温州龙舟运动基地物联网感知汇聚体系的设计与建设

林玉龙

（温州市瓯海中心区建设中心，浙江 温州 325014）

1 基本概况

温州龙舟运动基地位于温州市瓯海区中心区，是2022杭州亚运会龙舟运动竞赛基地，以创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念为引领进行建设。龙舟赛道长约1 200 m，宽约130 m，河底高程-0.6 m，龙舟赛道护岸总长约2.4 km，围绕着龙舟赛事水域，周边共有7条河道与之相连，分别为长浃支河北段、长浃河北段、半塘河北段、沉木桥河支流、长浃河南段、长浃支河南段、前后渡河，护岸总长约4.5 km。河道总体情况布置如图1所示。

图1 周边河道分布图

温州龙舟运动基地建设于温州沿海城市，汛期台风暴雨对基地的威胁需要重点关注。目前该基地虽然已承载过全运会的召开，各个硬件设施运行情况良好，但是由于建设周期较短，水情、雨情、工情以及台风影响数据尚未采集、汇集与分析管理，防汛安全管理比较薄弱[1]。为了迎接即将到来的亚运会，加强温州龙舟运动基地在汛期的安全，急需建设物联网感知体系，对水利防汛数据进行采集分析及软件的研发工作。本文重点论述温州龙舟运动基地物联网感知汇聚体系的设计与实践。

2 方案设计

本次设计总体上分为物联网感知体系、网络传输和软件平台。

2.1 物联网感知体系

（1）水情数据采集

龙舟赛道基地中心现有一台液位检测装置，数据直接上传市水利部门，但目前现场没有安装液位自动采集装置，现场液位无法传送至基地中心，需要工作人员到现场进行观测，给工作人员造成了极大的工作量。特别是在夜晚和汛期，给工作人员带来一定的人身危险[2]。

本次设计在主要配水闸门5号闸门的上下游合适位置建设水情监测站，系统采用雷达水位计进行水位采集，通过部署在本地的闸门远程控制柜进行数据采集，并上传到控制中心展示。水位监测系统由雷达水位计、现场LCU控制系统、光纤网络等组成。安装地点为5号水闸两侧。后期实施将在闸门两侧增加雷达液位计采集系统，就近接入5号闸站LCU控制系统。

（2）工情数据采集

现地闸门及水泵均已实现了现地控制功能，为了方便后续工程运行以及提高工程运行效率，需要对闸门开度、流量、启闭状态等数据进行汇聚采集。根据管理平台的要求，通过数据接口实现与汇聚软件平台的对接，为汇聚平台提供数据支撑。

（3）雨情数据汇聚

雨情数据采用瓯海区水文站点数据，从温州市水平台及瓯海区水平台上共享数据。同时通过温州气象局共享降雨短临预报数据，包括1 h 1 km网格数据，6 h 1 km网格数据以及24 h 5 km网络数据。

（4）视频及AR全景图

目前基地已经建设成功了视频监控系统，将该系统接入汇聚平台，实现归属水利工程一张图显示摄像头编号、联网状态、网络等信息，同时拍摄基地全景图，运用AR全景图技术与视频监控有机融合，进行实景化展示，实现对监控区域立体化、层次化的监控。

（5）语音广播系统

结合视频监控系统布置广播预警系统，对重要渠道周围群众进行洪水预警，保障群众生命财产安全，同时对赛道中心设备设施破坏行为发出警告。从休闲娱乐游玩出发，利用广播预警系统进行轻音乐等背景音乐定时自动、循环播放，为赛道中心水文化节点及周围营造休闲舒适的环境氛围。

广播预警站点布置在摄像头附近，利用视频网络进行数据传输及交互，供电采用自控系统的电源，每1处闸站站点布置1台网络音柱，共计布置网络音柱5台，拓扑结构如图2所示。

从图2可知，系统分为现地层、网络层和中心层。

图2 广播预警系统拓扑结构图

1）现地层：利用视频监视系统立杆或路灯杆布置网络音柱，每个网络音柱播放范围为半径50 m的圆形区域；

2）网络层：利用视频监视系统建设的网络进行数字音频信号传输，无需再单独布置网络线路；

3）中心层：中心层布置广播控制主机和网络话筒，用于广播系统的管理和远程喊话、背景音乐播放、信息传播等功能。

（6）巡查系统

巡查养护是基地工作人员的重要职责，传统巡查存在巡查与信息上报不及时的问题。本次将在各个闸门泵站贴物联网卡和移动巡查仪，采用移动化巡查系统进行巡查，以确保工作值班人员在规定时间内，不重不漏地完成工程巡查工作，对存在影响工程运行的隐患问题及时上报报警及闭环解决，同时通过GPS定位及物联网卡记录，能够实时记录巡查轨迹。

（7）其他数据采集

其他数据如工程基础数据、赛道水质数据、瓯海区影响潮位数据、台风路径数据、应急公共数据等，将从其他平台共享获取。

2.2 网络传输设计

本基地的内系统使用的网络为有线网络，其中闸泵远程监控系统为控制网络，语音预警系统为管理网络，调度中心既包含控制网络也包含管理网络。

为了确保系统的安全及稳定，参照GB/T 22239-2019《信息安全技术-网络安全等级保护基本要求》的相关规定，控制网络与管理网络应实现物理隔离[3]。

本次设计的内控制网络及管理网络均采用自建光纤网络，其中，闸泵站的控制信号对网络带宽需求较小，对网络的安全性和稳定性需求很高，对组网方式有较为严苛的要求。为了确保网络安全及简化网络结构，采用控制网络的规格来制定总体网络建设架构，并在调度中心应用相关网络安全设备，实现控制网络数据和管理网络数据隔离。

本次物联网感知体系汇聚总体设计为：①水情数据和巡查数据采用以太互联网直接采集到软件平台。②工情采集、视频监控数据采集、语音广播预警系统等数据传输，经物理防火墙隔离后，通过工程师工作站与互联网互通到软件平台[4]。③雨情数据、水质数据、应急数据以及其他潮位数据、台风路径数据等已经在云服务上，直接通过互联网共享到软件平台。同时在软件平台的数据云服务上增加网络安全防护体系，根据《网络安全等级保护基本要求》，通过定级、备案、整改、测评、检查等流程，对新建的业务系统进行评测，使其信息安全等级保护体系建设符合等保二级要求。

2.3 软件平台设计

研发一套基于物联网感知体系汇聚的标准化防汛系统，其功能包括实时数据展示与分析、防汛预警预报、汛情检查与管理、防汛工作管理、设备实施管理、综合一张图、全景图以及数据库管理、权限管理与配置等。

（1）实时数据展示与分析。实时数据展示与分析模块具有对水位、闸门开度及启闭状态等的实时展示，异常情况分析，报警等功能。结合GIS地图，将基地内所有水雨情站点的信息进行展示，包括图、表等形式，同时通过对每个站点的水雨情预警规则的制定，对水雨情信息进行实时判断，超过阈值后发出预警。

（2）防汛预警预报。防汛预警预报模块同步水利部门、气象部门、应急部门的数据，对暴雨、台风等进行预警预报，为人员和设备的安全撤离争取时间。

（3）防汛救灾。对接应急部门应急资源信息，以文本、图片、表格以及在电子地图上标识等方式显示基地内的救援仓库、救援物资、队员队伍、避灾点的信息。

（4）汛情检查与管理。汛情检查与管理模块包括水利部门要求的汛情检查管理、巡查管理、日常检查管理、特殊检查管理、年度检查管理等。

（5）防汛工作管理。防汛工作管理模块包括汛期的防汛应急方案、控制运行计划、汛期值班等管理。

（6）综合一张图。综合一张图主要是为支撑各级应用系统地图应用功能的软件系统和应用资源建设，为业务应用系统提供GIS功能构件、开发模板、数据资源的应用配置体系等，在各级应用系统中形成统一、标准和共享的GIS服务。支持地图切片缓冲、地图图片输出、实体查询定位、属性查询等功能。

（7）数据集成云服务

在数据仓建成后，对接区政府数据仓，对于平台产出与承接数据，建立数据共享服务与回流通道，连通省级数据仓与区政府数据仓，按区政府数据归集标准将相关数据通过数据共享交换通道归集至区政府数据仓中心[5]。本设计共享数据主要从温州市大数据局、温州市水利局、浙江省海洋预报中心和浙水安澜数据中心汇集数据。按照浙江省浙水安澜五统一和IRS平台数据共享服务要求，需要相关单位协助对接数据，并由开发单位完成数据的集成。

3 建设实践

（1）水情监测。本次水位监测系统使用的24 GHz雷达水位计，采用FMCW调频连续波原理，2 GHz的扫频带宽能提供高达±2 mm的测量精度，最大量程70 m。具有高抗干扰能力，户外无惧雨雪、雾气、水汽等因素影响，能提供更加稳定的监测数据。

（2）工情数据采集。通过防火墙隔离，在上位机上进行采集。上位机的组态软件提供了WebService服务,通过组态软件的KkingHtmlBridge控件，提供的数据接口与外部软件平台的JS脚本进行数据交互。

（3）语音广播系统。IP广播主机采用了军工级工业电阻触摸屏工控主机，可视角度可以达到170°×170°；支持IP广播节目定时播放、自由点播、分区广播、实时采播，支持消防联动、单点报警和组区报警；支持Windows支持的所有音频格式（MP3），不需要再配置MP3等音源软件及设备。

（4）软件平台。软件平台在数据汇聚的基础上，嵌入了基地水域水位预警预报模型、基地水域降雨预警预报模型、防汛物资抢险调度模型及各种管理分析模块。具备集数据展示、数据分析、模型计算、预警预报、抢险支持、日常管理、调度决策等功能[6]，本文限于篇幅，软件的设计、开发以及模型场景应用在此不作重点论述。

4 结束语

通过本次龙舟运动基地的物联网感知体系的设计与实践，得出如下几点经验。

（1）总体结构设计上采用了物联网感知体系、网络传输和软件汇聚平台的总体结构，既保障了现有数据的接入和新建系统的多元异构的融合，又将其他平台的数据共享融通，符合浙江省数字化改革的要求。

（2）本次设计和实践采用多种网络汇聚融合，数据汇聚实现接口协议多元性。实现了水情数据、巡查数据等非控制数据的直接互联网采集。实现了工情数据的物理隔离到工程师工作站的数据采集。实现了其他数据的云服务共享采集汇聚等。

（3）本次设计和建设充分考虑了控制网络的安全，选择了高性能的网络硬件防火墙设备，而且云服务软件满足了国家等级保护2.0要求，建设了云安全防护系统。

（4）始终支持既高标准又充分节约的原则，充分利用已经建设的物联网设备及系统，如视频监控系统、雨情系统、水质监测系统等，通过与建设单位沟通进行接口对接汇聚。同时将一些区水利局、市水利局、气象部门、应急部门等数据共享汇聚到平台中。这些措施大大节约了整个系统的建设成本。

本次设计在实践中取得了很好的效果，其经验值得同类项目的设计与实践借鉴。