基于大数据的水利工程信息管理系统及装置、计算设备

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种基于大数据的水利工程信息管理系统及装置、计算设备。

背景技术

水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，需要修建坝、堤、溢洪道、水闸、进水口、渠道等不同类型的水工建筑物，以实现其目标。因此，需要保障水利工程施工效率与进度符合预设施工计划。

目前，对水利工程施工现场的施工效率与进度分析主要通过管理人员定期对水利工程施工现场进行巡查，进而对水利工程施工现场进行评估，这种分析方式存在以下几个问题：一是缺少对水利工程施工现场中施工材料、工程设备、施工人员的分配情况进行分析，进而无法有效的保障水利工程施工现场中资源分配的合理性，无法保障水利工程施工完成的准时性；二是缺少各个施工周期的施工图像与施工效果图纸的准确对比以及可定量分析的工程项目进展评价体系，难以判断各个施工处的工程项目进展情况。

因此，如何实现对水利工程施工现场智能化管理和评价，保证施工现场施工进度的问题亟需解决。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述管理施工现场施工进度效率较低问题的基于大数据的水利工程信息管理系统及装置、计算设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于大数据的水利工程信息管理系统，包括：

在水利工程的各个施工处设置多个采集装置，采集施工现场各个施工周期的施工图像；通过穿戴设备采集各个施工人员的工作状态信息；以及，通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息；

从工程管理系统获取各个施工周期的所述各个施工处的物料库存信息、施工进度计划以及施工效果图纸；

针对任一施工周期，计算所述施工图像与施工效果图纸的对比相似度；

根据所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息，建立所述各个施工处的工程项目进展评价体系；

基于工程规则库和所述工程项目进展评价体系，判断所述各个施工处的工程项目进展。

在一种可选的方式中，所述通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息进一步包括：

通过预先安装的GPS定位装置以及摄影装置，采集所述各个工程设备的位置信息以及图像信息；

若所述工程设备的位置信息处于设定建设区域和工作时间段内，获取所述工程设备的图像信息以及预设工作半径内的其他工程设备的位置信息以及图像信息。

在一种可选的方式中，所述计算所述施工图像与施工效果图纸的对比相似度进一步包括：

分别对所述施工图像与施工效果图纸进行分块得到多个分块图像，利用高斯方法计算各个分块图像的均值、方差以及协方差；

根据所述各个分块图像的均值、方差以及协方差，计算各个所述分块图像的对比相似度。

在一种可选的方式中，所述根据所述各个分块图像的均值、方差以及协方差，计算各个所述分块图像的对比相似度的具体公式为：

其中，u

在一种可选的方式中，所述根据所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息，建立所述各个施工处的工程项目进展评价体系进一步包括：

计算所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息的各项指标的权重；

利用层次分析法对所述各个施工处的工程项目进行评价。

在一种可选的方式中，计算所述各项指标的权重的具体公式为：

其中，集合D包括M个子集，第m个子集dm保存第m类指标的数据，Q(i,m)表示第m类指标的第i个数据值，C(D)为集合D中的总数。

在一种可选的方式中，所述利用层次分析法对所述各个施工处的工程项目进行评价进一步包括：

根据所述各项指标的权重和数据值构造指标矩阵；

针对任一施工处的工程项目，判断其各项指标矩阵是否通过检验，若通过检验，则所述施工处的工程项目符合预期施工进度计划。

在一种可选的方式中，所述判断其各项指标矩阵是否通过检验的具体公式为：

其中，λ

根据本发明的另一方面，提供了一种基于大数据的水利工程信息管理装置，包括：

采集模块，用于在水利工程的各个施工处设置多个采集装置，采集施工现场各个施工周期的施工图像；通过穿戴设备采集各个施工人员的工作状态信息；以及，通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息；

获取模块，用于从工程管理系统获取各个施工周期的所述各个施工处的物料库存信息、施工进度计划以及施工效果图纸；

相似度计算模块，用于针对任一施工周期，计算所述施工图像与施工效果图纸的对比相似度；

评价体系建立模块，用于根据所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息，建立所述各个施工处的工程项目进展评价体系；

判断模块，用于基于工程规则库和所述工程项目进展评价体系，判断所述各个施工处的工程项目进展。

根据本发明的又一方面，提供了一种计算设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行上述基于大数据的水利工程信息管理系统对应的操作。

根据本发明提供的方案，在水利工程的各个施工处设置多个采集装置，采集施工现场各个施工周期的施工图像；通过穿戴设备采集各个施工人员的工作状态信息；以及，通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息；从工程管理系统获取各个施工周期的所述各个施工处的物料库存信息、施工进度计划以及施工效果图纸；针对任一施工周期，计算所述施工图像与施工效果图纸的对比相似度；根据所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息，建立所述各个施工处的工程项目进展评价体系；基于工程规则库和所述工程项目进展评价体系，判断所述各个施工处的工程项目进展。本发明基于工程规则库和工程项目进展评价体系，保证在建水利工程按施工计划实施，有效避免了水利工程建设存在的偏差。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明实施例的基于大数据的水利工程信息管理系统的流程示意图；

图2示出了本发明另一个实施例的基于大数据的水利工程信息管理系统的流程示意图；

图3示出了本发明实施例的基于大数据的水利工程信息管理装置的结构示意图；

图4示出了本发明实施例的计算设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了本发明实施例的基于大数据的水利工程信息管理系统的流程示意图。本方法根据对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息建立各个施工处的工程项目进展评价体系，并基于工程规则库和工程项目进展评价体系，判断所述各个施工处的工程项目进展。具体地，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101，在水利工程的各个施工处设置多个采集装置，采集施工现场各个施工周期的施工图像；通过穿戴设备采集各个施工人员的工作状态信息；以及，通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息。

例如，在河道施工处或最佳角度固定安装多个图像采集装置，如具有摄像和定位功能的无人机对各个施工周期的施工环境进行拍摄以获取图像信息。通过给工人佩戴智能安全帽，对现场数据进行自动收集、上传，经分析处理可得到各个施工人员的现场分布数据和工作状态信息。以及，通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息(例如速度、油耗、位移、定位区域等信息)，根据对工程设备的运行状态信息可得到工程设备是否处于正常施工、窝工或违规施工状态。

在一种可选的方式中，所述通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息进一步包括：

通过预先安装的GPS定位装置以及摄影装置，采集所述各个工程设备的位置信息以及图像信息；

若所述工程设备的位置信息处于设定建设区域和工作时间段内，获取所述工程设备的图像信息以及预设工作半径内的其他工程设备的位置信息以及图像信息。

通过获取工程设备的图像信息以及预设工作半径内(例如300m)的其他工程设备的位置信息以及图像信息，可以实现各个工程设备之间相互监督，进一步避免某工程设备通过改装或作弊而影响工程进度的判断。

步骤S102，从工程管理系统获取各个施工周期的所述各个施工处的物料库存信息、施工进度计划以及施工效果图纸。

从工程项目管理部门获取各个施工周期的物料入库、出库、库存等信息，各个施工处的包括年、季、月度计划的各个单项工程的施工进度计划，以及如3D效果图的施工效果图纸，通过3D效果图可以对工程进度进行更直观的对比与把控。

步骤S103，针对任一施工周期，计算所述施工图像与施工效果图纸的对比相似度。

具体地，对施工图像与施工效果图纸进行特征提取，再对提取的特征对比相似度，对比相似度包括欧氏距离、深度学习等算法，本文对此不加以限定。

步骤S104，根据所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息，建立所述各个施工处的工程项目进展评价体系。

从对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息等多个维度指标，按一定规则(比如MECE原则、CSCE原则等)构成各个施工处的工程项目进展评价体系，对各个维度指标进行量化分析测量各个施工处的工程项目进展情况。

步骤S105，基于工程规则库和所述工程项目进展评价体系，判断所述各个施工处的工程项目进展。

本实施例中，工程规则库可以是工程专家的规则集合，例如通过假言规则(if-then rule)等描述连续的隶属函数建立知识库，结合推理逻辑处理工程项目进展评价体系，判断各个施工处的工程项目进展是否符合工程预期计划。主体结构施工工程是整个施工过程的关键，在整个施工周期中占用工期和资源比例最大，通常也是其他专业施工的前提和基础；与之相比，其他建筑配套设备及装饰工程，具有各自的独立性，可以在主体结构施工工程完工后逐步施工，施工逻辑较为清晰简洁。因此，可以选取主体结构施工工程部分作为主要评价对象，描述基本活动间的逻辑约束关系，以及施工进度计划的自动生成方法。

对施工活动分解后需要将其转化为计算机可以识别的语言，从而建立施工活动之间的逻辑关系，由于传统进度计划需要专业的进度计划管理人员编制，并不能够建立施工活动与时间的一一对应关系，对于某一确定施工活动，无法从施工进度计划中直接获取其施工活动开始及持续时间。为此，本申请可以基于施工活动属性建立工程项目进展评价编码体系，即每一项编码均代表施工活动的某一类属性，施工活动的所有属性编码共同组成构件的编码组合名称，通过解读编码组合名称可以获取施工活动的全部信息。基于工程项目的各个施工活动或建筑物之间的空间位置或结构建立约束关系。例如，大面积开挖基坑需要填土覆盖，装饰工程需在结构工程完成后开始，基于约束关系，可以产生包括基础工程、主体结构、安装工程、装饰装修等施工规则以及施工顺序规则。根据施工活动之间的约束关系，可以推理出各施工活动的先后顺序，以及通过计算各个施工活动所持续的时间(例如，针对任一施工活动，根据其施工图像的采集时间可以得到该施工活动的整个施工周期，当该施工活动的施工图像与施工效果图纸的对比相似度达到预设阈值时，该施工活动处于建成或完成状态，也即得到了该施工活动所持续的时间)，从而与完整的施工进度计划进行对比。

根据本发明提供的方案，在水利工程的各个施工处设置多个采集装置，采集施工现场各个施工周期的施工图像；通过穿戴设备采集各个施工人员的工作状态信息；以及，通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息；从工程管理系统获取各个施工周期的所述各个施工处的物料库存信息、施工进度计划以及施工效果图纸；针对任一施工周期，计算所述施工图像与施工效果图纸的对比相似度；根据所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息，建立所述各个施工处的工程项目进展评价体系；基于工程规则库和所述工程项目进展评价体系，判断所述各个施工处的工程项目进展。本发明基于工程规则库和工程项目进展评价体系，保证在建水利工程按施工计划实施，有效避免了水利工程建设存在的偏差。

图2示出了本发明另一个实施例的基于大数据的水利工程信息管理系统的流程示意图。本方法利用高斯方法计算各个分块图像的均值、方差以及协方差，以及，根据所述各个分块图像的均值、方差以及协方差，计算各个所述分块图像的对比相似度。具体地，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S201，分别对所述施工图像与施工效果图纸进行分块得到多个分块图像，利用高斯方法计算各个分块图像的均值、方差以及协方差。

步骤S202，根据所述各个分块图像的均值、方差以及协方差，计算各个所述分块图像的对比相似度。

在一种可选的方式中，所述根据所述各个分块图像的均值、方差以及协方差，计算各个所述分块图像的对比相似度的具体公式为：

其中，u

步骤S203，计算所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息的各项指标的权重。

在一种可选的方式中，计算所述各项指标的权重的具体公式为：

其中，集合D包括M个子集，第m个子集dm保存第m类指标的数据，Q(i,m)表示第m类指标的第i个数据值，C(D)为集合D中的总数。

步骤S204，根据所述各项指标的权重和数据值构造指标矩阵；针对任一施工处的工程项目，判断其各项指标矩阵是否通过一致性检验，若通过一致性检验，则所述施工处的工程项目符合预期施工进度计划。

在一种可选的方式中，利用层次分析法对所述各个施工处的工程项目进行评价。

层次分析法根据问题的性质和要达到的总目标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联影响以及隶属关系将因素按不同层次聚集组合，形成一个多层次的分析结构模型，本实施例中，利用层次分析法将决策问题按总目标、各层子目标、评价准则分解为不同的层次结构，然后用求解判断矩阵特征向量的办法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再通过加权求和的方法归并各方案对总目标的最终权重，最终权重最大者即为最优方案，以对各个施工处的工程项目进行更加准确的评价。

在一种可选的方式中，所述利用层次分析法对所述各个施工处的工程项目进行评价进一步包括：

根据所述各项指标的权重和数据值构造指标矩阵；

针对任一施工处的工程项目，判断其各项指标矩阵是否通过检验，若通过检验，则所述施工处的工程项目符合预期施工进度计划。

在一种可选的方式中，所述判断其各项指标矩阵是否通过检验的具体公式为：

其中，λ

根据本发明提供的方案，分别对所述施工图像与施工效果图纸进行分块得到多个分块图像，利用高斯方法计算各个分块图像的均值、方差以及协方差；根据所述各个分块图像的均值、方差以及协方差，计算各个所述分块图像的对比相似度；计算所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息的各项指标的权重；针对任一施工处的工程项目，判断其各项指标矩阵是否通过一致性检验，若通过一致性检验，则所述施工处的工程项目符合预期施工进度计划。本发明进一步量化了水利工程建设存在的偏差，保证了在建水利工程按施工计划实施。

图3示出了本发明实施例的基于大数据的水利工程信息管理装置的结构示意图。基于大数据的水利工程信息管理装置包括：采集模块310、获取模块320、相似度计算模块330、评价体系建立模块340以及判断模块350。

所述采集模块模块310，用于在水利工程的各个施工处设置多个采集装置，采集施工现场各个施工周期的施工图像；通过穿戴设备采集各个施工人员的工作状态信息；以及，通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息；

所述获取模块320，用于从工程管理系统获取各个施工周期的所述各个施工处的物料库存信息、施工进度计划以及施工效果图纸；

所述相似度计算模块330，用于针对任一施工周期，计算所述施工图像与施工效果图纸的对比相似度；

所述评价体系建立模块340，用于根据所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息，建立所述各个施工处的工程项目进展评价体系；

所述判断模块350，用于基于工程规则库和所述工程项目进展评价体系，判断所述各个施工处的工程项目进展。

在一种可选的方式中，所述采集模块模块310进一步用于：

通过预先安装的GPS定位装置以及摄影装置，采集所述各个工程设备的位置信息以及图像信息；

若所述工程设备的位置信息处于设定建设区域和工作时间段内，获取所述工程设备的图像信息以及预设工作半径内的其他工程设备的位置信息以及图像信息。

在一种可选的方式中，所述相似度计算模块330进一步用于：

分别对所述施工图像与施工效果图纸进行分块得到多个分块图像，利用高斯方法计算各个分块图像的均值、方差以及协方差；

根据所述各个分块图像的均值、方差以及协方差，计算各个所述分块图像的对比相似度。

在一种可选的方式中，所述相似度计算模块330进一步用于：

计算各个所述分块图像的对比相似度的具体公式为：

其中，u

在一种可选的方式中，所述评价体系建立模块340进一步用于：

计算所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息的各项指标的权重；

利用层次分析法对所述各个施工处的工程项目进行评价。

在一种可选的方式中，计算所述各项指标的权重的具体公式为：

其中，集合D包括M个子集，第m个子集dm保存第m类指标的数据，Q(i,m)表示第m类指标的第i个数据值，C(D)为集合D中的总数。

在一种可选的方式中，所述评价体系建立模块340进一步用于：

根据所述各项指标的权重和数据值构造指标矩阵；

针对任一施工处的工程项目，判断其各项指标矩阵是否通过检验，若通过检验，则所述施工处的工程项目符合预期施工进度计划。

在一种可选的方式中，所述判断其各项指标矩阵是否通过检验的具体公式为：

其中，λ

图4示出了本发明计算设备实施例的结构示意图，本发明具体实施例并不对计算设备的具体实现做限定。

如图4所示，该计算设备可以包括：处理器(processor)402、通信接口(Communications Interface)404、存储器(memory)406、以及通信总线408。

其中：处理器402、通信接口404、以及存储器406通过通信总线408完成相互间的通信。通信接口404，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器402，用于执行程序410，具体可以执行上述基于大数据的水利工程信息管理系统实施例中的相关步骤。

具体地，程序410可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。

处理器402可能是中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。计算设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个CPU；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个CPU以及一个或多个ASIC。

存储器406，用于存放程序410。存储器406可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

根据本发明提供的方案，在水利工程的各个施工处设置多个采集装置，采集施工现场各个施工周期的施工图像；通过穿戴设备采集各个施工人员的工作状态信息；以及，通过预先安装的设备跟踪装置采集各个工程设备的运行状态信息；从工程管理系统获取各个施工周期的所述各个施工处的物料库存信息、施工进度计划以及施工效果图纸；针对任一施工周期，计算所述施工图像与施工效果图纸的对比相似度；根据所述对比相似度、物料库存信息、施工进度计划、施工人员的工作状态信息、工程设备的运行状态信息，建立所述各个施工处的工程项目进展评价体系；基于工程规则库和所述工程项目进展评价体系，判断所述各个施工处的工程项目进展。本发明基于工程规则库和工程项目进展评价体系，保证在建水利工程按施工计划实施，有效避免了水利工程建设存在的偏差。

在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。