基于新一代信息技術的河道堤防“智慧防控網”建設研究

李軍

關鍵詞：新一代信息技術；河道堤防；“智慧防控網”

0 引言

守護荊江安瀾，是荊州市長江河道管理局公安分局承擔的主要職責和使命。隨著近年來新一代信息技術在河道堤防方面的廣泛而深入應用，借助這些先進技術構建智慧化的河道堤防防控網絡，提高風險信息搜集、分析和研判能力，確保荊江安瀾，成為分局的重要任務。

1 河道堤防“智慧防控網”總體架構

圖1是基于新一代信息技術的河道堤防“智慧防控網”總體架構。通過該圖可以看出，河道堤防“智慧防控網”主要包括數據采集層、網絡傳輸層、數據層、應用支撐層和業務系統層。其中，數據采集層是通過水雨情采集器、涵閘自動化采集器、視頻監視器和其他數據采集設備采集相關的數據信息。網絡傳輸層是基于網絡設備和電信帶寬，將采集到的數據通過有線或者無線的方式傳輸至數據庫。數據層是基于大數據技術開發的統一的、數據高度集中的空間和非空間數據庫，主要包含自動化設備采集的監控數據、業務基礎數據、視頻數據和雨水情監測數據等。應用支撐層是為“智慧防控網”應用功能的實現而提供的基礎框架和通用服務支持，在為數據存取和數據集成提供運行平臺支撐的同時，實現數據和軟硬件資源的共享，并為與業務應用系統之間的協同提供條件支持，主要包含資源管理、信息交換與共享、軟件構建數據模型和數據存取等。業務系統層是在GIS、移動互聯網等技術基礎上開發的、可交互的智慧防控業務系統，主要為實現綜合展示、防洪調度、高效辦公、智慧運維等業務操作提供相應的支持。

2 河道堤防“智慧防控網”建設的內容與路徑

河道堤防任務內容的系統性和復雜性，決定了基于新一代信息技術的河道堤防“智慧防控網”在建設內容和路徑等方面要遵循模塊化、系統化的原則，即要通過推進防汛、堤防、辦公、河道建設的全時空、全覆蓋、全聯動的智慧防控網絡來實現河道堤防防控的智慧化[1]。在這方面，荊州市長江河道管理局公安分局主要按照智慧防汛、智慧堤防、智慧辦公、智慧河道建設四項內容開展了相應的“智慧防控網”建設。

2.1 智慧防汛建設——“智慧腦”防汛調度體系

萬里長江，險在荊江。荊江防汛之所以“險”，主要在于該河段遭受洪水威脅的風險比較大，且河段有來量大、泄量小的特點，加之江湖關系復雜，使得荊江很容易出現防汛危機。相關資料顯示，2002—2016 年，荊江段汛期出現險情的有10年[2]。在這樣的情況下，構建智慧防汛體系，確保荊江防汛能力和效果，就成為基于新一代信息技術的河道堤防“智慧防控網”建設的首要內容。

在智慧防汛建設方面，分局主要提出了“智慧腦”防汛調度體系的路徑。首先，借助新一代信息技術建設雙向網絡視頻會商系統，使分布在各個堤段的水利人員可以與上級主管部門實現實時的遠程視頻匯報、交流活動，該系統同時具備與省水利廳、市河道局連接的功能，方便在出現險情時，各方面的實時討論協商，提高防汛的效率。其次，加強堤防智能監測預警系統建設，通過在可能發生險情的9處險段設置了視頻監控系統，實現24小時全天候的監測。同時，該系統還與預警信息平臺相連接，提高了汛情險情信息研討、風險信息的精準發布和風險防控行為的綜合調度能力，提高了防汛的精準性。第三，利用人工智能技術建立用于防汛調度管理的三維電子沙盤。該沙盤可以直觀地展示堤防工程、水利設施、防汛搶險的基本情況，為汛情期間的會商、研判與決策提供實時準確和可視化的技術支持。

2.2 智慧堤防建設——“智慧眼”堤防管控體系

目前，荊州市域內的長江干支流兩岸堤防總長達到2031km。如此規模的堤防和各段堤防本身的復雜性，增加了堤防工作的難度。在這樣的情況下，分局原本采取的是分層監測的方式，即將所有堤防劃分為險工險段、段組庭院、重點堤段進行劃分，然后安排專門的人員負責對重點堤段進行駐防。這種方式雖然能夠保證重點堤段堤防工作的穩定、有序開展，并為整段堤防的加強提供重點信息支持，但由于沒有覆蓋全堤段，導致堤防工作存在部分堤段風險大的情況。

在智慧堤防建設中，分局重點引入了“智慧眼”的堤防監測方式，在堤險工險段、段組庭院和重點堤段中細分出68個監控點，并在這些監控點處安裝218個攝像頭，構建起了“互聯網+安全堤防”的綜合監控體系。目前，該體系不僅能夠對重點堤段進行全天候的監測，同時也為整個荊州市域內的堤防管控提供了重要的基礎支持。同時，分局還與諸如公安縣公安局加強網絡方面的合作，通過鋪設光纜專線的方式，實現系統連接，共享公安系統在堤防管理范圍內的80余個監控攝像頭，實現對堤防的實時巡查、預警和執法輔助，實現堤防管理的常態化、規范化和標準化。

2.3 智慧辦公建設——“智慧耳”辦公體系

河道堤防“智慧防控網”建設還需要協調和處理好人與人之間的關系，即通過技術來提高人與人之間信息溝通和行為協同的效率與效果[3]。這方面建設的重點體現為智慧辦公建設，即通過辦公方式的技術化升級，來提高信息在不同單位、不同部門、不同人員之間的傳遞效率，使信息在最短的時間內被接受和使用，以此來提高工作的效率與效果。

在智慧辦公建設方面，分局主要沿著“智慧耳”辦公體系構建的方向努力。首先，加大對網絡通信基礎設施的投入，提高信息傳輸的效率。在過去的幾年中，分局借助通信網絡光纖工程的契機，實現了260公里通信網絡光纖工程，使得堤段主干網通信帶寬容量達到2.5G，同時，也實現了分局與其他行業單位的辦公局域網的光纖網絡互聯互通。其次，積極搭建“智辦公”和“云視訊”應用平臺，在任何時間，任何堤段的人員都可以和防汛指揮中心大屏互聯互通，進行視頻音頻通話，為各險段在汛期與分局開展視頻會話和專家遠程調度指揮提供了直接的技術平臺支持，使得與防汛相關的信息的傳遞和行為的決策效率均得到了明顯的提高。

2.4 智慧河道建設——“智慧手”河道巡河體系

荊江河道復雜且險峻，在藕池口以上段荊江的河道顯得微微彎曲，河道相對固定，而以下段則顯得彎曲明顯，在只有80km的直線距離內，產生了迂回曲折的16個大彎，河道長度也達到了240km以上。這種復雜且多樣的河道狀況，使得荊江河道管理的難度非常之大。

在智慧河道建設方面，分局將河道建設的重心細化為巡河，即通過全范圍、高頻次的巡查獲取河道問題，助力河道管理工作的開展[4]。一是構建以App為載體的巡河護水新模式，即開發岸線巡查管理信息系統App，并要求84名岸線管理員均在配備的智能手機上安裝該款App，將App作為巡河護水工作中的取證、信息反饋與溝通等工作的載體。二是開發堤防網絡廣播系統和安裝語音勸導雙向對講系統，通過這兩類系統實現白天不定時的法律法規、常見保護、岸線管理知識內容宣傳；同時對正在做可能破壞堤防岸線人員以及在長江禁漁1區釣魚人員的語音勸導，并通過實時對講、警告勸離、違法取證等智慧化功能，為河道巡河護水提供更加智能、多元的技術工具支持[5]。

3 河道堤防“智慧防控網”建設中需要注意的問題

河道堤防“智慧防控網”建設的目的是借助新一代信息技術賦能荊江河道堤防管理工作，使管理更加全面、精準和有效[6]。而要想使建設起來的河道堤防“智慧防控網”能夠有效地運行，達到預期的目的，就需要結合實際的應用場景和應用情況，對可能或者已經出現的問題進行分析解決。就當前而言，河道堤防“智慧防控網”建設需要重點注意以下兩點問題。

3.1 完善網絡基礎設施

網絡是影響信息傳輸效率和智慧化系統運行效果的基礎性、關鍵性因素[7]。為保證基于新一代信息技術的河道堤防“智慧防控網”建設的穩步推進，分局要注意根據建設的進度和需要，持續完善相關的網絡基礎設施。首先，要定期評估和更新核心網絡設備，如路由器、交換機、防火墻等，確保這些設備的固件和軟件保持最新，以獲得最新的安全補丁和功能改進。其次，提高網絡基礎設施升級改造能力。一方面，要開展智能化的設備日志分析系統，實現設備運行日志信息的自動化、智能化分析，一旦分析中發現設備性能、錯誤和故障的重要信息，就發出相應的警報或者提示，提高網絡基礎設施升級改造信息獲取的效率和效果。另一方面，要定期開展網絡基礎設施的巡檢，檢查設備的物理狀態、連接狀態和設備配置，以便及時發現潛在的硬件問題、連接問題或配置錯誤，從而維護設備的正常運行和性能[8]。同時，要定期進行性能評估和優化，通過性能測試和負載測試，了解設備的性能極限和瓶頸所在。根據測試結果，采取相應的優化措施，如調整配置、升級硬件或增加帶寬等，以提升設備的性能。

3.2 強化網絡安全防護體系

河道堤防“智慧防控網”的運行和優化是基于海量數據資源利用，以及網絡安全運行基礎上。為保證“智慧防控網”的安全、穩定運行，除了關注河道堤防智慧化管理功能的開發外，還要借助新一代信息技術構建更加強大的網絡安全防護體系，從多角度提高網絡安全防護的水平和效果。首先，要強化網絡設備安全[9]。一方面，要定期更新和升級網絡設備的軟件和固件，修復已知漏洞和彌補安全缺陷；另一方面，要持續優化既有的身份驗證和訪問控制機制，例如，引入多層次訪問控制機制，確保只有經過授權的用戶和設備能夠訪問系統和數據；應用強密碼策略、雙因素認證和基于角色的訪問控制，限制用戶權限和資源訪問，防止未經授權的訪問。其次，要部署下一代防火墻系統和CA認證，建設網絡與信息安全態勢感知平臺，建設網絡安全行為監測、預警與回溯主動防護系統，實現“智慧防控網”的動態防御。再次，要建立強大的監測系統，對網絡流量、設備狀態和安全事件進行實時監測與分析。例如，可以利用網絡流量分析器和數據包捕獲工具實時收集和分析網絡流量數據，并獲取關鍵的指標和可視化報告，幫助管理人員發現異常活動、流量峰值、潛在的攻擊行為等。同時，要利用機器學習和行為分析技術，構建智能安全分析系統，實現網絡系統通過學習正常網絡和設備行為的模式自動檢測和識別異常活動，及時發現未知的攻擊模式和新興威脅，提高對潛在安全威脅的感知能力。最后，要注意加強人員網絡安全知識和技能培訓。分局要通過開展系統性的網絡安全培訓活動，向相關人員傳授網絡安全的基礎知識、風險認知。同時，要結合“智慧防控網”運行的環境和狀況，定期開展模擬演練和滲透測試，使相關人員親身體驗網絡攻擊和安全事件處理的過程，提高應急響應和問題解決的能力[10]。

4 結束語

綜上所述，基于新一代信息技術的河道堤防“智慧防控網”是荊州市長江河道管理局公安分局結合自身的職責，以及新一代信息技術的優勢開發的綜合性智慧網絡。在內容方面，河道堤防“智慧防控網”主要包括智慧防汛、智慧堤防、智慧辦公、智慧河道建設等內容，這基本上滿足了荊江河道堤防管理的基本需要。而為了充分發揮河道堤防“智慧防控網”的功能，分局要在平時注重網絡基礎設施的更新和加強技術操作的培訓指導，使先進技術得到科學、有效的應用。