新万福河济宁段河道堤防管理数字化平台设计

曹凌敏 杨步天

新万福河流域位于山东省西南部，发源于山东省菏泽市成武县，向东流至金乡县，又经鱼台、微山、任城共四个县（区），于小吴、大周注入南阳湖。所处济宁地区为温带季风气候，降水多集中在夏季，6—9月占全年降水量的70%以上，多年平均降水量为695.3mm，2021年降水量高达1072mm，创历史新高，由于降水相对集中、时空分布的不均匀性，给抗洪排涝工作提出了新的挑战。

一、河道堤防管理现状

（一）权责划分不明，河道管理不到位

河道的跨流域、跨地区的空间位置分布，从源头上决定了管理上必定会存在困难。因为不同县市区有自己独有的管理方式，无法达到模式统一、手段统一、数据统一，给后续的统计分析工作带来困扰，无法及时掌握整个河道的管理动态；加之河道的管理涉及水利、城建、环保、气象、交通等诸多部门，交叉的职能部门之间在沟通协调、管理、数据共享、进度安排上都存在差异，阻碍了河道堤防标准化管理效率的提升。

（二）管理手段落后，数据不精准

目前新万福河的河道堤防主要依靠人工管理，在管理监管上会出现延误疏漏，不能第一时间及时发现问题并解决问题；视频监控系统功能单一，无法实现实时监测和定位监测，局限性大。没有基于桌面管理的GIS（地理信息系统）模式、WebGIS、GPS（全球定位系统）、实时监控、卫星监测等现代化管理手段。管理现状下，数据不精准且很难实现信息共享。

二、河道堤防管理数字化平台设计原则

（一）实用先进、操作性强

平台的设计理念主要是为了解决现在河道管理中存在的问题，平台重在实用性和可操作性。在现有系统的基础上，融入物联网、大数据、WebGIS、移动式设备等先进技术，从根源解决人为数据的误差，提升数据的科学性和精准性；从源头上解决职能交叉问题，实现信息共享。

（二）安全稳定、运行可靠

河道资源相关数据具有一定的涉密性。进行系统设置时，可通过设置访问口令、访问权限、内外区域网访问身份确认等方式，确保数据安全和系统安全。对于一些涉密的关键文件，设置访问时间、访问人员和访问内容等详细记录，实现信息共享的同时，维护信息的安全稳定。

（三）统一部署、高度集成

数字化平台建设的最终目的是实现全省水利工程的标准化管理，建设省、市、县、运管单位“四位一体”的资源共享平台。由省级进行顶层设计，制定统一架构、统一标准、统一格式，由运管单位根据所管辖河道的现状，充分利用现代信息化手段进行专项研究设计，将水利工程的运行监管数据上报，形成河道堤防管理数据库。

（四）系统兼容、信息共享

平台采用B/S （浏览器/服务器） 架构。与C/S （客户机/服务器）架构的区别在于：前者具有良好的扩展兼容性，便于二次开发，为后续添加模块、提升性能和信息共享提供好的平台基础。在解决现实问题的基础上，具有一定的前瞻性，方便后续信息化技术的更新换代。

三、新万福河济宁段河道堤防数字化平台设计框架

河道堤防管理数字化平台依然遵循省、市、县、运管单位四级建设管理模式。新万福河属于市级直管河道，现由济宁市水利事业发展中心新万福河分中心（以下简称新万福河分中心）运行管理，由新万福河分中心汇集全流域及流经县区数据，统计分析后，上传到省、市级水利工程运行监管平台，由省、市级进行监督和考核，实现上通下达。系统平台采用B/S架构，该系统技术框架自下而上主要分为感知层、数据服务层、业务系统层、用户层四部分，如图1所示。

图1 新万福河济宁段河道堤防数字化平台总体架构图

（一）感知层

感知层是整个系统的基础数据支撑层，主要负责采集河道的基础信息，包含河道的静态数据、动态数据（工程巡查信息等）和实时监测信息（水情、工情、拦河闸、视频等）。

其中，静态数据包含管理单位信息、人员岗位信息、新万福河的地理位置、水文特征、管理制度、资料档案等，由新万福河分中心按照相关的技术标准进行填报。动态数据包含新万福河的工程巡查信息、系统日志、巡检、除险加固等，在数字化平台建设中引入一款基于Android系统的移动巡检办公管理系统，充分发挥物联网在河道堤防管理中的普及。实时监测信息主要包含水位和视频的监测，水位监测可引入市面上比较先进的河道自动水位监测预警系统，所采集信息可通过GIS地图直观展示河道水位监测站的分布位置、水位信息，甚至可借助WebGIS进行移动式水位信息监测。

新万福河共有8处道路、桥梁缺口，3处险工险段，属抗洪抢险高发路段，需在上述位置设置视频图像监控设施，进行全方位、360°的监视；外业巡查人员最好配置便携式视频监视系统，实现实时实地监测。

新万福河分中心将所得数据以JSON或XML等统一的格式上报至数据服务层。在感知层和数据服务层之间，可增设一个基于Web服务器/移动网/数据服务器/局域网的防御体系，保障数据的安全性、保密性和可靠性。

（二）数据服务层

数据服务层是整个数字化平台的数据库，用于数据的集中存储和规范管理，在统一标准下实现一数一源。以万福河为例，可以将万福河河道堤防管理数字化平台信息设置为河道基础信息数据库（静态数据）、实时监测数据库（主要是水情、视频监测、堤防安全等）、工程巡查数据库、系统日志数据库、防汛数据库等。

（三）业务系统层

平台采用B/S架构，以及基于WebGIS（网络地理信息系统）技术的浏览器，做到系统兼容的同时，实现技术的先进性。平台界面主要设置五个板块：工程设施（水情、安全监测、视频监测等）、安全管理（除险加固、工程划界、险情管理等）、运行管理（工程巡查、隐患处理、维修养护等）、管理保障（组织机构管理、人员岗位管理、培训管理等）和管理自评（自评指定管理、自评实施、自评问题管理等）。每一个板块都是以用户需求为导向，便于实际操作。新万福河分中心将从感知层和数据服务层中得到的数据进行统计、分析、整理，上传至省市水利工程运行监管平台，实现云监管。

（四）用户层

整个平台建设的宗旨就是服务用户。新万福河分中心通过信息化平台可以随时掌握河道的安防、水情和工情，遇到突发情况，值班人员可第一时间发现、上报、处理。省市级平台也可以实现云监管、云指挥，充分发挥物联网在河道堤防管理中的价值。

四、加快新万福河济宁段河道堤防数字化平台建设的主要措施

（一）转变原有观念，加强河道管理

由于信息化技术的不断更新和发展，依靠数字化平台进行河道管理的意义日益凸显，要想数字化平台从最初的被动到融入再到主动引领河道堤防管理，就必须从观念上进行转变：由“重建轻管”向“建管并重”转变；由简单的资源管理向系统化资源管理转变；由数据依靠经验向科学化、现代化转变；管理方式上，由分化到集中、由被动到主动、由静态到动态、由人工到智能、由条块到协同转变。在充分调动现有资源的基础上，领导层需及时高效落实人员、技术、资金等问题，“三管齐下”为数字化平台建设夯实基础。

（二）理论联系实际，逐步推进实施

理论是为了更好地指导实践问题，但河道管理学科涵盖多，领域覆盖广，且每个河道都有各自不同的水文气象等特点，数字化平台的建设虽急迫但更需有序。始终把握好长远性和全局性的战略思想，根据河道现有的条件和基础，制定短、中、长三期目标，逐步实现数字化平台的构建、使用、优化和普及，牢牢把握住新万福河济宁段堤防管理的关键因素，集中力量解决目前所面临的实际问题，同时，还需处理好“现实”和“超前”的问题，只有两者紧密协同，才能转化成生产力。比如：目前新万福河河道堤防主要是驻站监测，下一步可以考虑驻站和移动监测（试点）相结合，最后全部实现移动监测。软件的设计要考虑现实，但软件的开发还需有超前意识，方便后续功能和板块的添加，更好地提升管理效率。

（三）引进专业人才，加强技术培训

人才的储备是实现数字化平台的核心。平台的构建涉及物联网、云计算、数据库等现代化专业技术知识，涵盖GIS、WebGIS、GPS等操作系统，需加强现有工作人员的技术培训工作，如有必要，可聘请专业技术人员进行工作指导，让信息化平台的构建不仅仅停留在理论研究层面，使新万福河河道堤防管理形成一本账 （即统一的技术标准、测量方法、数据格式和运行环境）、一张网（即同一个数据传输系统）、一张图（即整个用户层都是基于同一个GIS模式）的智能化管理状态，更好地实现数据共享。

五、结语

数字化平台的构建将推动新万福河河道堤防管理由传统向现代、由粗放向精细转变，是未来实现河道堤防智能化管理的新途径和新模式，在河道堤防管理数字化平台建设方面起到试点的作用，为全市甚至全省河道实现标准化管理起到积极推动作用