智慧海堤管理平臺建設現狀

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摘要：研究依托5G+物聯網技術、遠程控制系統、智能視頻監控及BIM、3S（GIS、RS、GPS）技術，建設大豐智慧海堤管理平臺。通過智慧海堤建設可以實現海堤、閘站信息自動采集、存儲及數據傳輸處理網絡化、防災減災智慧預警與監測及防潮決策科學化，改變運行管理方式，適應智慧水利的發展需求。

關鍵詞：5G+；智慧海堤；水利信息化；智慧水利；大豐區

鹽城市大豐區位于江蘇省沿海中部，東臨黃海，擁有112km海岸線，海岸土質為粉沙質淤泥，自宋朝建成范公堤以來，海岸呈向外淤積趨勢，屬于淤漲型海岸。隨著海岸東遷，大豐區為保障沿海人民生命財產安全，先后修建了5道海堤抵御海潮的侵襲。先后建成大豐閘、王港閘、三里閘、川東閘、竹港閘、四卯酉閘等大中型排澇擋潮閘以及擋潮海堤。自把智慧水利建設作為推進水利現代化的重要舉措后，大豐區在海堤信息化建設現狀基礎上，利用現代化信息技術建設智慧海堤管理平臺，以適應智慧水利的發展需求。

1大豐區海堤信息化建設現狀

海堤數據是決策精準化、科學化的有效支撐，部分地區信息化基礎薄弱，海堤水、雨、潮情數據多為人工測量記錄的書面數據，尚未形成完整的電子數據，部分涵閘雖已實現信息化的有效運用，但推廣不足。如部分站點監測設備落后，測量數據失真，無法為水利決策提供可靠的數據支撐。視頻監控技術可對工程的人員、設備、設施提供有效保護，是十分便捷、高效的遠程管理手段。目前5G+物聯網技術已較為成熟，但部分海堤在無電、無網情況下仍采用相對落后的視頻錄像采集上報技術，視頻質量較差、圖像不夠清晰、傳輸速度較慢，尤其在部分險工患段無法做到實時采集傳輸，另外監控系統尚未采用圖像智能識別技術，不能有效實現對堤閘的遠程管理。智慧海堤建設必須高度重視風暴潮的發生和預警，推進構建具有“四預”（預報、預警、預演、預案）功能的智慧水利體系［1］。但在海堤信息化建設過程中，部分業務系統仍采用人工采集錄入運行模式，存在應用和業務融合不足，高新信息技術應用不高等問題，如海堤管理與涵閘遠程聯合調度能力不足，水、雨、潮情數據推送處理不及時，海堤、涵閘站點管理與控制智能化程度不高等。

2智慧海堤管理平臺建設總體框架

2.1總體目標

采用B/S的模式，通過對物聯網技術、數據庫技術、互聯網技術、GIS等技術的系統集成，采用數據流交叉組織方式，實現數據管理、信息查詢與發布、成果展示等功能，構建具有水利全要素映射的數字化海堤，建成以抵御海潮為重點的業務應用，賦能構建預報、預警、預演、預案的“四預”體系，建立實時監測、智能預警的海堤安全防御體系［2］。建設智慧化海堤管理平臺，實現海堤、閘站信息自動采集、存儲及數據傳輸處理網絡化、防災減災智慧預警與監測，支撐防潮決策科學化。

2.2總體框架

根據大豐區智慧海堤管理平臺建設的總體目標、按照“需求牽引、應用至上、數字賦能、提升能力”的總體要求，平臺采用B/S架構，整體采用前后端分離的微服務機構模式，方便后期的數據共享和擴展升級需要，后臺采用SpingBoot搭建，客戶端展示采用vue等主流前端框架，業務數據和模型數據通過數據庫進行統一管理。具體框架如圖1所示。

3智慧海堤管理平臺建設的主要任務

3.1建設海堤安全數據中心

硬件設施上，利用現有的中心機房和網絡，通過政務內網連接指揮中心和堤防管理處。堤防管理處通過VPN連接各閘站，用于數據通訊與傳輸，實現信息共享、聯合辦公、視頻會商、遠程調度等。數據上，采用云計算技術將大豐區海堤歷史數據進行整合，建設包括業務庫、歷史庫和備份庫的綜合數據中心，對現有數據進行分層和信息分類，包括分類代碼、數據結構、屬性字段等，使海堤數據規范化、統一化、標準化。源數據經處理后，按照數據分層要求和統一的參考坐標，利用腳本程序，分層創建數據標準表結構，并結合數據預處理階段形成的對照表進行批量錄入，提高效率。將現有的堤防管理人員信息、各閘站基礎信息、自動化運行數據、工程安全、堤防巡查業務數據、視頻監控數據、電子化數據，按照設計好的數據結構和規范批量導入到中心數據庫，建立統一的海堤安全數據中心。

3.2建設5G+智能視頻監控系統

采用5G高速網絡，配合智能圖像識別攝像頭，利用前期各視頻監控點，進行集中組網，各監控點與調度中心監控平臺間利用運營商網絡連接，通過運營商網絡實現監控視頻的調用及控制信號的下發。視頻監控系統采用智能數字視頻監控和網絡傳輸技術，對工程施工現場的關鍵區域進行全方位24h不間斷的視頻監控，實現不同設備及系統的互聯、互通、互控，完成視音頻及工程預警信息的采集、傳輸/轉換、顯示/存儲、控制，同時還提供身份認證和權限管理，保證工程視頻信息的安全［3］。通信網絡采用無線中繼方式組成通信網絡，無線設備采用融合指揮通信系統，集成了基站、核心網、調度系統等功能，適用于需要快速部署的應急通信場景，通過LTE技術基站及接收終端組成局域網絡，單套無線設備覆蓋距離1~5km，海堤沿線攝像機、巡查定位等設備通過局域網絡將信息傳輸至現場接收設備，再通過5G物聯網上傳到平臺，智慧海堤通信網絡系統如圖2所示。

3.3業務系統設計

3.3.1GIS+BIM三維海堤綜合管理系統基于先進的BIM技術，結合地理信息（GIS）、傾斜攝影以及GPS定位技術，建設基于BIM的海堤綜合管理系統［4］。采用BIM數字工程海堤建模，把海堤相關附屬管理工程進行數字建模，為日常管理、水雨潮情模擬、應急指揮、自動化控制提供及時準確的信息來源。該系統功能包括：GIS+BIM三維實時展示［5］，閘站運行管理、視頻監控、數據統計，海潮預警，應急模擬，綜合信息查詢等，可以實現實時數據錄入系統，自動分析和監測，自動預警報警，提供沉浸式的海堤管理場景［6］。3.3.2海堤安全與應急指揮系統智慧海堤的建設必須高度重視風暴潮的發生和預警，推進構建具有“四預”功能的智慧水利體系。通過布設水文監測設備，實現對風暴潮的可視化預警、動態模擬分析風暴潮對海堤的破壞能力模擬，為風暴潮的防范和應急指揮提供決策依據，保護海堤附近人員和設施安全。提供系統安全與應急指揮可視化的防潮預警：通過三維動態模擬風暴潮預警，結合應急預案模擬、分析，搶險救援指揮，實現對風暴潮的可視化預警、動態模擬，并將分析結果推送給用戶，提供輔助決策分析。3.3.3水雨潮情實時報送系統根據海堤的實際需求，運用水文監測站點、實時潮位監測站點對水、雨、潮情進行實時監測，通過5G+網絡技術對海堤區域險工患段進行全時監控，提供潮位、流量、水雨情實時數據的展示與查詢，并對所有水、雨、潮數據進行處理，備份，實現水、雨、潮情實時監測全覆蓋，提供高效應急指揮技術支持，提高海堤防汛減災能力。水、雨、潮情實時報送系統結構如圖3所示。3.3.4涵閘自動化控制、可視化監測系統通過5G+遠程自動化控制設備，結合水、雨、潮情等實時數據，建設自動化閘門調度與監控系統，及時防范風暴潮影響，保護堤內人員和設施安全。同時在建設海堤和涵閘過程中，受本地淤漲型海岸和沉降等復雜地質情況的影響，往往易出現安全隱患，通過現代信息技術建立監測系統，及時掌握海堤、涵閘及其地基土體的變形參數，消除安全隱患。3.3.5智能隱患巡檢系統開發移動端APP實現智慧海堤的高效管理，具體包括：實時瀏覽、查詢海堤基礎數據；當風暴潮運行出現報警信息時，系統通過第三方接口及時推送到管理人員移動端，有助于管理人員及時處理；手機端查詢各涵閘運行數據以及歷史數據；通過5G通訊互聯，實現手機端與指揮中心實時連接，進行遠程視頻會議；通過手機端巡檢地圖，能夠查詢海防設施屬性與實時數據。

4結語

依托自有機房、網絡與服務器，運用5G+物聯網技術、遠程控制系統、智能視頻監控及BIM、3S（GIS、RS、GPS）技術，建設大豐區智慧海堤管理平臺，實時監測和模擬仿真，實現“預報、預警、預演、預案”功能。智慧海堤是水利高質量發展的重要體現，有利于在防潮過程中生成最優化決策方案，以便最大程度地規避風險、減少損失、提高效益，對于提升水利現代化管理能力有重要支撐作用。

參考文獻：

［1］蔡陽，成建國，曾焱，等.加快構建具有“四預”功能的智慧水利體系［J］.中國水利，2021（20）：2-5.

［2］張金良，張永永，霍建偉，等.智慧黃河建設框架與思考［J］.中國水利，2021（22）：71-74.

［3］王俊.“空地潛一體化”技術在巡堤查險中的應用［J］.江蘇水利，2021（8）：55-59.

［4］劉志明.以BIM技術促數字賦能推進智慧水利工程建設［J］.中國水利，2021（20）：6-7.

［5］朱亮，鄧非.基于語義映射的BIM與3DGIS集成方法研究［J］.測繪地理信息，2016，41（3）：20-23.

［6］劉金巖，劉云鋒，李浩，等.基于BIM和GIS的數據集成在水利工程中的應用框架［J］.工程管理學報，2016，30（4）：95-99.

作者：王帥 馮可暉 張軍 單位：大豐區水利局