湖南段163千米岸线做了全景测绘和三维建模，相当于在系统里“克隆”了这段长江。正是有了这个数据“底座”，实现了各个重点堤段实时采集数据的比对，堤坝稍有风吹草动，系统就会自动比对并发出警报。

“利用现代化高效技术手段替代传统人工巡检方式，利用高精度数据替代传统人工测量数据，利用计算机智能识别替代人工判断，彻底改变了河堤巡检的局面。”湖南理工学院教授郭龙源说，“近20年里，长江中下游干流河道共发生崩岸1000余处，靠着这项技术，不仅实现了长周期、短间隔的监测，更摆脱了传统依靠人工巡检、耗费人力物力的情况。”

2024年以来，团队已处理了3次重大崩岸险情。同时高精度的岸线水上水下三维数据，也为崩岸险情的后期修复设计方案提供了直观可视化的实施依据。

技术的成功从来不是一蹴而就

刚刚加入团队不久，陈思源就对抛石防护堤岸的场景印象深刻：运送石块的船舶接连不断驶向指定位置，随即成吨的巨大石笼从船上被吊入水中。抛出多少石笼对堤岸的防护效果最好？有多少石笼在水中会被水流带走造成物料浪费？他对这些问题产生了浓厚的兴趣。

“传统上，计算抛石整治所需石料全凭经验，这导致实际误差往往很大。”陈思源向好几位老专家请教，但是他们都摇摇头，觉得只能靠经验去“估摸”，很难完全量化。

“我偏不信这个邪，一定要搞出个名堂。”陈思源的“倔脾气”一下上来了，“传统路径行不通，我就另辟蹊径。”作为一名曾经的桥梁道路检测工程师，陈思源偶然之间想到，道路桥梁和水利工程两者是否可以跨界“联姻”，形成解决问题的方案。

“以前，我们经常要对道路路面坑洞进行拟合评估。”陈思源思考，是不是可以套用相关模型，进行精准分析？

于是，陈思源利用无人机采集船舶上石块体积数据，进行模型构建，结合长江堤岸三维数据，计算出抛石整治所需要的石块体积。实验结果发现，通过这种方式，计算精度可以提高30%以上。此成果为抛石整治工程提供了科学的造价参考，获得了业务单位的肯定。

在崩岸智能预警系统的研发中，团队遇到了一个看似寻常却极为棘手的难题：如何教会人工智能精准识别“抛石护岸”的过程？这需要海量的视频数据来训练模型，然而，崩岸抢险和抛石施工并非天天上演，可遇不可求。数据，成了横在团队面前的第一道高墙。

负责视频识别的湖南理工学院教授赵林、副教授何伟，便跟这个难题“倔”上了。除了在水利部门施工时第一时间赶往现场蹲守，他们更开启了一场沿江的“寻宝”之旅。

一天，在繁忙的城陵矶码头，他们停下了脚步。眼前，巨大的门机吊装着集装箱和散货，重物起吊、移动、下落的轨迹，与抛投钢丝网石笼的动态过程，在他们眼中产生了奇妙的“重叠”。“就是它了！”两人几乎异口同声——码头上日复一日的货物吊运，不就是一座天然的、永不枯竭的“动态数据宝藏”吗？

凭着这股倔劲，他们成功地将码头数据“迁移”到了水利模型上，用创新思维巧妙地破解了数据荒的难题，为智能预警系统补上了关键一环。

“科研攻关没有捷径，一项技术的成功从来不是一蹴而就的，科研人员要有‘倔脾气’，才能出好成果。”陈思源说。

试验和探索，是成长的“催化剂”

湖南理工学院信息科学与工程学院2021级研究生闫石清楚地记得，自己的研究生生涯是从长江大堤上开始的。

“当时还没有正式入学，我就跟着陈老师上了大堤，从早上7点钟一直待到太阳落山。”正是在这一过程中，闫石对水治理有了初步的认识，“长江和洞庭湖既造福沿线居民，也曾给他们带来抹不去的痛。听着老师讲述这条河的故事，我心中对‘水安全’的责任感油然而生。”

“一张图片，竟然可以实现从二维向三维的跨越。”加入团队后，闫石最感兴趣的，便是这项化抽象为具体的工作——把带有各种地形色彩信息的二维图片拼接转化成三维立体模型。

“在项目实践中，我们坚持以问题为导向，鼓励学生用自己的想法解决问题。现场就是实践场，而试验和探索是学生们成长的‘催化剂’。”在张国云看来，吸纳各个专业的学生加入团队，让团队拥有了跨学科的思维碰撞。

如今，经过3年的锤炼，闫石成了水利领域的年轻力量。毕业后，他去到岳阳市水利水电规划勘测设计院工作，还曾有一段时间到水利局负责信息化建设工作。

在进行全景测绘和三维建模时，团队成员发现水下测绘和建模是最大的难点。“传统的建筑和道路测量都不涉及水下。并且，在水下放置传感器，水质的浑浊度和水流的扰动很容易导致数据失真，造成测量精度下降。”何伟解释。

“一开始，我们利用单波声呐探测仪来进行水下测量。但由于这种探测仪只能单点测量，效率很低，因此我们亟须制定新的方案。”湖南理工学院教授欧先锋说。

团队调研后判断，多波束技术可更好地应用于浑浊水体水下数据测量。然而，当时国内仅有一家相关设备生产商，更具挑战性的是，此前还没有把这种技术应用到内河流域测量的先例。“我们团队仔细研究了技术细节，最终决定冒险尝试一下。”欧先锋说。经过团队成员刻苦攻关，短短几年间，他们攻克了大尺度点云处理和拼接等多项难题，从而顺利完成长江湖南段8个关键断面的水下三维建模和水上163公里数字底图的构建。

近年来，参与团队长江洞庭湖岸堤研究的研究生有40余人，他们通过扎实训练，科研和实践能力得到了全方位提升。“当前，团队融合‘空天地水’多源点云与遥感影像，精准捕获岸坡三维形变信号，实现对岸坡失稳过程的持续监测与超前预警。下一步，我们希望帮助更多新水利人，成为守护大堤的中坚力量。”张国云说。

（记者 赵嘉伟 禹爱华 通讯员 吴健辉）

（光明日报）