基于5G+的大丰智慧海堤管理平台建设

王 帅，冯可晖，张 军

（大丰区水利局，江苏 盐城 224100）

盐城市大丰区位于江苏省沿海中部，东临黄海，拥有112 km海岸线，海岸土质为粉沙质淤泥，自宋朝建成范公堤以来，海岸呈向外淤积趋势，属于淤涨型海岸。随着海岸东迁，大丰区为保障沿海人民生命财产安全，先后修建了5 道海堤抵御海潮的侵袭。先后建成大丰闸、王港闸、三里闸、川东闸、竹港闸、四卯酉闸等大中型排涝挡潮闸以及挡潮海堤。自把智慧水利建设作为推进水利现代化的重要举措后，大丰区在海堤信息化建设现状基础上，利用现代化信息技术建设智慧海堤管理平台，以适应智慧水利的发展需求。

1 大丰区海堤信息化建设现状

海堤数据是决策精准化、科学化的有效支撑，部分地区信息化基础薄弱，海堤水、雨、潮情数据多为人工测量记录的书面数据，尚未形成完整的电子数据，部分涵闸虽已实现信息化的有效运用，但推广不足。如部分站点监测设备落后，测量数据失真，无法为水利决策提供可靠的数据支撑。

视频监控技术可对工程的人员、设备、设施提供有效保护，是十分便捷、高效的远程管理手段。目前5G+物联网技术已较为成熟，但部分海堤在无电、无网情况下仍采用相对落后的视频录像采集上报技术，视频质量较差、图像不够清晰、传输速度较慢，尤其在部分险工患段无法做到实时采集传输，另外监控系统尚未采用图像智能识别技术，不能有效实现对堤闸的远程管理。

智慧海堤建设必须高度重视风暴潮的发生和预警，推进构建具有“四预”（预报、预警、预演、预案）功能的智慧水利体系［1］。但在海堤信息化建设过程中，部分业务系统仍采用人工采集录入运行模式，存在应用和业务融合不足，高新信息技术应用不高等问题，如海堤管理与涵闸远程联合调度能力不足，水、雨、潮情数据推送处理不及时，海堤、涵闸站点管理与控制智能化程度不高等。

2 智慧海堤管理平台建设总体框架

2.1 总体目标

采用B/S的模式，通过对物联网技术、数据库技术、互联网技术、GIS 等技术的系统集成，采用数据流交叉组织方式，实现数据管理、信息查询与发布、成果展示等功能，构建具有水利全要素映射的数字化海堤，建成以抵御海潮为重点的业务应用，赋能构建预报、预警、预演、预案的“四预”体系，建立实时监测、智能预警的海堤安全防御体系［2］。建设智慧化海堤管理平台，实现海堤、闸站信息自动采集、存储及数据传输处理网络化、防灾减灾智慧预警与监测，支撑防潮决策科学化。

2.2 总体框架

根据大丰区智慧海堤管理平台建设的总体目标、按照“需求牵引、应用至上、数字赋能、提升能力”的总体要求，平台采用B/S 架构，整体采用前后端分离的微服务机构模式，方便后期的数据共享和扩展升级需要，后台采用Sping Boot 搭建，客户端展示采用vue 等主流前端框架，业务数据和模型数据通过数据库进行统一管理。具体框架如图1所示。

图1 智慧海堤管理平台总体框架

3 智慧海堤管理平台建设的主要任务

3.1 建设海堤安全数据中心

硬件设施上，利用现有的中心机房和网络，通过政务内网连接指挥中心和堤防管理处。堤防管理处通过VPN 连接各闸站，用于数据通讯与传输，实现信息共享、联合办公、视频会商、远程调度等。

数据上，采用云计算技术将大丰区海堤历史数据进行整合，建设包括业务库、历史库和备份库的综合数据中心，对现有数据进行分层和信息分类，包括分类代码、数据结构、属性字段等，使海堤数据规范化、统一化、标准化。源数据经处理后，按照数据分层要求和统一的参考坐标，利用脚本程序，分层创建数据标准表结构，并结合数据预处理阶段形成的对照表进行批量录入，提高效率。将现有的堤防管理人员信息、各闸站基础信息、自动化运行数据、工程安全、堤防巡查业务数据、视频监控数据、电子化数据，按照设计好的数据结构和规范批量导入到中心数据库，建立统一的海堤安全数据中心。

3.2 建设5G+智能视频监控系统

采用5G 高速网络，配合智能图像识别摄像头，利用前期各视频监控点，进行集中组网，各监控点与调度中心监控平台间利用运营商网络连接，通过运营商网络实现监控视频的调用及控制信号的下发。视频监控系统采用智能数字视频监控和网络传输技术，对工程施工现场的关键区域进行全方位24 h 不间断的视频监控，实现不同设备及系统的互联、互通、互控，完成视音频及工程预警信息的采集、传输/转换、显示/存储、控制，同时还提供身份认证和权限管理，保证工程视频信息的安全［3］。通信网络采用无线中继方式组成通信网络，无线设备采用融合指挥通信系统，集成了基站、核心网、调度系统等功能，适用于需要快速部署的应急通信场景，通过LTE技术基站及接收终端组成局域网络，单套无线设备覆盖距离1～5 km，海堤沿线摄像机、巡查定位等设备通过局域网络将信息传输至现场接收设备，再通过5G物联网上传到平台，智慧海堤通信网络系统如图2所示。

图2 智慧海堤通信网络系统

3.3 业务系统设计

3.3.1 GIS+BIM三维海堤综合管理系统

基于先进的BIM 技术，结合地理信息（GIS）、倾斜摄影以及GPS 定位技术，建设基于BIM 的海堤综合管理系统［4］。采用BIM 数字工程海堤建模，把海堤相关附属管理工程进行数字建模，为日常管理、水雨潮情模拟、应急指挥、自动化控制提供及时准确的信息来源。该系统功能包括：GIS+BIM 三维实时展示［5］，闸站运行管理、视频监控、数据统计，海潮预警，应急模拟，综合信息查询等，可以实现实时数据录入系统，自动分析和监测，自动预警报警，提供沉浸式的海堤管理场景［6］。

3.3.2 海堤安全与应急指挥系统

智慧海堤的建设必须高度重视风暴潮的发生和预警，推进构建具有“四预”功能的智慧水利体系。通过布设水文监测设备，实现对风暴潮的可视化预警、动态模拟分析风暴潮对海堤的破坏能力模拟，为风暴潮的防范和应急指挥提供决策依据，保护海堤附近人员和设施安全。提供系统安全与应急指挥可视化的防潮预警：通过三维动态模拟风暴潮预警，结合应急预案模拟、分析，抢险救援指挥，实现对风暴潮的可视化预警、动态模拟，并将分析结果推送给用户，提供辅助决策分析。

3.3.3 水雨潮情实时报送系统

根据海堤的实际需求，运用水文监测站点、实时潮位监测站点对水、雨、潮情进行实时监测，通过5G+网络技术对海堤区域险工患段进行全时监控，提供潮位、流量、水雨情实时数据的展示与查询，并对所有水、雨、潮数据进行处理，备份，实现水、雨、潮情实时监测全覆盖，提供高效应急指挥技术支持，提高海堤防汛减灾能力。水、雨、潮情实时报送系统结构如图3所示。

图3 智慧海堤水、雨、潮情实时报送系统结构

3.3.4 涵闸自动化控制、可视化监测系统

通过5G+远程自动化控制设备，结合水、雨、潮情等实时数据，建设自动化闸门调度与监控系统，及时防范风暴潮影响，保护堤内人员和设施安全。同时在建设海堤和涵闸过程中，受本地淤涨型海岸和沉降等复杂地质情况的影响，往往易出现安全隐患，通过现代信息技术建立监测系统，及时掌握海堤、涵闸及其地基土体的变形参数，消除安全隐患。

3.3.5 智能隐患巡检系统

开发移动端APP实现智慧海堤的高效管理，具体包括：实时浏览、查询海堤基础数据；当风暴潮运行出现报警信息时，系统通过第三方接口及时推送到管理人员移动端，有助于管理人员及时处理；手机端查询各涵闸运行数据以及历史数据；通过5G通讯互联，实现手机端与指挥中心实时连接，进行远程视频会议；通过手机端巡检地图，能够查询海防设施属性与实时数据。

4 结 语

依托自有机房、网络与服务器，运用5G+物联网技术、远程控制系统、智能视频监控及BIM、3S（GIS、RS、GPS）技术，建设大丰区智慧海堤管理平台，实时监测和模拟仿真，实现“预报、预警、预演、预案”功能。智慧海堤是水利高质量发展的重要体现，有利于在防潮过程中生成最优化决策方案，以便最大程度地规避风险、减少损失、提高效益，对于提升水利现代化管理能力有重要支撑作用。