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

楊鐵樹

（河北省水電勘測設計研究院，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)將工程設計和IT設計融為一體，依托物聯(lián)網、云平臺、遙感、GIS、BIM、現(xiàn)代通信、監(jiān)控報警、多媒體技術、大規(guī)模存儲技術和智能數(shù)字采集技術，將防洪堤壩管理系統(tǒng)納入一個即時的可管理、可監(jiān)控、可調度的智能平臺上，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，實現(xiàn)智能感知、智能調度和智能管理，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、基礎設施層、服務支撐層、業(yè)務應用層、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；

基礎設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)據交換平臺、雄安云等；

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

業(yè)務應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)、工程運行維護管理系統(tǒng)等。

1.2 系統(tǒng)網絡框架

綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)按控制專網、業(yè)務內網和業(yè)務外網組建計算機網絡系統(tǒng)，如圖2。

圖2 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)網絡框架

由圖2可知：

（1）控制專網用于承載實時性要求最強、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)務內網用于承載各應用系統(tǒng)信息；

（3）業(yè)務外網用于承載互聯(lián)網信息。

1.3 系統(tǒng)業(yè)務流程

綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)業(yè)務流程用于接入數(shù)據來源，以及各業(yè)務和支撐系統(tǒng)之間的層次關系，基礎數(shù)據通過數(shù)據交換平臺寫入部署在雄安云上的防洪綜合數(shù)據庫。防洪綜合數(shù)據庫為物聯(lián)服務支撐平臺和防洪堤壩CIM平臺提供數(shù)據支撐，如圖3。

圖3 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)業(yè)務流程

由圖3可知：

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

（2）防洪堤壩CIM平臺內含BIM和GIS，負責空間數(shù)據的匯集、可視化處理和展示支撐。

（3）物聯(lián)服務支撐平臺和防洪堤壩CIM平臺對上層業(yè)務應用進行服務支撐。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行維護各業(yè)務應用實現(xiàn)防洪堤壩的工程運用和調度管理。

（4）業(yè)務流程的數(shù)據來源包括3個方面：①本系統(tǒng)采集的數(shù)據，包括堤壩監(jiān)測數(shù)據、閘門監(jiān)控數(shù)據、視頻監(jiān)視數(shù)據、流量數(shù)據和水位數(shù)據等；②從水文部門接入的雨量數(shù)據；③從氣象部門接入的數(shù)據，包括天氣預報、雷達回波圖、衛(wèi)星云圖等。

1.4 系統(tǒng)數(shù)據框架

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

圖4 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據框架

由圖4可知：①平臺接入數(shù)據主要包括：實時工情數(shù)據、氣象數(shù)據和實時水雨情數(shù)據；②平臺產生的數(shù)據主要包括：防洪工程數(shù)據、防洪管理數(shù)據、專題圖層數(shù)據、分析成果數(shù)據和系統(tǒng)運行所需要的數(shù)據；③平臺對外服務的數(shù)據主要包括：防洪工程數(shù)據、防洪管理數(shù)據、實時工情數(shù)據、專題圖層、洪澇災情數(shù)據、歷史災情數(shù)據、應急保障數(shù)據和分析成果數(shù)據等。

2 綜合監(jiān)控管理系統(tǒng)技術特點

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、全指標的實時監(jiān)測，為堤壩防洪提供多種類、精細化的數(shù)據支撐和監(jiān)控條件，是實現(xiàn)智慧堤壩現(xiàn)代化管理的前提和基礎。透徹感知利用傳統(tǒng)監(jiān)測手段，并借助物聯(lián)網、衛(wèi)星遙感、無人機、視頻監(jiān)控、智能手機等新技術，除感知堤壩的主要特征指標，還采集與之相關的環(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“神經網絡”，實現(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、移動互聯(lián)網、衛(wèi)星通信、WiFi等現(xiàn)代技術，構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、隨時隨地的全面物聯(lián)。深度融合是智慧應用的基本要求。包括感知數(shù)據與業(yè)務應用的融合、堤壩基礎設施與雄安CIM平臺的融合、自我感知數(shù)據與共享資源數(shù)據的融合，實現(xiàn)各類數(shù)據和資源的全參與、全交換，共用、復用和再生，將分散的基礎設施、數(shù)據和應用形成合力，構建雄安新區(qū)完整的防洪體系。

2.3 智能應用

智能應用是智慧堤壩的“智慧”體現(xiàn)，采用新型識別技術，利用大數(shù)據、云計算、物聯(lián)網、人工智能、移動互聯(lián)網等新技術，對各類調控、管理對象和服務對象的行為現(xiàn)象進行識別、模擬、預測預判和快速響應，推動工程管理更高效、社會管理更精準、調度運行更科學、應急處置更快捷、運維服務更友好。

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)網接入雄安CIM平臺，實現(xiàn)感知設備的統(tǒng)一接入、集中管理、遠程調控和數(shù)據共享、發(fā)布，構建城市物聯(lián)網統(tǒng)一開放平臺； 借助雄安云實現(xiàn)透明的全量數(shù)據資源信用體系、安全的資源開放共享體系、可信的互聯(lián)網傳輸體系，各類防洪信息及安全預案的智慧決策。

3 結語

（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)實城市同步規(guī)劃、同步建設，建立健全大數(shù)據資產管理體系，并構建城市物聯(lián)網統(tǒng)一開放平臺，實現(xiàn)感知設備的統(tǒng)一接入、集中管理、遠程調控和數(shù)據共享、發(fā)布；搭建雄安云，實現(xiàn)公共資源智能化配置；構建透明的全量數(shù)據資源目錄、大數(shù)據信用體系和數(shù)據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)，在云計算、物聯(lián)網、大數(shù)據、移動互聯(lián)網、人工智能等新一代信息技術的支撐下，通過全面感知、識別、模擬和預測水利態(tài)勢，形成全方位、立體式、高覆蓋的物聯(lián)網絡監(jiān)測系統(tǒng)，并輔助智能管理、快速響應、協(xié)同調度、科學決策，讓水利發(fā)展更高效、更集約、更智能。