曹高俊，徐 力，林 晶

（温州市瓯飞经济开发投资有限公司，浙江 温州 325000）

1 设计思路

温州市浙南产业集聚区海塘智慧管理平台在瓯飞一期海塘现自动化系统的基础上进行提升改造，涉及管理堤线总长23.369 km。本次海塘智慧管理平台设计总体框架设计遵循浙水安澜平台“四横四纵”的总体框架要求，以海塘智慧管理为主线，根据实际管理需求实现“上下联动、横向协同”。

横向主要包括基础设施层（硬件）、数据资源层、应用支撑层和业务应用层（软件）。基础设施层是智慧海塘建设的基础，提供了基本的设施设备；数据资源层是智慧海塘建设的核心，是智慧化信息化建设的最重要资产；应用支撑层是对数据资源的提炼分析建模的过程，是软件部分的核心；业务应用层直接面向工程管理者和社会公众，提供工程管理和工程服务支撑。

采用浙水安澜平台的总体框架的主要原因是：省政府、水利部、水利厅、温州市水利局都将数字化建设作为头号要务，浙江省水利厅现已将全部水利数字化内容归集至浙水安澜平台，一个平台两个入口（浙水安澜平台、浙政钉和浙里办）。因此，为了后续管理实现“上下联动、横向协同”，采用统一框架开展海塘智慧管理平台提升建设。

因现状北1号闸、北2号闸和东1号闸3座穿堤水闸的自动化控制已经较为完善，满足现状管理和远期规划需求，所以在后续工作中，以海塘智慧管理能力提升为重点，对已建设完善的水闸自动化控制系统集成至海塘智慧管理平台。

依据《浙江省海塘安澜千亿工程建设技术指南》要求，平台系统满足以下特点：

（1）安全实用。平台系统集成了标准化管理、安全监测、水文监测、视频监视等多个业务系统，通过构建标准数据库，将水利各个数据相互联系起来，方便管理人员调取，通过打造三维场景，将海塘全线空间实景化，方便管理人员查看和空间分析，进而提升管理效率。

（2）高效运行。通过数字化提升建设，实现运行管理的标准化、自动化，提高工程自动化水平和辅助调度决策能力，转变运行管理模式，实现管理效率的大幅提升。

（3）智能管理。通过自动采集设备和物联感知设备，结合系统业务应用功能对监测监视数据的分析和预测结果，实现管理人员一键操作式的智能化管理[1]。

2 总体框架设计

系统总体设计遵循浙水安澜平台“四横四纵”的总体框架要求，以海塘智慧管理为主线，实现“上下联动、横向协同”[2]。总体框架设计如图1所示。

图1 智慧海塘总体框架

用户层。它是指海塘智慧管理平台的适用对象，包括温州市瓯飞经济开发投资有限公司、各级水利行政部门等海塘主管部门和公众用户。

业务应用层。基于浙水安澜平台总体框架，建设工程智慧监管应用场景和数字孪生海塘应用场景。直接面向工程管理者和社会公众，提供工程管理和工程服务支撑。

应用支撑层。通用应用支撑采用温州市政府公共平台和浙水安澜平台提供的应用支撑。设计建设数据交换组件、数据分析组件、AI识别组件、安全预警组件共4项应用支撑。其是对数据资源的提炼分析建模的过程，是软件部分的核心。通过软件集成，将其他软件平台集成至统一平台，为应用提供统一支撑。

数据资源层。对接温州市水利数据仓和市级政务云数据共享交换平台，按照温州市浙水安澜平台的数据仓技术标准，开展瓯飞一期数字海塘数据库建设，其是智慧海塘建设的核心，是智慧化信息化建设的最重要资产，同时实现了海塘公共管理数据在水利行业纵向共享交换和横向跨部门共享交换。

基础设施层。云资源和基础网络依托温州市政务云和专用网络进行建设和部署，并根据平台实际需要，建设相应安全防护体系，保障平台数据和业务应用的安全、稳定、高效运行。物联感知设备重点对海塘的安全监测、水文监测和安防监测进行感知设备布设，是海塘智慧管理的基础，是计算机世界在物理世界的触角。

政策制度体系。在浙江省数字化转型政策体系框架下，落实《浙江省海塘安澜千亿工程建设技术指南》的技术要求，协调推进瓯飞一期海塘智慧管理能力提升建设工作[3]。

标准规范体系。根据温州市浙水安澜平台的数据共享标准、技术应用标准、政务服务标准、安全运维标准、系统集成标准等规范体系，开展瓯飞一期海塘智慧管理平台的建设、运行、维护等工作。

组织保障体系。在浙江省数字化转型组织保障体系框架下，按照海塘智慧管理平台建设任务分工，加强组织领导，成立工作组。建立并完善平台建设与运维机制，开展系统使用相关的培训。

网络安全体系：开展平台网络安全保障体系建设，同步开展安全二级等级保护测评等工作，构建多层次、立体化的安全纵深防御体系，确保平台网络安全、物理安全、数据安全和应用安全。

3 主要功能

3.1 工程智慧监管设计

（1）工情应用界面

1）监测数据采集录入海塘观测项目包括：沉降、水平位移、渗漏、裂缝、冲淤、波浪爬高和风速等。

2）监测数据显示

①监测数据对比显示。观测数据与以往成果数据对比，辅助判断趋势是否合理；监测成果与设计或理论计算值对比，分析规律是否具有一致性和合理性。

②监测数据分析显示。编制观测成果报表和首次观测应编制观测设施考证表。编写观测工作小结，直观分析观测成果的变化规律及趋势，与上次观测成果及设计情况比较是否正常，并对工程的控制运用等提出建议预案。

③监测数据整编。资料整编工作每年一次，对本年度观测成果进行全面审查，检查观测项目是否齐全、方法是否合理、数据是否可靠、图表是否齐全、说明是否完备等；对各类表格进行校核，检查数据有无错误、遗漏；检查和论证初步分析是否正确。

（2）水情应用界面

1）监测数据采集录入水文观测项目包括：水位和流量等。

2）水位监测分析界面，展示海塘各水位站点实时水位信息、水位预警、历史同期最高水位等信息，反映重要站点水位变化过程。

3）流量监测分析界面，展示海塘各流量监测站点实时流量信息、流量预警、最大流量站点位置等信息。

（3）雨情应用界面

实时降雨分析界面，展示海塘范围内实时雨量、最大1 h、3 h雨量、雨情预警、历史同期最大雨量等信息，以及降雨区域分布、降雨等值面信息、降雨迁移过程。对场次暴雨累计降雨进行统计，可统计分析当前站点降雨1 h超过30 mm，3 h超过50 mm、24 h超过100 mm雨量站点数量及百分比，为海塘在防汛期间提供决策信息支撑[4]。

（4）视频应用界面

结合地图汇集范围内各视频监控点位信息，通过网络在线播放的形式对远程视频摄像头的实时调用，快速查看相关视频信息，统计视频监控设备的运行状态，分析在线率、设备完好率。

结合道闸系统，海塘管理人员可以实时了解海塘上的人员和车辆的来往情况。当海塘上的人员、车辆超出一定数量时，管理人员可以通过道闸系统限制人员和车辆的进入，通过语音播报系统提醒海塘上的人员和车辆，从而达到有效的安全管控的效果。

结合AI识别模型，对海塘管理范围线内终点区域设置电子围栏，并采用手机短信结合广播喊话的方式，及时撤离非法闯入的人员。

（5）预警信息推送

结合海塘安全预警组件，对海塘安全预警信息阈值进行在线监测与展示，当预警阈值触发时，以动态图形、声音、闪烁等多种形式进行分级预警，同时支持短信预警功能，为人员提供全面、及时、准确的预警信息，为指挥调度提供科学的依据。

（6）设备智能运维

通过数字字典、指标管理、数据分析、搜索引擎、数据治理、行为日志等方面研究，对用户、部门的数据录入情况、数据的有效率、用户的在线率、系统功能的使用情况、高频功能、高频搜索词、其他行为日志等进行统计分析。

通过与内核通信和访问接收基础数据库实现设备管理、设备监控、告警管理、数据分析等功能，并利用WebGIS技术进行交互和展示，使用户方便直观地获取设备的运行状态和人员的访问情况，以利于对设备进行维护管理，实现物联感控前端设备运行监控、健康检查的智能化。

1）设备管理

设备管理模块实现设备的增删改查、参数配置与查看等功能。进入设备管理界面点击新增按钮，对设备内容进行填报，主要包括设备名称、设备编号、设备位置、排序号、设备类别、上级设备、巡查负责人、制造商、设备参数、设备功能、设备图片等字段。支持对设备名称、设备类型进行搜索。

2）设备监控

设备监控主要是对监控设备的运行状态进行实时查看，按照类型对设备进行分类，点击查看不同类型下设备的情况，包括电压、电流、信号强度等，并对故障设备进行标红展示，通过短信或者钉钉的方式提醒给相应的负责人，及时维修，并显示维修状态。

界面中左侧可展示数据采集状态、正常采集总数和总数对比，以列表形式展示设备名称、监测状态、运行状态、采集时间等字段，右侧结合GIS展示监测点位置，监测点的名称、监控数据采集状态、运行数据采集状态、采集时间、水位、电源电压、设备温度、信号强度、上传时等信息。GIS下面展示监测的实时采集数据，包括测站的水位曲线、数据报表情况和数据管理，数据管理中展示不同时间间隔下的采集数据，可通过公式处理、数据处理、扩展接口、数据分析等功能查看数据监测报表。

3）告警管理

对设备异常产生的告警进行提醒、查看、管理。

①告警管理

结合设备监控，对异常设备整体管理，形成数据报表。对设备情况进行查看，点击单条设备数据查看详细的运行情况，包括设备的电压、电流、信号强度、设备状态等信息，支持查看告警的历史数据情况和故障处理记录。

②预警配置

预警配置中包含监测预警配置和运行预警配置，监测预警配置设施报警参数，包括电压预警、电源预警、设备温度预警、设备离线预警等，可自定义选择通知人员、通知类型和短信模块，通过设置的规则发送给对应人员。

4）数据分析

对设备运行的参数以及采集数据进行历史分析，以柱状图或者饼图的形式展示数据曲线，包括每月的设备运行情况、故障情况、修复情况等。

5）信息下发

通过调用预警信息系统，将运维告警信息下发至具体运维责任人，以列表形式展示预警详细信息，包括预警内容、预警时间、预警人员、预警次数等，模块支持对历史预警数据查看。

6）绩效管理

根据人员的访问量、登录量、巡查情况形成绩效考核排名，统计人员、部门的考核情况。统计平台运行天数、总登录人数、本月登录人次、今日登录人次，并以折线图显示每月用户的增长或者减少情况，用柱状图统计本月的高频应用排名、夜间访问行为次数、异常登录行为次数，可通过时间筛选查看历史记录，并统计人员、部门的巡查情况，考核情况等信息。

3.2 数字孪生海塘应用场景设计

数字孪生技术是指物理实体与其数字虚体之间的精确映射的孪生关系，将物理实体的地理空间关系通过数字虚体表达，并集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的空间分析，从而反映相对应的物理实体的全生命周期过程[5]。

3.3 防洪抗台决策分析场景设计

3.3.1 防洪预测子场景

防洪预测子场景可以用来帮助工作人员在平时值班，台风、降雨等没有影响或很小影响或即将影响瓯飞海塘区域时掌控整个片区降雨、河网、山洪、积水、潮位等态势，为台风或暴雨来临做好充分的准备工作。

（1）风暴潮预报集成

系统将水文部门和海洋部门的风暴潮预报成果接入，包括潮位预报的时间序列和高潮位以及高潮位出现的时间。同时结合海塘四色潮位警戒线，自动生成海塘“海塘安全四色图”，在地图中海塘安全状态，同时结合预警发布模块，对风暴潮预警海塘进行关联提醒。

（2）水文预报集成

统将水文部门提供的重点流域水文预报成果接入，例如当前场次每一个降雨时段末之前所有降雨可能形成的河网节点、重要断面的流量水位过程实时预报成果等，系统将结合 GIS 平台，以报图、动画的方式进行预报成果的呈现，并可自动关联分析可能产生的影响范围，对于设定预警阈值的监测断面，需要监控预报流量数据，一旦超过预警阈值，需及时发送预报告警信息，并且系统可以自动接收省级平台预测信息，实现预测信息的联动。

（3）山洪警报集成

山洪警报包括山洪报警和山洪预警。山洪报警通过防治村落关联实时降雨/水位进行报警；山洪预警通过短临预报对防治村落山洪进行预警。

1）山洪报警集成

系统通过接口服务调用水利部门相关数据，以文本、图片、表格以及在电子地图上标识等方式显示区域山洪信息，展示山洪灾害降雨强度预警等级，按照发生山洪灾害的严重性和紧急程度，展示准备转移和立即转移的村落，并通知到当地防汛责任人。

2）山洪预警集成

系统接入气象局气象雷达数据，做出短临降雨预报，可以通过选择未来降雨时间段和降雨总量来设置站点（区域）未来一段时间的降雨情况。并结合山洪预警成果，掌控未来区域内灾害发生的可能性区域，进行山洪预警预测。

（4）短临预报

从气象部门获取未来1 h、3 h、6 h短临预报数据，叠加电子地图，生成预报等值面，来查看未来降雨中心的迁移变化，为防汛准备提供决策支持[6]。

（5）台风预报

从气象部门获取实时台风监测数据和不同国家气象站的预报数据，包括位置、中心气压、风力、风速等，对台风的演进和登陆预测进行分析。

（6）风场预报

从气象部分获取风场数据，在地图上进行可视化展示，同时支持播放未来7 d风场预报数据。

（7）浪场预报

从气象部分获取浪场数据，在地图上进行可视化展示，同时支持播放未来7 d浪场预报数据。

（8）卫星云图

系统提供卫星云图的查看及动态播放功能，支持各种类型的卫星云图功能。通过卫星云图模块能够掌握区域内未来几天降雨趋势。

（9）气象雷达

系统自动采集互联网及气象部门发布的气象雷达图信息，实现气象雷达图的查询和动画播放。通过气象雷达模块能够了解辖区未来的降雨趋势。

3.3.2 防洪预演子场景

应急演练提供防汛应急演练信息录入、查询、展示功能，定期开展防汛应急演练，保证防汛抢险救灾应急水平，提高抢险队伍的应急响应能力。

（1）预演一张图

系统支持人为设置应急响应预案的配置，以及应急演练过程的实时记录。通过结合应急预案、应急组织、相关实测数据和历史灾害资料，利用GIS“一张图”可实时绘制防汛防台形势图，进而开展防洪防汛的应急演练。包括各类避灾场所、物资、人员转移路线等要素。联动各应急抢险相关人员，分派应急抢险相应任务，展示各人员位置信息。为必要时刻抢险指挥调度提供灾害应对经验。

（2）工况配置

系统支持人为设置工况，如水位提升、水文预报结果输入、隐患发现等。在系统内将实现应急工作组划分，明确各应急工作组名称、人员及各工作组职责。做到应急组织架构展示直观明了，简单易懂，容易掌握所在小组职责，做到人员快速响应。

（3）预演复盘分析

系统支持应急演练过程复盘，可一键生成演练报告。在应急演练结束后，将会进行总结管理，应急总结管理主要实现在应急演练响应结束后对应急响应过程及应急响应结果的自动化整理总结。根据应急响应引擎启动数据及应急响应指挥数据，生成应急总结报告并存储，实现自动化结果可二次编辑，为用户后续整理总结工作提供高效完成技术手段。

3.3.3 防洪预案子场景

预案管理实现应急预案编制流程和预案备案的信息化处理，可有效提高预案编制和预案备案的管理水平。并提高对预案内容的检索效率，实现对各级各类应急预案的综合查询，辅助应急人员掌握各级各类应急预案及其数量和分布情况，为正确决策提供必要的辅助支持。

数字化预案指通过数字化手段来管理各级各类应急预案，实现台风灾害事件的快速关联响应和预案的查询统计。应急启动时，通过系统输入应急响应级别、事故类型、地理信息等参数信息，可自动推荐响应的应急预案。

（1）预案库管理

系统实现对预案的数字化管理，实现各种计划、预案、法律法规等文档资料的分类分级管理，为应急处置提供完备的知识储备和信息支持。主要包括目录管理、预案修订记录的存档、文档分权限共享等功能，实现对日常应急知识文档进行统一管理，方便权威资料的快速查找。

1）目录管理

文件目录维护是指对文件目录结构和文件目录项的维护且对文件目录实施有效的管理。在文件管理中，经常要新建、修改、删除文件或文件夹，文件目录结构或文件目录项会随之发生变化，需要通过后台维护方式对目录进行统一管理，实现用户自定义配置预案目录功能。

2）记录留痕

主要是对预案修订记录的存档，可以编辑已有的预案记录，删除、保存/还原预案记录，查找符合条件的档案记录。

3）文档共享

根据相关人员需要，可进行权限配置，方便管理人员对应急预案进行相关操作。

4）查询统计与导出

根据用户所需的文件名称进行模糊查询，查询出模块中与之名称匹配的文档，方便用户查询和管理。以曲线图的形式展示预案的修订记录，包括人员、时间等，并根据各种条件进行预案查询并进行相应的文件下载和导出功能。

（2）预案发布管理1）应急预案制定

本系统提供应急预案模板定制和维护功能，用户可以自定义预案模板，并定义模板各个部分的触发条件及相应的动作。按照应急预案模板制定具体预案，按照模板规定的组成部分，根据事故或灾害的类型及等级，给出具体的处理过程信息，为应急处置方案的自动生成提供保障。

2）预案发布

制定完成并经批准的应急预案可以以文本的形式发布出去，发布对象为预案相关的组织机构。用户可以根据事故类别、预案版本进行预案的查询。发布后的应急预案可以在应急指挥过程中提供应急方案制作的依据，按照应急预案模板设定的条件，根据事件的本身信息进行判断，触发相应的动作形成应急方案。

3）预案执行监管

应急预案数字化后，可以将预案的各个组成部分进行对比分析，结合应急防洪态势监控模块功能，实现事故发展态势与预案的对比，分析预案执行的偏差，为应急调度提供决策依据。

3.3.4 防洪预警子场景

（1）预警规则设置

系统提供预警规则设置功能，管理人员能够通过系统平台对区域内水位、水库泄洪、实时流量等各类预警规则进行管理。

（2）预警场景管理

在预警场景管理下，实现在防洪灾害中可能产生的多种类来源预警信息的管理与配置。可提供预警场景管理的包括山洪预警、水库超汛限预警、台风登陆预警、短临暴雨预警、实时降雨预警、河道水位超警戒预警、潮位预警、泵闸启闭预警、数据治理预警等多方面。

（3）预警信息发布

向防洪防汛人员以短信通知，动态图形、声音、闪烁等系统提示等方式发布防汛预警信息，为防洪防汛人员提供全面、及时、准确的防洪预警信息，为防洪指挥调度提供科学的依据。

（4）水利预警靶向服务

通过 GIS 一张图技术融合跨部门、跨系统的图层数据，运用手机定位、人口热力图等新技术，提供本项目采集的各类防汛数据、预警分析数据,运营商手机信令数据，用以辅助业务人员判断重点危险区域和受灾区划。系统提供预警区划分模块，能够手动标绘出重点危险区域和受灾区划。根据圈定重点危险区域和受灾区划的范围，自动提取运营商基站，以接口方式提供运营商，运营商统计和反馈绘定区域内人员数量，并以短信形式将相关预警、疏散信息精准发布到重点危险区域和受灾区划内人员。

基于区域防洪形势研判结果，通过审核，对危险区内的人员进行预警信息精准推送服务。在短信内集成避灾点信息和前往避灾点的最佳路线，方便人员在第一时间撤离。

（5）预警统计分析

通过报表、图形等多种方式，实现历史预警信息统计分析服务。用户可以基于系统平台自定义查询条件，按时间、区域、预警站点、预警类型、预警级别等条件分类查询防汛预警信息，并对查询结果进行统计分析。

4 结束语

本次智慧海塘建设和提升，本着充分提高瓯飞一期海塘的工程管理水平、发挥综合社会效益、挖掘经济利益的原则进行设计和开发。使整个工程能可靠、高效、安全、标准、经济、智慧地运行和管理，瓯飞海塘智慧管理平台采用了先进的计算机技术、视频监视技术、自动化监测技术和三维可视化技术，实现数据资源的汇聚、存储、加工、分发、管理。

（1）实现了感知监测监控集成感知设备的数字化提升改造使其具有很高的集成度，能够使决策者全面掌握数据分析结果并统一发布指令，实时监视指令的执行情况，做到高度可靠的协调性和统一性。

（2）实现了高效工程综合管理自动化、集成化和三维可视化的提升建设，能够将传统的信息传输时效大为提高，通过高速、可靠的光纤以太网，数据能够在毫秒级的时间内汇总到信息监控中心，提高了管理的综合效率；能够将传统的周期性监测转变为实时监测，减少监测数据中人为干扰因素，有利于数据统计及客观分析，提升工程监管的准确性和可靠性。通过三维可视化建设，降低对管理人员专业技术水平和管理经验的高标要求，能够实现直观、客观、真实、精准的管理。

（3）实现了信息资源实时共享建成的数字化系统具备多种数据采集的功能，一方面是内部信息资源共享，即为工程运行决策提供了实时、可靠的数据来源，同时配合计算机监控的调度控制，能够有效、准确地将调度指令传输到站点，完成远程操作；另一方面是外部信息资源共享，提供接口服务与浙水安澜平台打通，根据实际管理需求实现“上下联动、横向协同”。

（4）实现了数字孪生可视管理通过海塘智慧管理平台的总体框架提升设计，将其从二维框架升级为三维框架。从技术角度来说符合时下最先进的技术，从政策角度来说符合国家大力倡导实景三维的建设，从管理角度来说实现了所有与工程运行管理相关内容的实景可视化管理。达到从传统的经验式管理转变为一键式的可视化智慧化管理的最终目标。