彭 濤，趙秀穎

（日照市水利局，山東 日照 276826）

智慧河湖管理系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)是緊密圍繞國家、省、市水利現(xiàn)代化發(fā)展要求及日照市水利管理特征，利用“信息化、數(shù)字化、智能化”三大手段，深入落實(shí)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、邊緣計(jì)算、數(shù)字孿生等新一代信息技術(shù)與水利行業(yè)的融合，立足于日照市對水利需求的角度，以“提服務(wù)，助監(jiān)管，促發(fā)展”為目標(biāo)，提升河湖長效保護(hù)監(jiān)管能力、水旱災(zāi)害防御能力，實(shí)現(xiàn)河湖水環(huán)境的智能化監(jiān)控和智慧化監(jiān)管，保障河長巡河責(zé)任的落實(shí)到位、河湖水環(huán)境長效久清，實(shí)現(xiàn)防汛預(yù)案的智能化管理，快速響應(yīng)汛期的調(diào)度決策，大力提升日照市河湖管理能力。

1 系統(tǒng)總體框架

1）感知層。感知層包括水情、工情和視頻等采集內(nèi)容，其主要為智慧應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，通過基于地表和遙感監(jiān)測相結(jié)合，駐站監(jiān)測和移動監(jiān)測相結(jié)合的空天地一體化立體監(jiān)測技術(shù)，形成智慧水利智能感知體系，實(shí)現(xiàn)對河湖水系的及時(shí)、全面、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的監(jiān)測、監(jiān)視和監(jiān)控。

2）基礎(chǔ)層?；A(chǔ)設(shè)施包括云平臺、網(wǎng)絡(luò)工程、基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境等內(nèi)容，其為智慧河湖提供信息傳輸通道、安全基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行環(huán)境（包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境），可根據(jù)前端業(yè)務(wù)需求按需自動擴(kuò)容，實(shí)現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移、運(yùn)維自動監(jiān)控等，其中云平臺主要圍繞以日照市政務(wù)云為主的構(gòu)建方式。

3）數(shù)據(jù)層。水利數(shù)據(jù)中心包括數(shù)據(jù)集成與加工系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資產(chǎn)與治理系統(tǒng)、水利信息模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)專題庫等內(nèi)容，其是在日照市城市大腦數(shù)據(jù)中臺賦能的基礎(chǔ)上構(gòu)建完成。

4）支撐層。水利支撐能力在城市大腦的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充建設(shè)，包括水利AI 中樞、水利應(yīng)用基礎(chǔ)支撐、水利地圖服務(wù)在。其中水利應(yīng)用基礎(chǔ)支撐層是通過調(diào)用城市大腦統(tǒng)一用戶管理功能，補(bǔ)充建設(shè)水利系統(tǒng)統(tǒng)一服務(wù)資源管理及統(tǒng)一業(yè)務(wù)門戶功能。

水利AI 中樞提供水利AI 訓(xùn)練支撐平臺、水利模型算法服務(wù)、水利遙感影像服務(wù)等智能使能服務(wù)，其中水利AI 訓(xùn)練支撐平臺通過對視頻數(shù)據(jù)的分析與認(rèn)知實(shí)現(xiàn)河道險(xiǎn)情監(jiān)管、四亂治理監(jiān)管和工程運(yùn)行安全監(jiān)管的業(yè)務(wù)需求。水利模型算法服務(wù)提供專業(yè)水利模型，滿足日照市水利實(shí)際業(yè)務(wù)需求。水利遙感影像服務(wù)提供水域岸線、涉河建設(shè)項(xiàng)目、植被覆蓋度等對象的持續(xù)監(jiān)測分析，支撐河湖水質(zhì)情況、河湖侵占、生產(chǎn)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度等監(jiān)管業(yè)務(wù)的開展。

5）應(yīng)用層。應(yīng)用層業(yè)務(wù)提供河湖監(jiān)管、水旱災(zāi)害防御、水資源綜合管理、水利工程運(yùn)行管理監(jiān)督、數(shù)字河湖、農(nóng)村飲水、水政務(wù)協(xié)同及智慧河湖領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙等應(yīng)用系統(tǒng)，滿足水利各業(yè)務(wù)部門及各業(yè)務(wù)維度的管理需求。

6）展示層。展示層為水利局內(nèi)部提供滿足移動終端、PC 端、大廳終端等多種載體的應(yīng)用展示能力。

7）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是保障智慧河湖的各個(gè)組成部分能夠協(xié)調(diào)一致地工作，是保障各類信息互聯(lián)互通，是保障項(xiàng)目建設(shè)過程和運(yùn)維管理的規(guī)范、有序、高效的重要基礎(chǔ)。通過充分利用已有國標(biāo)和行標(biāo)、參考國際上的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)必要的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，形成適用于本項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

8）安全保障體系。安全保障體系是保障系統(tǒng)安全、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，其在全面分析和評估日照市智慧河湖各要素的價(jià)值、風(fēng)險(xiǎn)、脆弱性及所面臨的威脅基礎(chǔ)之上，遵照《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》和等級保護(hù)制度的要求，依托日照市政務(wù)云為日照市智慧河湖提供信息化需要的云容災(zāi)、安全服務(wù)等信息化系統(tǒng)運(yùn)行的安全保障資源，并結(jié)合日照市水利實(shí)際，構(gòu)建智慧河湖信息安全體系。

2 主要建設(shè)內(nèi)容

2.1 智能視頻感知

據(jù)日照市水利業(yè)務(wù)和水利監(jiān)督工作需求，應(yīng)用水利多功能智能一體桿等新一代設(shè)備，依托日照水利感知網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀，擴(kuò)大江河湖泊水系、水利工程設(shè)施等實(shí)時(shí)在線監(jiān)測范圍，完善水環(huán)境、水生態(tài)、工程安全、洪澇災(zāi)害、水利管理活動等監(jiān)測內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)水利業(yè)務(wù)和水利監(jiān)督相關(guān)信息感知的升級，重點(diǎn)感知范圍補(bǔ)充完善。

智能感知的重點(diǎn)是日照水庫和傅疃河橡膠壩、5 條市管河道及2 處高空瞭望試點(diǎn)河道的視頻，補(bǔ)足重點(diǎn)流域、水庫關(guān)鍵點(diǎn)視頻感知短板，提升視頻智能分析能力，有力支撐河湖監(jiān)管、水旱災(zāi)害防御業(yè)務(wù)的開展。

2.2 應(yīng)用場景設(shè)計(jì)

1）河道漂浮物識別。河道污染漂浮物作為河長制管理日常的重要工作，如何檢測漂浮物并且確定其位置是河道漂浮污染治理的核心。

通過利用計(jì)算機(jī)視覺和圖像處理的手段，實(shí)現(xiàn)自動發(fā)現(xiàn)河道漂浮物，自動預(yù)警，并且將發(fā)現(xiàn)的“漂浮物事件”推送至后臺數(shù)據(jù)庫或業(yè)務(wù)平臺。漂浮物檢測算法優(yōu)化的核心為提高算法識別的準(zhǔn)確率，其優(yōu)化過程分為素材分析、場景分類、算法設(shè)計(jì)、可行性驗(yàn)證四部分。

2）岸線侵占。構(gòu)建侵占水域岸線識別模型，通過劃定目標(biāo)區(qū)域的水域岸線，識別侵占河道行為，一旦發(fā)現(xiàn)違禁行為立即觸發(fā)告警，同時(shí)云端支持錄制現(xiàn)場實(shí)況，作為違禁行為的問責(zé)依據(jù)。

3）水色識別。水色自動監(jiān)測算法能夠?qū)崿F(xiàn)全自動化水色識別，支持洪水、水質(zhì)富營養(yǎng)化等事件檢測，并且支持事件顏色自定義，能夠?qū)崿F(xiàn)顏色驟變檢測，支持色度變化速率自定義，支持自定義采集周期，支持觀測畫面存檔，當(dāng)檢測到水質(zhì)顏色變化時(shí)，會發(fā)布預(yù)警信息，還具有水色變化大數(shù)據(jù)分析，能夠?qū)崟r(shí)展示水色信息。

4） 溢洪道/水庫等入侵預(yù)警。周界防范識別是基于多種對視頻圖像中運(yùn)動目標(biāo)提取的方法（如幀間差分和背景差分等），提取行人、車輛圖像，建立水利通用物體訓(xùn)練圖像集，根據(jù)行人、車輛的外觀輪廓特點(diǎn)，構(gòu)建周界智能分析計(jì)算能力和人車物識別庫（基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物體檢測模型），在視頻監(jiān)控?cái)z像的流媒體中，對常見水庫中人員游泳、河道捕魚、泄洪渠人員入侵、山洪溝行車/行人等推送告警信息給業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2.3 智能邊緣處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）邊緣智能網(wǎng)關(guān)。在新增感知站點(diǎn)上使用邊緣智能網(wǎng)關(guān)，為計(jì)算、存儲、傳輸、視頻智能分析等提供邊緣計(jì)算硬件支持。邊緣計(jì)算集成全生命周期管理工具及日志監(jiān)控告警工具，實(shí)現(xiàn)敏捷運(yùn)維，具備在線、離線部署升級能力及云服務(wù)線上管理功能，能夠和云平臺統(tǒng)一的運(yùn)維中心進(jìn)行連接，并進(jìn)行統(tǒng)一的管理。

2）邊緣分析系統(tǒng)。邊緣分析系統(tǒng)：模塊化設(shè)計(jì)，由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、視頻管理單元、預(yù)警交互單元、網(wǎng)絡(luò)通訊單元、物聯(lián)網(wǎng)接口單元等組成。

數(shù)據(jù)采集單元：通過數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)傳感器模塊數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，通過內(nèi)置編碼與協(xié)議轉(zhuǎn)換器將傳感器異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取存儲上報(bào)城市大腦的水利物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)接收平臺控制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制和遠(yuǎn)程升級；控制高清視頻監(jiān)測單元對轄區(qū)進(jìn)行掃描巡檢。

數(shù)據(jù)存儲單元：采用大容量固態(tài)存儲器，具備數(shù)據(jù)備份保存功能，對本地傳感器數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、配置數(shù)據(jù)、緊急事件數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、巡檢記錄數(shù)據(jù)等進(jìn)行保存，支持歷史數(shù)據(jù)查詢、對比、取證等功能。

視頻管理單元：對接前端視頻監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)視頻流接入、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)功能，可實(shí)現(xiàn)無死角掃描巡檢和定點(diǎn)高清拍照功能。

預(yù)警交互單元：預(yù)警交互單元接收邊緣智能分析等系統(tǒng)的預(yù)警指令后，將預(yù)警信息推送給后臺平臺或數(shù)據(jù)庫。

網(wǎng)絡(luò)通訊單元：集成有線和無線通信接口，可以與城市大腦平臺進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，同時(shí)硬件上具備防雷擊功能，保障系統(tǒng)安全可靠。

物聯(lián)網(wǎng)接口單元：集成常用中短距離無線物聯(lián)網(wǎng)接口，包括ZigBee、wifi、藍(lán)牙、LoRa 等接口，實(shí)現(xiàn)區(qū)域設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接，方便設(shè)備性能升級和功能擴(kuò)展。

3 結(jié)語

通過智慧河湖管理系統(tǒng)項(xiàng)目工程建設(shè)，在水利領(lǐng)域釋放新型智慧城市發(fā)展紅利，能夠大幅度提升全市水環(huán)境、水利工程安全的態(tài)勢監(jiān)測能力，進(jìn)一步增強(qiáng)水安全、水資源感知能力，強(qiáng)化水利行業(yè)監(jiān)管能力，在提升民生服務(wù)和城市治理方面，實(shí)現(xiàn)對城市水利的全面感知（智能化）、態(tài)勢監(jiān)測（可視化）、事件預(yù)警（可控化），推動水利行業(yè)健康有序發(fā)展和管理轉(zhuǎn)型升級，維護(hù)河湖水生態(tài)健康，促進(jìn)社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的和諧發(fā)展，具有顯著的社會效益。