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        基于5G+的大豐智慧海堤管理平臺建設

        2022-06-24 08:35:16馮可暉
        江蘇水利 2022年6期
        關鍵詞:風暴潮海堤大豐

        王 帥,馮可暉,張 軍

        (大豐區(qū)水利局,江蘇 鹽城 224100)

        鹽城市大豐區(qū)位于江蘇省沿海中部,東臨黃海,擁有112 km海岸線,海岸土質為粉沙質淤泥,自宋朝建成范公堤以來,海岸呈向外淤積趨勢,屬于淤漲型海岸。隨著海岸東遷,大豐區(qū)為保障沿海人民生命財產安全,先后修建了5 道海堤抵御海潮的侵襲。先后建成大豐閘、王港閘、三里閘、川東閘、竹港閘、四卯酉閘等大中型排澇擋潮閘以及擋潮海堤。自把智慧水利建設作為推進水利現(xiàn)代化的重要舉措后,大豐區(qū)在海堤信息化建設現(xiàn)狀基礎上,利用現(xiàn)代化信息技術建設智慧海堤管理平臺,以適應智慧水利的發(fā)展需求。

        1 大豐區(qū)海堤信息化建設現(xiàn)狀

        海堤數(shù)據(jù)是決策精準化、科學化的有效支撐,部分地區(qū)信息化基礎薄弱,海堤水、雨、潮情數(shù)據(jù)多為人工測量記錄的書面數(shù)據(jù),尚未形成完整的電子數(shù)據(jù),部分涵閘雖已實現(xiàn)信息化的有效運用,但推廣不足。如部分站點監(jiān)測設備落后,測量數(shù)據(jù)失真,無法為水利決策提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

        視頻監(jiān)控技術可對工程的人員、設備、設施提供有效保護,是十分便捷、高效的遠程管理手段。目前5G+物聯(lián)網(wǎng)技術已較為成熟,但部分海堤在無電、無網(wǎng)情況下仍采用相對落后的視頻錄像采集上報技術,視頻質量較差、圖像不夠清晰、傳輸速度較慢,尤其在部分險工患段無法做到實時采集傳輸,另外監(jiān)控系統(tǒng)尚未采用圖像智能識別技術,不能有效實現(xiàn)對堤閘的遠程管理。

        智慧海堤建設必須高度重視風暴潮的發(fā)生和預警,推進構建具有“四預”(預報、預警、預演、預案)功能的智慧水利體系[1]。但在海堤信息化建設過程中,部分業(yè)務系統(tǒng)仍采用人工采集錄入運行模式,存在應用和業(yè)務融合不足,高新信息技術應用不高等問題,如海堤管理與涵閘遠程聯(lián)合調度能力不足,水、雨、潮情數(shù)據(jù)推送處理不及時,海堤、涵閘站點管理與控制智能化程度不高等。

        2 智慧海堤管理平臺建設總體框架

        2.1 總體目標

        采用B/S的模式,通過對物聯(lián)網(wǎng)技術、數(shù)據(jù)庫技術、互聯(lián)網(wǎng)技術、GIS 等技術的系統(tǒng)集成,采用數(shù)據(jù)流交叉組織方式,實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、信息查詢與發(fā)布、成果展示等功能,構建具有水利全要素映射的數(shù)字化海堤,建成以抵御海潮為重點的業(yè)務應用,賦能構建預報、預警、預演、預案的“四預”體系,建立實時監(jiān)測、智能預警的海堤安全防御體系[2]。建設智慧化海堤管理平臺,實現(xiàn)海堤、閘站信息自動采集、存儲及數(shù)據(jù)傳輸處理網(wǎng)絡化、防災減災智慧預警與監(jiān)測,支撐防潮決策科學化。

        2.2 總體框架

        根據(jù)大豐區(qū)智慧海堤管理平臺建設的總體目標、按照“需求牽引、應用至上、數(shù)字賦能、提升能力”的總體要求,平臺采用B/S 架構,整體采用前后端分離的微服務機構模式,方便后期的數(shù)據(jù)共享和擴展升級需要,后臺采用Sping Boot 搭建,客戶端展示采用vue 等主流前端框架,業(yè)務數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理。具體框架如圖1所示。

        圖1 智慧海堤管理平臺總體框架

        3 智慧海堤管理平臺建設的主要任務

        3.1 建設海堤安全數(shù)據(jù)中心

        硬件設施上,利用現(xiàn)有的中心機房和網(wǎng)絡,通過政務內網(wǎng)連接指揮中心和堤防管理處。堤防管理處通過VPN 連接各閘站,用于數(shù)據(jù)通訊與傳輸,實現(xiàn)信息共享、聯(lián)合辦公、視頻會商、遠程調度等。

        數(shù)據(jù)上,采用云計算技術將大豐區(qū)海堤歷史數(shù)據(jù)進行整合,建設包括業(yè)務庫、歷史庫和備份庫的綜合數(shù)據(jù)中心,對現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行分層和信息分類,包括分類代碼、數(shù)據(jù)結構、屬性字段等,使海堤數(shù)據(jù)規(guī)范化、統(tǒng)一化、標準化。源數(shù)據(jù)經(jīng)處理后,按照數(shù)據(jù)分層要求和統(tǒng)一的參考坐標,利用腳本程序,分層創(chuàng)建數(shù)據(jù)標準表結構,并結合數(shù)據(jù)預處理階段形成的對照表進行批量錄入,提高效率。將現(xiàn)有的堤防管理人員信息、各閘站基礎信息、自動化運行數(shù)據(jù)、工程安全、堤防巡查業(yè)務數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、電子化數(shù)據(jù),按照設計好的數(shù)據(jù)結構和規(guī)范批量導入到中心數(shù)據(jù)庫,建立統(tǒng)一的海堤安全數(shù)據(jù)中心。

        3.2 建設5G+智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

        采用5G 高速網(wǎng)絡,配合智能圖像識別攝像頭,利用前期各視頻監(jiān)控點,進行集中組網(wǎng),各監(jiān)控點與調度中心監(jiān)控平臺間利用運營商網(wǎng)絡連接,通過運營商網(wǎng)絡實現(xiàn)監(jiān)控視頻的調用及控制信號的下發(fā)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用智能數(shù)字視頻監(jiān)控和網(wǎng)絡傳輸技術,對工程施工現(xiàn)場的關鍵區(qū)域進行全方位24 h 不間斷的視頻監(jiān)控,實現(xiàn)不同設備及系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互控,完成視音頻及工程預警信息的采集、傳輸/轉換、顯示/存儲、控制,同時還提供身份認證和權限管理,保證工程視頻信息的安全[3]。通信網(wǎng)絡采用無線中繼方式組成通信網(wǎng)絡,無線設備采用融合指揮通信系統(tǒng),集成了基站、核心網(wǎng)、調度系統(tǒng)等功能,適用于需要快速部署的應急通信場景,通過LTE技術基站及接收終端組成局域網(wǎng)絡,單套無線設備覆蓋距離1~5 km,海堤沿線攝像機、巡查定位等設備通過局域網(wǎng)絡將信息傳輸至現(xiàn)場接收設備,再通過5G物聯(lián)網(wǎng)上傳到平臺,智慧海堤通信網(wǎng)絡系統(tǒng)如圖2所示。

        圖2 智慧海堤通信網(wǎng)絡系統(tǒng)

        3.3 業(yè)務系統(tǒng)設計

        3.3.1 GIS+BIM三維海堤綜合管理系統(tǒng)

        基于先進的BIM 技術,結合地理信息(GIS)、傾斜攝影以及GPS 定位技術,建設基于BIM 的海堤綜合管理系統(tǒng)[4]。采用BIM 數(shù)字工程海堤建模,把海堤相關附屬管理工程進行數(shù)字建模,為日常管理、水雨潮情模擬、應急指揮、自動化控制提供及時準確的信息來源。該系統(tǒng)功能包括:GIS+BIM 三維實時展示[5],閘站運行管理、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計,海潮預警,應急模擬,綜合信息查詢等,可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng),自動分析和監(jiān)測,自動預警報警,提供沉浸式的海堤管理場景[6]。

        3.3.2 海堤安全與應急指揮系統(tǒng)

        智慧海堤的建設必須高度重視風暴潮的發(fā)生和預警,推進構建具有“四預”功能的智慧水利體系。通過布設水文監(jiān)測設備,實現(xiàn)對風暴潮的可視化預警、動態(tài)模擬分析風暴潮對海堤的破壞能力模擬,為風暴潮的防范和應急指揮提供決策依據(jù),保護海堤附近人員和設施安全。提供系統(tǒng)安全與應急指揮可視化的防潮預警:通過三維動態(tài)模擬風暴潮預警,結合應急預案模擬、分析,搶險救援指揮,實現(xiàn)對風暴潮的可視化預警、動態(tài)模擬,并將分析結果推送給用戶,提供輔助決策分析。

        3.3.3 水雨潮情實時報送系統(tǒng)

        根據(jù)海堤的實際需求,運用水文監(jiān)測站點、實時潮位監(jiān)測站點對水、雨、潮情進行實時監(jiān)測,通過5G+網(wǎng)絡技術對海堤區(qū)域險工患段進行全時監(jiān)控,提供潮位、流量、水雨情實時數(shù)據(jù)的展示與查詢,并對所有水、雨、潮數(shù)據(jù)進行處理,備份,實現(xiàn)水、雨、潮情實時監(jiān)測全覆蓋,提供高效應急指揮技術支持,提高海堤防汛減災能力。水、雨、潮情實時報送系統(tǒng)結構如圖3所示。

        圖3 智慧海堤水、雨、潮情實時報送系統(tǒng)結構

        3.3.4 涵閘自動化控制、可視化監(jiān)測系統(tǒng)

        通過5G+遠程自動化控制設備,結合水、雨、潮情等實時數(shù)據(jù),建設自動化閘門調度與監(jiān)控系統(tǒng),及時防范風暴潮影響,保護堤內人員和設施安全。同時在建設海堤和涵閘過程中,受本地淤漲型海岸和沉降等復雜地質情況的影響,往往易出現(xiàn)安全隱患,通過現(xiàn)代信息技術建立監(jiān)測系統(tǒng),及時掌握海堤、涵閘及其地基土體的變形參數(shù),消除安全隱患。

        3.3.5 智能隱患巡檢系統(tǒng)

        開發(fā)移動端APP實現(xiàn)智慧海堤的高效管理,具體包括:實時瀏覽、查詢海堤基礎數(shù)據(jù);當風暴潮運行出現(xiàn)報警信息時,系統(tǒng)通過第三方接口及時推送到管理人員移動端,有助于管理人員及時處理;手機端查詢各涵閘運行數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù);通過5G通訊互聯(lián),實現(xiàn)手機端與指揮中心實時連接,進行遠程視頻會議;通過手機端巡檢地圖,能夠查詢海防設施屬性與實時數(shù)據(jù)。

        4 結 語

        依托自有機房、網(wǎng)絡與服務器,運用5G+物聯(lián)網(wǎng)技術、遠程控制系統(tǒng)、智能視頻監(jiān)控及BIM、3S(GIS、RS、GPS)技術,建設大豐區(qū)智慧海堤管理平臺,實時監(jiān)測和模擬仿真,實現(xiàn)“預報、預警、預演、預案”功能。智慧海堤是水利高質量發(fā)展的重要體現(xiàn),有利于在防潮過程中生成最優(yōu)化決策方案,以便最大程度地規(guī)避風險、減少損失、提高效益,對于提升水利現(xiàn)代化管理能力有重要支撐作用。

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