溫州市浙南產業集聚區智慧海塘管理平臺

曹高俊，徐 力，林 晶

（溫州市甌飛經濟開發投資有限公司，浙江 溫州 325000）

1 設計思路

溫州市浙南產業集聚區海塘智慧管理平臺在甌飛一期海塘現自動化系統的基礎上進行提升改造，涉及管理堤線總長23.369 km。本次海塘智慧管理平臺設計總體框架設計遵循浙水安瀾平臺“四橫四縱”的總體框架要求，以海塘智慧管理為主線，根據實際管理需求實現“上下聯動、橫向協同”。

橫向主要包括基礎設施層（硬件）、數據資源層、應用支撐層和業務應用層（軟件）?；A設施層是智慧海塘建設的基礎，提供了基本的設施設備；數據資源層是智慧海塘建設的核心，是智慧化信息化建設的最重要資產；應用支撐層是對數據資源的提煉分析建模的過程，是軟件部分的核心；業務應用層直接面向工程管理者和社會公眾，提供工程管理和工程服務支撐。

采用浙水安瀾平臺的總體框架的主要原因是：省政府、水利部、水利廳、溫州市水利局都將數字化建設作為頭號要務，浙江省水利廳現已將全部水利數字化內容歸集至浙水安瀾平臺，一個平臺兩個入口（浙水安瀾平臺、浙政釘和浙里辦）。因此，為了后續管理實現“上下聯動、橫向協同”，采用統一框架開展海塘智慧管理平臺提升建設。

因現狀北1號閘、北2號閘和東1號閘3座穿堤水閘的自動化控制已經較為完善，滿足現狀管理和遠期規劃需求，所以在后續工作中，以海塘智慧管理能力提升為重點，對已建設完善的水閘自動化控制系統集成至海塘智慧管理平臺。

依據《浙江省海塘安瀾千億工程建設技術指南》要求，平臺系統滿足以下特點：

（1）安全實用。平臺系統集成了標準化管理、安全監測、水文監測、視頻監視等多個業務系統，通過構建標準數據庫，將水利各個數據相互聯系起來，方便管理人員調取，通過打造三維場景，將海塘全線空間實景化，方便管理人員查看和空間分析，進而提升管理效率。

（2）高效運行。通過數字化提升建設，實現運行管理的標準化、自動化，提高工程自動化水平和輔助調度決策能力，轉變運行管理模式，實現管理效率的大幅提升。

（3）智能管理。通過自動采集設備和物聯感知設備，結合系統業務應用功能對監測監視數據的分析和預測結果，實現管理人員一鍵操作式的智能化管理[1]。

2 總體框架設計

系統總體設計遵循浙水安瀾平臺“四橫四縱”的總體框架要求，以海塘智慧管理為主線，實現“上下聯動、橫向協同”[2]?？傮w框架設計如圖1所示。

圖1 智慧海塘總體框架

用戶層。它是指海塘智慧管理平臺的適用對象，包括溫州市甌飛經濟開發投資有限公司、各級水利行政部門等海塘主管部門和公眾用戶。

業務應用層。基于浙水安瀾平臺總體框架，建設工程智慧監管應用場景和數字孿生海塘應用場景。直接面向工程管理者和社會公眾，提供工程管理和工程服務支撐。

應用支撐層。通用應用支撐采用溫州市政府公共平臺和浙水安瀾平臺提供的應用支撐。設計建設數據交換組件、數據分析組件、AI識別組件、安全預警組件共4項應用支撐。其是對數據資源的提煉分析建模的過程，是軟件部分的核心。通過軟件集成，將其他軟件平臺集成至統一平臺，為應用提供統一支撐。

數據資源層。對接溫州市水利數據倉和市級政務云數據共享交換平臺，按照溫州市浙水安瀾平臺的數據倉技術標準，開展甌飛一期數字海塘數據庫建設，其是智慧海塘建設的核心，是智慧化信息化建設的最重要資產，同時實現了海塘公共管理數據在水利行業縱向共享交換和橫向跨部門共享交換。

基礎設施層。云資源和基礎網絡依托溫州市政務云和專用網絡進行建設和部署，并根據平臺實際需要，建設相應安全防護體系，保障平臺數據和業務應用的安全、穩定、高效運行。物聯感知設備重點對海塘的安全監測、水文監測和安防監測進行感知設備布設，是海塘智慧管理的基礎，是計算機世界在物理世界的觸角。

政策制度體系。在浙江省數字化轉型政策體系框架下，落實《浙江省海塘安瀾千億工程建設技術指南》的技術要求，協調推進甌飛一期海塘智慧管理能力提升建設工作[3]。

標準規范體系。根據溫州市浙水安瀾平臺的數據共享標準、技術應用標準、政務服務標準、安全運維標準、系統集成標準等規范體系，開展甌飛一期海塘智慧管理平臺的建設、運行、維護等工作。

組織保障體系。在浙江省數字化轉型組織保障體系框架下，按照海塘智慧管理平臺建設任務分工，加強組織領導，成立工作組。建立并完善平臺建設與運維機制，開展系統使用相關的培訓。

網絡安全體系：開展平臺網絡安全保障體系建設，同步開展安全二級等級保護測評等工作，構建多層次、立體化的安全縱深防御體系，確保平臺網絡安全、物理安全、數據安全和應用安全。

3 主要功能

3.1 工程智慧監管設計

（1）工情應用界面

1）監測數據采集錄入海塘觀測項目包括：沉降、水平位移、滲漏、裂縫、沖淤、波浪爬高和風速等。

2）監測數據顯示

①監測數據對比顯示。觀測數據與以往成果數據對比，輔助判斷趨勢是否合理；監測成果與設計或理論計算值對比，分析規律是否具有一致性和合理性。

②監測數據分析顯示。編制觀測成果報表和首次觀測應編制觀測設施考證表。編寫觀測工作小結，直觀分析觀測成果的變化規律及趨勢，與上次觀測成果及設計情況比較是否正常，并對工程的控制運用等提出建議預案。

③監測數據整編。資料整編工作每年一次，對本年度觀測成果進行全面審查，檢查觀測項目是否齊全、方法是否合理、數據是否可靠、圖表是否齊全、說明是否完備等；對各類表格進行校核，檢查數據有無錯誤、遺漏；檢查和論證初步分析是否正確。

（2）水情應用界面

1）監測數據采集錄入水文觀測項目包括：水位和流量等。

2）水位監測分析界面，展示海塘各水位站點實時水位信息、水位預警、歷史同期最高水位等信息，反映重要站點水位變化過程。

3）流量監測分析界面，展示海塘各流量監測站點實時流量信息、流量預警、最大流量站點位置等信息。

（3）雨情應用界面

實時降雨分析界面，展示海塘范圍內實時雨量、最大1 h、3 h雨量、雨情預警、歷史同期最大雨量等信息，以及降雨區域分布、降雨等值面信息、降雨遷移過程。對場次暴雨累計降雨進行統計，可統計分析當前站點降雨1 h超過30 mm，3 h超過50 mm、24 h超過100 mm雨量站點數量及百分比，為海塘在防汛期間提供決策信息支撐[4]。

（4）視頻應用界面

結合地圖匯集范圍內各視頻監控點位信息，通過網絡在線播放的形式對遠程視頻攝像頭的實時調用，快速查看相關視頻信息，統計視頻監控設備的運行狀態，分析在線率、設備完好率。

結合道閘系統，海塘管理人員可以實時了解海塘上的人員和車輛的來往情況。當海塘上的人員、車輛超出一定數量時，管理人員可以通過道閘系統限制人員和車輛的進入，通過語音播報系統提醒海塘上的人員和車輛，從而達到有效的安全管控的效果。

結合AI識別模型，對海塘管理范圍線內終點區域設置電子圍欄，并采用手機短信結合廣播喊話的方式，及時撤離非法闖入的人員。

（5）預警信息推送

結合海塘安全預警組件，對海塘安全預警信息閾值進行在線監測與展示，當預警閾值觸發時，以動態圖形、聲音、閃爍等多種形式進行分級預警，同時支持短信預警功能，為人員提供全面、及時、準確的預警信息，為指揮調度提供科學的依據。

（6）設備智能運維

通過數字字典、指標管理、數據分析、搜索引擎、數據治理、行為日志等方面研究，對用戶、部門的數據錄入情況、數據的有效率、用戶的在線率、系統功能的使用情況、高頻功能、高頻搜索詞、其他行為日志等進行統計分析。

通過與內核通信和訪問接收基礎數據庫實現設備管理、設備監控、告警管理、數據分析等功能，并利用WebGIS技術進行交互和展示，使用戶方便直觀地獲取設備的運行狀態和人員的訪問情況，以利于對設備進行維護管理，實現物聯感控前端設備運行監控、健康檢查的智能化。

1）設備管理

設備管理模塊實現設備的增刪改查、參數配置與查看等功能。進入設備管理界面點擊新增按鈕，對設備內容進行填報，主要包括設備名稱、設備編號、設備位置、排序號、設備類別、上級設備、巡查負責人、制造商、設備參數、設備功能、設備圖片等字段。支持對設備名稱、設備類型進行搜索。

2）設備監控

設備監控主要是對監控設備的運行狀態進行實時查看，按照類型對設備進行分類，點擊查看不同類型下設備的情況，包括電壓、電流、信號強度等，并對故障設備進行標紅展示，通過短信或者釘釘的方式提醒給相應的負責人，及時維修，并顯示維修狀態。

界面中左側可展示數據采集狀態、正常采集總數和總數對比，以列表形式展示設備名稱、監測狀態、運行狀態、采集時間等字段，右側結合GIS展示監測點位置，監測點的名稱、監控數據采集狀態、運行數據采集狀態、采集時間、水位、電源電壓、設備溫度、信號強度、上傳時等信息。GIS下面展示監測的實時采集數據，包括測站的水位曲線、數據報表情況和數據管理，數據管理中展示不同時間間隔下的采集數據，可通過公式處理、數據處理、擴展接口、數據分析等功能查看數據監測報表。

3）告警管理

對設備異常產生的告警進行提醒、查看、管理。

①告警管理

結合設備監控，對異常設備整體管理，形成數據報表。對設備情況進行查看，點擊單條設備數據查看詳細的運行情況，包括設備的電壓、電流、信號強度、設備狀態等信息，支持查看告警的歷史數據情況和故障處理記錄。

②預警配置

預警配置中包含監測預警配置和運行預警配置，監測預警配置設施報警參數，包括電壓預警、電源預警、設備溫度預警、設備離線預警等，可自定義選擇通知人員、通知類型和短信模塊，通過設置的規則發送給對應人員。

4）數據分析

對設備運行的參數以及采集數據進行歷史分析，以柱狀圖或者餅圖的形式展示數據曲線，包括每月的設備運行情況、故障情況、修復情況等。

5）信息下發

通過調用預警信息系統，將運維告警信息下發至具體運維責任人，以列表形式展示預警詳細信息，包括預警內容、預警時間、預警人員、預警次數等，模塊支持對歷史預警數據查看。

6）績效管理

根據人員的訪問量、登錄量、巡查情況形成績效考核排名，統計人員、部門的考核情況。統計平臺運行天數、總登錄人數、本月登錄人次、今日登錄人次，并以折線圖顯示每月用戶的增長或者減少情況，用柱狀圖統計本月的高頻應用排名、夜間訪問行為次數、異常登錄行為次數，可通過時間篩選查看歷史記錄，并統計人員、部門的巡查情況，考核情況等信息。

3.2 數字孿生海塘應用場景設計

數字孿生技術是指物理實體與其數字虛體之間的精確映射的孿生關系，將物理實體的地理空間關系通過數字虛體表達，并集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的空間分析，從而反映相對應的物理實體的全生命周期過程[5]。

3.3 防洪抗臺決策分析場景設計

3.3.1 防洪預測子場景

防洪預測子場景可以用來幫助工作人員在平時值班，臺風、降雨等沒有影響或很小影響或即將影響甌飛海塘區域時掌控整個片區降雨、河網、山洪、積水、潮位等態勢，為臺風或暴雨來臨做好充分的準備工作。

（1）風暴潮預報集成

系統將水文部門和海洋部門的風暴潮預報成果接入，包括潮位預報的時間序列和高潮位以及高潮位出現的時間。同時結合海塘四色潮位警戒線，自動生成海塘“海塘安全四色圖”，在地圖中海塘安全狀態，同時結合預警發布模塊，對風暴潮預警海塘進行關聯提醒。

（2）水文預報集成

統將水文部門提供的重點流域水文預報成果接入，例如當前場次每一個降雨時段末之前所有降雨可能形成的河網節點、重要斷面的流量水位過程實時預報成果等，系統將結合 GIS 平臺，以報圖、動畫的方式進行預報成果的呈現，并可自動關聯分析可能產生的影響范圍，對于設定預警閾值的監測斷面，需要監控預報流量數據，一旦超過預警閾值，需及時發送預報告警信息，并且系統可以自動接收省級平臺預測信息，實現預測信息的聯動。

（3）山洪警報集成

山洪警報包括山洪報警和山洪預警。山洪報警通過防治村落關聯實時降雨/水位進行報警；山洪預警通過短臨預報對防治村落山洪進行預警。

1）山洪報警集成

系統通過接口服務調用水利部門相關數據，以文本、圖片、表格以及在電子地圖上標識等方式顯示區域山洪信息，展示山洪災害降雨強度預警等級，按照發生山洪災害的嚴重性和緊急程度，展示準備轉移和立即轉移的村落，并通知到當地防汛責任人。

2）山洪預警集成

系統接入氣象局氣象雷達數據，做出短臨降雨預報，可以通過選擇未來降雨時間段和降雨總量來設置站點（區域）未來一段時間的降雨情況。并結合山洪預警成果，掌控未來區域內災害發生的可能性區域，進行山洪預警預測。

（4）短臨預報

從氣象部門獲取未來1 h、3 h、6 h短臨預報數據，疊加電子地圖，生成預報等值面，來查看未來降雨中心的遷移變化，為防汛準備提供決策支持[6]。

（5）臺風預報

從氣象部門獲取實時臺風監測數據和不同國家氣象站的預報數據，包括位置、中心氣壓、風力、風速等，對臺風的演進和登陸預測進行分析。

（6）風場預報

從氣象部分獲取風場數據，在地圖上進行可視化展示，同時支持播放未來7 d風場預報數據。

（7）浪場預報

從氣象部分獲取浪場數據，在地圖上進行可視化展示，同時支持播放未來7 d浪場預報數據。

（8）衛星云圖

系統提供衛星云圖的查看及動態播放功能，支持各種類型的衛星云圖功能。通過衛星云圖模塊能夠掌握區域內未來幾天降雨趨勢。

（9）氣象雷達

系統自動采集互聯網及氣象部門發布的氣象雷達圖信息，實現氣象雷達圖的查詢和動畫播放。通過氣象雷達模塊能夠了解轄區未來的降雨趨勢。

3.3.2 防洪預演子場景

應急演練提供防汛應急演練信息錄入、查詢、展示功能，定期開展防汛應急演練，保證防汛搶險救災應急水平，提高搶險隊伍的應急響應能力。

（1）預演一張圖

系統支持人為設置應急響應預案的配置，以及應急演練過程的實時記錄。通過結合應急預案、應急組織、相關實測數據和歷史災害資料，利用GIS“一張圖”可實時繪制防汛防臺形勢圖，進而開展防洪防汛的應急演練。包括各類避災場所、物資、人員轉移路線等要素。聯動各應急搶險相關人員，分派應急搶險相應任務，展示各人員位置信息。為必要時刻搶險指揮調度提供災害應對經驗。

（2）工況配置

系統支持人為設置工況，如水位提升、水文預報結果輸入、隱患發現等。在系統內將實現應急工作組劃分，明確各應急工作組名稱、人員及各工作組職責。做到應急組織架構展示直觀明了，簡單易懂，容易掌握所在小組職責，做到人員快速響應。

（3）預演復盤分析

系統支持應急演練過程復盤，可一鍵生成演練報告。在應急演練結束后，將會進行總結管理，應急總結管理主要實現在應急演練響應結束后對應急響應過程及應急響應結果的自動化整理總結。根據應急響應引擎啟動數據及應急響應指揮數據，生成應急總結報告并存儲，實現自動化結果可二次編輯，為用戶后續整理總結工作提供高效完成技術手段。

3.3.3 防洪預案子場景

預案管理實現應急預案編制流程和預案備案的信息化處理，可有效提高預案編制和預案備案的管理水平。并提高對預案內容的檢索效率，實現對各級各類應急預案的綜合查詢，輔助應急人員掌握各級各類應急預案及其數量和分布情況，為正確決策提供必要的輔助支持。

數字化預案指通過數字化手段來管理各級各類應急預案，實現臺風災害事件的快速關聯響應和預案的查詢統計。應急啟動時，通過系統輸入應急響應級別、事故類型、地理信息等參數信息，可自動推薦響應的應急預案。

（1）預案庫管理

系統實現對預案的數字化管理，實現各種計劃、預案、法律法規等文檔資料的分類分級管理，為應急處置提供完備的知識儲備和信息支持。主要包括目錄管理、預案修訂記錄的存檔、文檔分權限共享等功能，實現對日常應急知識文檔進行統一管理，方便權威資料的快速查找。

1）目錄管理

文件目錄維護是指對文件目錄結構和文件目錄項的維護且對文件目錄實施有效的管理。在文件管理中，經常要新建、修改、刪除文件或文件夾，文件目錄結構或文件目錄項會隨之發生變化，需要通過后臺維護方式對目錄進行統一管理，實現用戶自定義配置預案目錄功能。

2）記錄留痕

主要是對預案修訂記錄的存檔，可以編輯已有的預案記錄，刪除、保存/還原預案記錄，查找符合條件的檔案記錄。

3）文檔共享

根據相關人員需要，可進行權限配置，方便管理人員對應急預案進行相關操作。

4）查詢統計與導出

根據用戶所需的文件名稱進行模糊查詢，查詢出模塊中與之名稱匹配的文檔，方便用戶查詢和管理。以曲線圖的形式展示預案的修訂記錄，包括人員、時間等，并根據各種條件進行預案查詢并進行相應的文件下載和導出功能。

（2）預案發布管理1）應急預案制定

本系統提供應急預案模板定制和維護功能，用戶可以自定義預案模板，并定義模板各個部分的觸發條件及相應的動作。按照應急預案模板制定具體預案，按照模板規定的組成部分，根據事故或災害的類型及等級，給出具體的處理過程信息，為應急處置方案的自動生成提供保障。

2）預案發布

制定完成并經批準的應急預案可以以文本的形式發布出去，發布對象為預案相關的組織機構。用戶可以根據事故類別、預案版本進行預案的查詢。發布后的應急預案可以在應急指揮過程中提供應急方案制作的依據，按照應急預案模板設定的條件，根據事件的本身信息進行判斷，觸發相應的動作形成應急方案。

3）預案執行監管

應急預案數字化后，可以將預案的各個組成部分進行對比分析，結合應急防洪態勢監控模塊功能，實現事故發展態勢與預案的對比，分析預案執行的偏差，為應急調度提供決策依據。

3.3.4 防洪預警子場景

（1）預警規則設置

系統提供預警規則設置功能，管理人員能夠通過系統平臺對區域內水位、水庫泄洪、實時流量等各類預警規則進行管理。

（2）預警場景管理

在預警場景管理下，實現在防洪災害中可能產生的多種類來源預警信息的管理與配置?？商峁╊A警場景管理的包括山洪預警、水庫超汛限預警、臺風登陸預警、短臨暴雨預警、實時降雨預警、河道水位超警戒預警、潮位預警、泵閘啟閉預警、數據治理預警等多方面。

（3）預警信息發布

向防洪防汛人員以短信通知，動態圖形、聲音、閃爍等系統提示等方式發布防汛預警信息，為防洪防汛人員提供全面、及時、準確的防洪預警信息，為防洪指揮調度提供科學的依據。

（4）水利預警靶向服務

通過 GIS 一張圖技術融合跨部門、跨系統的圖層數據，運用手機定位、人口熱力圖等新技術，提供本項目采集的各類防汛數據、預警分析數據,運營商手機信令數據，用以輔助業務人員判斷重點危險區域和受災區劃。系統提供預警區劃分模塊，能夠手動標繪出重點危險區域和受災區劃。根據圈定重點危險區域和受災區劃的范圍，自動提取運營商基站，以接口方式提供運營商，運營商統計和反饋繪定區域內人員數量，并以短信形式將相關預警、疏散信息精準發布到重點危險區域和受災區劃內人員。

基于區域防洪形勢研判結果，通過審核，對危險區內的人員進行預警信息精準推送服務。在短信內集成避災點信息和前往避災點的最佳路線，方便人員在第一時間撤離。

（5）預警統計分析

通過報表、圖形等多種方式，實現歷史預警信息統計分析服務。用戶可以基于系統平臺自定義查詢條件，按時間、區域、預警站點、預警類型、預警級別等條件分類查詢防汛預警信息，并對查詢結果進行統計分析。

4 結束語

本次智慧海塘建設和提升，本著充分提高甌飛一期海塘的工程管理水平、發揮綜合社會效益、挖掘經濟利益的原則進行設計和開發。使整個工程能可靠、高效、安全、標準、經濟、智慧地運行和管理，甌飛海塘智慧管理平臺采用了先進的計算機技術、視頻監視技術、自動化監測技術和三維可視化技術，實現數據資源的匯聚、存儲、加工、分發、管理。

（1）實現了感知監測監控集成感知設備的數字化提升改造使其具有很高的集成度，能夠使決策者全面掌握數據分析結果并統一發布指令，實時監視指令的執行情況，做到高度可靠的協調性和統一性。

（2）實現了高效工程綜合管理自動化、集成化和三維可視化的提升建設，能夠將傳統的信息傳輸時效大為提高，通過高速、可靠的光纖以太網，數據能夠在毫秒級的時間內匯總到信息監控中心，提高了管理的綜合效率；能夠將傳統的周期性監測轉變為實時監測，減少監測數據中人為干擾因素，有利于數據統計及客觀分析，提升工程監管的準確性和可靠性。通過三維可視化建設，降低對管理人員專業技術水平和管理經驗的高標要求，能夠實現直觀、客觀、真實、精準的管理。

（3）實現了信息資源實時共享建成的數字化系統具備多種數據采集的功能，一方面是內部信息資源共享，即為工程運行決策提供了實時、可靠的數據來源，同時配合計算機監控的調度控制，能夠有效、準確地將調度指令傳輸到站點，完成遠程操作；另一方面是外部信息資源共享，提供接口服務與浙水安瀾平臺打通，根據實際管理需求實現“上下聯動、橫向協同”。

（4）實現了數字孿生可視管理通過海塘智慧管理平臺的總體框架提升設計，將其從二維框架升級為三維框架。從技術角度來說符合時下最先進的技術，從政策角度來說符合國家大力倡導實景三維的建設，從管理角度來說實現了所有與工程運行管理相關內容的實景可視化管理。達到從傳統的經驗式管理轉變為一鍵式的可視化智慧化管理的最終目標。