新萬福河濟(jì)寧段河道堤防管理數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)

曹凌敏 楊步天

新萬福河流域位于山東省西南部，發(fā)源于山東省菏澤市成武縣，向東流至金鄉(xiāng)縣，又經(jīng)魚臺、微山、任城共四個(gè)縣（區(qū)），于小吳、大周注入南陽湖。所處濟(jì)寧地區(qū)為溫帶季風(fēng)氣候，降水多集中在夏季，6—9月占全年降水量的70%以上，多年平均降水量為695.3mm，2021年降水量高達(dá)1072mm，創(chuàng)歷史新高，由于降水相對集中、時(shí)空分布的不均勻性，給抗洪排澇工作提出了新的挑戰(zhàn)。

一、河道堤防管理現(xiàn)狀

（一）權(quán)責(zé)劃分不明，河道管理不到位

河道的跨流域、跨地區(qū)的空間位置分布，從源頭上決定了管理上必定會存在困難。因?yàn)椴煌h市區(qū)有自己獨(dú)有的管理方式，無法達(dá)到模式統(tǒng)一、手段統(tǒng)一、數(shù)據(jù)統(tǒng)一，給后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析工作帶來困擾，無法及時(shí)掌握整個(gè)河道的管理動態(tài)；加之河道的管理涉及水利、城建、環(huán)保、氣象、交通等諸多部門，交叉的職能部門之間在溝通協(xié)調(diào)、管理、數(shù)據(jù)共享、進(jìn)度安排上都存在差異，阻礙了河道堤防標(biāo)準(zhǔn)化管理效率的提升。

（二）管理手段落后，數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)

目前新萬福河的河道堤防主要依靠人工管理，在管理監(jiān)管上會出現(xiàn)延誤疏漏，不能第一時(shí)間及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題；視頻監(jiān)控系統(tǒng)功能單一，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和定位監(jiān)測，局限性大。沒有基于桌面管理的GIS（地理信息系統(tǒng)）模式、WebGIS、GPS（全球定位系統(tǒng)）、實(shí)時(shí)監(jiān)控、衛(wèi)星監(jiān)測等現(xiàn)代化管理手段。管理現(xiàn)狀下，數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)且很難實(shí)現(xiàn)信息共享。

二、河道堤防管理數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)原則

（一）實(shí)用先進(jìn)、操作性強(qiáng)

平臺的設(shè)計(jì)理念主要是為了解決現(xiàn)在河道管理中存在的問題，平臺重在實(shí)用性和可操作性。在現(xiàn)有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、WebGIS、移動式設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)，從根源解決人為數(shù)據(jù)的誤差，提升數(shù)據(jù)的科學(xué)性和精準(zhǔn)性；從源頭上解決職能交叉問題，實(shí)現(xiàn)信息共享。

（二）安全穩(wěn)定、運(yùn)行可靠

河道資源相關(guān)數(shù)據(jù)具有一定的涉密性。進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置時(shí)，可通過設(shè)置訪問口令、訪問權(quán)限、內(nèi)外區(qū)域網(wǎng)訪問身份確認(rèn)等方式，確保數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)安全。對于一些涉密的關(guān)鍵文件，設(shè)置訪問時(shí)間、訪問人員和訪問內(nèi)容等詳細(xì)記錄，實(shí)現(xiàn)信息共享的同時(shí)，維護(hù)信息的安全穩(wěn)定。

（三）統(tǒng)一部署、高度集成

數(shù)字化平臺建設(shè)的最終目的是實(shí)現(xiàn)全省水利工程的標(biāo)準(zhǔn)化管理，建設(shè)省、市、縣、運(yùn)管單位“四位一體”的資源共享平臺。由省級進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，制定統(tǒng)一架構(gòu)、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一格式，由運(yùn)管單位根據(jù)所管轄河道的現(xiàn)狀，充分利用現(xiàn)代信息化手段進(jìn)行專項(xiàng)研究設(shè)計(jì)，將水利工程的運(yùn)行監(jiān)管數(shù)據(jù)上報(bào)，形成河道堤防管理數(shù)據(jù)庫。

（四）系統(tǒng)兼容、信息共享

平臺采用B/S （瀏覽器/服務(wù)器） 架構(gòu)。與C/S （客戶機(jī)/服務(wù)器）架構(gòu)的區(qū)別在于：前者具有良好的擴(kuò)展兼容性，便于二次開發(fā)，為后續(xù)添加模塊、提升性能和信息共享提供好的平臺基礎(chǔ)。在解決現(xiàn)實(shí)問題的基礎(chǔ)上，具有一定的前瞻性，方便后續(xù)信息化技術(shù)的更新?lián)Q代。

三、新萬福河濟(jì)寧段河道堤防數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)框架

河道堤防管理數(shù)字化平臺依然遵循省、市、縣、運(yùn)管單位四級建設(shè)管理模式。新萬福河屬于市級直管河道，現(xiàn)由濟(jì)寧市水利事業(yè)發(fā)展中心新萬福河分中心（以下簡稱新萬福河分中心）運(yùn)行管理，由新萬福河分中心匯集全流域及流經(jīng)縣區(qū)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析后，上傳到省、市級水利工程運(yùn)行監(jiān)管平臺，由省、市級進(jìn)行監(jiān)督和考核，實(shí)現(xiàn)上通下達(dá)。系統(tǒng)平臺采用B/S架構(gòu)，該系統(tǒng)技術(shù)框架自下而上主要分為感知層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、業(yè)務(wù)系統(tǒng)層、用戶層四部分，如圖1所示。

圖1 新萬福河濟(jì)寧段河道堤防數(shù)字化平臺總體架構(gòu)圖

（一）感知層

感知層是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐層，主要負(fù)責(zé)采集河道的基礎(chǔ)信息，包含河道的靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)（工程巡查信息等）和實(shí)時(shí)監(jiān)測信息（水情、工情、攔河閘、視頻等）。

其中，靜態(tài)數(shù)據(jù)包含管理單位信息、人員崗位信息、新萬福河的地理位置、水文特征、管理制度、資料檔案等，由新萬福河分中心按照相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行填報(bào)。動態(tài)數(shù)據(jù)包含新萬福河的工程巡查信息、系統(tǒng)日志、巡檢、除險(xiǎn)加固等，在數(shù)字化平臺建設(shè)中引入一款基于Android系統(tǒng)的移動巡檢辦公管理系統(tǒng)，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)在河道堤防管理中的普及。實(shí)時(shí)監(jiān)測信息主要包含水位和視頻的監(jiān)測，水位監(jiān)測可引入市面上比較先進(jìn)的河道自動水位監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，所采集信息可通過GIS地圖直觀展示河道水位監(jiān)測站的分布位置、水位信息，甚至可借助WebGIS進(jìn)行移動式水位信息監(jiān)測。

新萬福河共有8處道路、橋梁缺口，3處險(xiǎn)工險(xiǎn)段，屬抗洪搶險(xiǎn)高發(fā)路段，需在上述位置設(shè)置視頻圖像監(jiān)控設(shè)施，進(jìn)行全方位、360°的監(jiān)視；外業(yè)巡查人員最好配置便攜式視頻監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)實(shí)地監(jiān)測。

新萬福河分中心將所得數(shù)據(jù)以JSON或XML等統(tǒng)一的格式上報(bào)至數(shù)據(jù)服務(wù)層。在感知層和數(shù)據(jù)服務(wù)層之間，可增設(shè)一個(gè)基于Web服務(wù)器/移動網(wǎng)/數(shù)據(jù)服務(wù)器/局域網(wǎng)的防御體系，保障數(shù)據(jù)的安全性、保密性和可靠性。

（二）數(shù)據(jù)服務(wù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)層是整個(gè)數(shù)字化平臺的數(shù)據(jù)庫，用于數(shù)據(jù)的集中存儲和規(guī)范管理，在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)一數(shù)一源。以萬福河為例，可以將萬福河河道堤防管理數(shù)字化平臺信息設(shè)置為河道基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫（靜態(tài)數(shù)據(jù)）、實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫（主要是水情、視頻監(jiān)測、堤防安全等）、工程巡查數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)日志數(shù)據(jù)庫、防汛數(shù)據(jù)庫等。

（三）業(yè)務(wù)系統(tǒng)層

平臺采用B/S架構(gòu)，以及基于WebGIS（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）技術(shù)的瀏覽器，做到系統(tǒng)兼容的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的先進(jìn)性。平臺界面主要設(shè)置五個(gè)板塊：工程設(shè)施（水情、安全監(jiān)測、視頻監(jiān)測等）、安全管理（除險(xiǎn)加固、工程劃界、險(xiǎn)情管理等）、運(yùn)行管理（工程巡查、隱患處理、維修養(yǎng)護(hù)等）、管理保障（組織機(jī)構(gòu)管理、人員崗位管理、培訓(xùn)管理等）和管理自評（自評指定管理、自評實(shí)施、自評問題管理等）。每一個(gè)板塊都是以用戶需求為導(dǎo)向，便于實(shí)際操作。新萬福河分中心將從感知層和數(shù)據(jù)服務(wù)層中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、整理，上傳至省市水利工程運(yùn)行監(jiān)管平臺，實(shí)現(xiàn)云監(jiān)管。

（四）用戶層

整個(gè)平臺建設(shè)的宗旨就是服務(wù)用戶。新萬福河分中心通過信息化平臺可以隨時(shí)掌握河道的安防、水情和工情，遇到突發(fā)情況，值班人員可第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)、上報(bào)、處理。省市級平臺也可以實(shí)現(xiàn)云監(jiān)管、云指揮，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)在河道堤防管理中的價(jià)值。

四、加快新萬福河濟(jì)寧段河道堤防數(shù)字化平臺建設(shè)的主要措施

（一）轉(zhuǎn)變原有觀念，加強(qiáng)河道管理

由于信息化技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，依靠數(shù)字化平臺進(jìn)行河道管理的意義日益凸顯，要想數(shù)字化平臺從最初的被動到融入再到主動引領(lǐng)河道堤防管理，就必須從觀念上進(jìn)行轉(zhuǎn)變：由“重建輕管”向“建管并重”轉(zhuǎn)變；由簡單的資源管理向系統(tǒng)化資源管理轉(zhuǎn)變；由數(shù)據(jù)依靠經(jīng)驗(yàn)向科學(xué)化、現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變；管理方式上，由分化到集中、由被動到主動、由靜態(tài)到動態(tài)、由人工到智能、由條塊到協(xié)同轉(zhuǎn)變。在充分調(diào)動現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，領(lǐng)導(dǎo)層需及時(shí)高效落實(shí)人員、技術(shù)、資金等問題，“三管齊下”為數(shù)字化平臺建設(shè)夯實(shí)基礎(chǔ)。

（二）理論聯(lián)系實(shí)際，逐步推進(jìn)實(shí)施

理論是為了更好地指導(dǎo)實(shí)踐問題，但河道管理學(xué)科涵蓋多，領(lǐng)域覆蓋廣，且每個(gè)河道都有各自不同的水文氣象等特點(diǎn)，數(shù)字化平臺的建設(shè)雖急迫但更需有序。始終把握好長遠(yuǎn)性和全局性的戰(zhàn)略思想，根據(jù)河道現(xiàn)有的條件和基礎(chǔ)，制定短、中、長三期目標(biāo)，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化平臺的構(gòu)建、使用、優(yōu)化和普及，牢牢把握住新萬福河濟(jì)寧段堤防管理的關(guān)鍵因素，集中力量解決目前所面臨的實(shí)際問題，同時(shí)，還需處理好“現(xiàn)實(shí)”和“超前”的問題，只有兩者緊密協(xié)同，才能轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力。比如：目前新萬福河河道堤防主要是駐站監(jiān)測，下一步可以考慮駐站和移動監(jiān)測（試點(diǎn)）相結(jié)合，最后全部實(shí)現(xiàn)移動監(jiān)測。軟件的設(shè)計(jì)要考慮現(xiàn)實(shí)，但軟件的開發(fā)還需有超前意識，方便后續(xù)功能和板塊的添加，更好地提升管理效率。

（三）引進(jìn)專業(yè)人才，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)

人才的儲備是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化平臺的核心。平臺的構(gòu)建涉及物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)庫等現(xiàn)代化專業(yè)技術(shù)知識，涵蓋GIS、WebGIS、GPS等操作系統(tǒng)，需加強(qiáng)現(xiàn)有工作人員的技術(shù)培訓(xùn)工作，如有必要，可聘請專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行工作指導(dǎo)，讓信息化平臺的構(gòu)建不僅僅停留在理論研究層面，使新萬福河河道堤防管理形成一本賬 （即統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、測量方法、數(shù)據(jù)格式和運(yùn)行環(huán)境）、一張網(wǎng)（即同一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)）、一張圖（即整個(gè)用戶層都是基于同一個(gè)GIS模式）的智能化管理狀態(tài)，更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

五、結(jié)語

數(shù)字化平臺的構(gòu)建將推動新萬福河河道堤防管理由傳統(tǒng)向現(xiàn)代、由粗放向精細(xì)轉(zhuǎn)變，是未來實(shí)現(xiàn)河道堤防智能化管理的新途徑和新模式，在河道堤防管理數(shù)字化平臺建設(shè)方面起到試點(diǎn)的作用，為全市甚至全省河道實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化管理起到積極推動作用