感知+物聯(lián)+智慧+CIM防洪堤壩綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊鐵樹

（河北省水電勘測設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

感知+物聯(lián)+智慧+CIM防洪堤壩綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)將工程設(shè)計(jì)和IT設(shè)計(jì)融為一體，依托物聯(lián)網(wǎng)、云平臺、遙感、GIS、BIM、現(xiàn)代通信、監(jiān)控報(bào)警、多媒體技術(shù)、大規(guī)模存儲技術(shù)和智能數(shù)字采集技術(shù)，將防洪堤壩管理系統(tǒng)納入一個即時(shí)的可管理、可監(jiān)控、可調(diào)度的智能平臺上，使防洪堤壩變得“智慧”起來，為傳統(tǒng)的防洪系統(tǒng)加入了智慧因子，實(shí)現(xiàn)智能感知、智能調(diào)度和智能管理，全面提升防洪決策指揮、水環(huán)境治理、水資源管理的信息化和智能化水平。

1 感知+物聯(lián)+智慧+CIM防洪堤壩綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體框架

感知+物聯(lián)+智慧+CIM防洪堤壩綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)（以下簡稱綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)）包括信息感知層、基礎(chǔ)設(shè)施層、服務(wù)支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、智慧工地管理系統(tǒng)、安全保障體系6部分，如圖1。

圖1 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)總體框架

由圖1可知：

信息感知層主要包括各種前端信息采集，如水雨情監(jiān)測、流量監(jiān)測、水位監(jiān)測、堤防監(jiān)測、閘門控制、視頻監(jiān)視、地表影像采集、衛(wèi)星影像采集等；

基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括堤防監(jiān)測站、閘門監(jiān)控站、視頻監(jiān)視站、通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換平臺、雄安云等；

服務(wù)支撐層主要包括物聯(lián)服務(wù)支撐平臺、數(shù)字南拒馬河CIM平臺等；

業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要包括堤防監(jiān)測系統(tǒng)、閘門監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、防洪信息管理系統(tǒng)、工程運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)等。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架

綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)按控制專網(wǎng)、業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)和業(yè)務(wù)外網(wǎng)組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如圖2。

圖2 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)框架

由圖2可知：

（1）控制專網(wǎng)用于承載實(shí)時(shí)性要求最強(qiáng)、安全性要求最高的閘站監(jiān)控信息，即承載閘門監(jiān)控系統(tǒng)信息；

（2）業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)用于承載各應(yīng)用系統(tǒng)信息；

（3）業(yè)務(wù)外網(wǎng)用于承載互聯(lián)網(wǎng)信息。

1.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程用于接入數(shù)據(jù)來源，以及各業(yè)務(wù)和支撐系統(tǒng)之間的層次關(guān)系，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)交換平臺寫入部署在雄安云上的防洪綜合數(shù)據(jù)庫。防洪綜合數(shù)據(jù)庫為物聯(lián)服務(wù)支撐平臺和防洪堤壩CIM平臺提供數(shù)據(jù)支撐，如圖3。

圖3 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

由圖3可知：

（1）物聯(lián)服務(wù)支撐平臺提供數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)及信息的統(tǒng)一管理、共享及集成；

（2）防洪堤壩CIM平臺內(nèi)含BIM和GIS，負(fù)責(zé)空間數(shù)據(jù)的匯集、可視化處理和展示支撐。

（3）物聯(lián)服務(wù)支撐平臺和防洪堤壩CIM平臺對上層業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行服務(wù)支撐。堤防監(jiān)測、閘門監(jiān)控、視頻監(jiān)視、防洪信息管理和工程運(yùn)行維護(hù)各業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)防洪堤壩的工程運(yùn)用和調(diào)度管理。

（4）業(yè)務(wù)流程的數(shù)據(jù)來源包括3個方面：①本系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，包括堤壩監(jiān)測數(shù)據(jù)、閘門監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、視頻監(jiān)視數(shù)據(jù)、流量數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)等；②從水文部門接入的雨量數(shù)據(jù)；③從氣象部門接入的數(shù)據(jù)，包括天氣預(yù)報(bào)、雷達(dá)回波圖、衛(wèi)星云圖等。

1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)框架

綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)框架由下至上，分別為接入數(shù)據(jù)、自身產(chǎn)生數(shù)據(jù)和對外服務(wù)數(shù)據(jù)，如圖4。

圖4 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)框架

由圖4可知：①平臺接入數(shù)據(jù)主要包括：實(shí)時(shí)工情數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)水雨情數(shù)據(jù)；②平臺產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要包括：防洪工程數(shù)據(jù)、防洪管理數(shù)據(jù)、專題圖層數(shù)據(jù)、分析成果數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)；③平臺對外服務(wù)的數(shù)據(jù)主要包括：防洪工程數(shù)據(jù)、防洪管理數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)工情數(shù)據(jù)、專題圖層、洪澇災(zāi)情數(shù)據(jù)、歷史災(zāi)情數(shù)據(jù)、應(yīng)急保障數(shù)據(jù)和分析成果數(shù)據(jù)等。

2 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

2.1 透徹感知

透徹感知是智慧堤壩的“感官”，通過全方位、全對象、全指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，為堤壩防洪提供多種類、精細(xì)化的數(shù)據(jù)支撐和監(jiān)控條件，是實(shí)現(xiàn)智慧堤壩現(xiàn)代化管理的前提和基礎(chǔ)。透徹感知利用傳統(tǒng)監(jiān)測手段，并借助物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星遙感、無人機(jī)、視頻監(jiān)控、智能手機(jī)等新技術(shù)，除感知堤壩的主要特征指標(biāo)，還采集與之相關(guān)的環(huán)境、狀態(tài)、位置等參數(shù)。

2.2 全面物聯(lián)與深度融合

全面物聯(lián)是智慧堤壩的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，實(shí)現(xiàn)感知對象和各級平臺之間的互聯(lián)互通，通過光纖、微波等傳統(tǒng)通信手段，并借助物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信、WiFi等現(xiàn)代技術(shù)，構(gòu)建智慧堤壩各子系統(tǒng)間、智慧堤壩與雄安CIM平臺間廣覆蓋、大容量、隨時(shí)隨地的全面物聯(lián)。深度融合是智慧應(yīng)用的基本要求。包括感知數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)應(yīng)用的融合、堤壩基礎(chǔ)設(shè)施與雄安CIM平臺的融合、自我感知數(shù)據(jù)與共享資源數(shù)據(jù)的融合，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)和資源的全參與、全交換，共用、復(fù)用和再生，將分散的基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)和應(yīng)用形成合力，構(gòu)建雄安新區(qū)完整的防洪體系。

2.3 智能應(yīng)用

智能應(yīng)用是智慧堤壩的“智慧”體現(xiàn)，采用新型識別技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，對各類調(diào)控、管理對象和服務(wù)對象的行為現(xiàn)象進(jìn)行識別、模擬、預(yù)測預(yù)判和快速響應(yīng)，推動工程管理更高效、社會管理更精準(zhǔn)、調(diào)度運(yùn)行更科學(xué)、應(yīng)急處置更快捷、運(yùn)維服務(wù)更友好。

2.4 接入CIM

智慧堤壩作為數(shù)字雄安的一部分，借助物聯(lián)網(wǎng)接入雄安CIM平臺，實(shí)現(xiàn)感知設(shè)備的統(tǒng)一接入、集中管理、遠(yuǎn)程調(diào)控和數(shù)據(jù)共享、發(fā)布，構(gòu)建城市物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一開放平臺； 借助雄安云實(shí)現(xiàn)透明的全量數(shù)據(jù)資源信用體系、安全的資源開放共享體系、可信的互聯(lián)網(wǎng)傳輸體系，各類防洪信息及安全預(yù)案的智慧決策。

3 結(jié)語

（1）《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》 要求新區(qū)數(shù)字城市（CIM）與現(xiàn)實(shí)城市同步規(guī)劃、同步建設(shè)，建立健全大數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理體系，并構(gòu)建城市物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一開放平臺，實(shí)現(xiàn)感知設(shè)備的統(tǒng)一接入、集中管理、遠(yuǎn)程調(diào)控和數(shù)據(jù)共享、發(fā)布；搭建雄安云，實(shí)現(xiàn)公共資源智能化配置；構(gòu)建透明的全量數(shù)據(jù)資源目錄、大數(shù)據(jù)信用體系和數(shù)據(jù)資源開放共享管理體系等。

（2）南拒馬河治理工程屬于雄安新區(qū)的一部分，設(shè)置的感知+物聯(lián)+智慧+CIM防洪堤壩綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)，在云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)的支撐下，通過全面感知、識別、模擬和預(yù)測水利態(tài)勢，形成全方位、立體式、高覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)，并輔助智能管理、快速響應(yīng)、協(xié)同調(diào)度、科學(xué)決策，讓水利發(fā)展更高效、更集約、更智能。