基于新一代信息技术的河道堤防“智慧防控网”建设研究

李军

关键词：新一代信息技术；河道堤防；“智慧防控网”

0 引言

守护荆江安澜，是荆州市长江河道管理局公安分局承担的主要职责和使命。随着近年来新一代信息技术在河道堤防方面的广泛而深入应用，借助这些先进技术构建智慧化的河道堤防防控网络，提高风险信息搜集、分析和研判能力，确保荆江安澜，成为分局的重要任务。

1 河道堤防“智慧防控网”总体架构

图1是基于新一代信息技术的河道堤防“智慧防控网”总体架构。通过该图可以看出，河道堤防“智慧防控网”主要包括数据采集层、网络传输层、数据层、应用支撑层和业务系统层。其中，数据采集层是通过水雨情采集器、涵闸自动化采集器、视频监视器和其他数据采集设备采集相关的数据信息。网络传输层是基于网络设备和电信带宽，将采集到的数据通过有线或者无线的方式传输至数据库。数据层是基于大数据技术开发的统一的、数据高度集中的空间和非空间数据库，主要包含自动化设备采集的监控数据、业务基础数据、视频数据和雨水情监测数据等。应用支撑层是为“智慧防控网”应用功能的实现而提供的基础框架和通用服务支持，在为数据存取和数据集成提供运行平台支撑的同时，实现数据和软硬件资源的共享，并为与业务应用系统之间的协同提供条件支持，主要包含资源管理、信息交换与共享、软件构建数据模型和数据存取等。业务系统层是在GIS、移动互联网等技术基础上开发的、可交互的智慧防控业务系统，主要为实现综合展示、防洪调度、高效办公、智慧运维等业务操作提供相应的支持。

2 河道堤防“智慧防控网”建设的内容与路径

河道堤防任务内容的系统性和复杂性，决定了基于新一代信息技术的河道堤防“智慧防控网”在建设内容和路径等方面要遵循模块化、系统化的原则，即要通过推进防汛、堤防、办公、河道建设的全时空、全覆盖、全联动的智慧防控网络来实现河道堤防防控的智慧化[1]。在这方面，荆州市长江河道管理局公安分局主要按照智慧防汛、智慧堤防、智慧办公、智慧河道建设四项内容开展了相应的“智慧防控网”建设。

2.1 智慧防汛建设——“智慧脑”防汛调度体系

万里长江，险在荆江。荆江防汛之所以“险”，主要在于该河段遭受洪水威胁的风险比较大，且河段有来量大、泄量小的特点，加之江湖关系复杂，使得荆江很容易出现防汛危机。相关资料显示，2002—2016 年，荆江段汛期出现险情的有10年[2]。在这样的情况下，构建智慧防汛体系，确保荆江防汛能力和效果，就成为基于新一代信息技术的河道堤防“智慧防控网”建设的首要内容。

在智慧防汛建设方面，分局主要提出了“智慧脑”防汛调度体系的路径。首先，借助新一代信息技术建设双向网络视频会商系统，使分布在各个堤段的水利人员可以与上级主管部门实现实时的远程视频汇报、交流活动，该系统同时具备与省水利厅、市河道局连接的功能，方便在出现险情时，各方面的实时讨论协商，提高防汛的效率。其次，加强堤防智能监测预警系统建设，通过在可能发生险情的9处险段设置了视频监控系统，实现24小时全天候的监测。同时，该系统还与预警信息平台相连接，提高了汛情险情信息研讨、风险信息的精准发布和风险防控行为的综合调度能力，提高了防汛的精准性。第三，利用人工智能技术建立用于防汛调度管理的三维电子沙盘。该沙盘可以直观地展示堤防工程、水利设施、防汛抢险的基本情况，为汛情期间的会商、研判与决策提供实时准确和可视化的技术支持。

2.2 智慧堤防建设——“智慧眼”堤防管控体系

目前，荆州市域内的长江干支流两岸堤防总长达到2031km。如此规模的堤防和各段堤防本身的复杂性，增加了堤防工作的难度。在这样的情况下，分局原本采取的是分层监测的方式，即将所有堤防划分为险工险段、段组庭院、重点堤段进行划分，然后安排专门的人员负责对重点堤段进行驻防。这种方式虽然能够保证重点堤段堤防工作的稳定、有序开展，并为整段堤防的加强提供重点信息支持，但由于没有覆盖全堤段，导致堤防工作存在部分堤段风险大的情况。

在智慧堤防建设中，分局重点引入了“智慧眼”的堤防监测方式，在堤险工险段、段组庭院和重点堤段中细分出68个监控点，并在这些监控点处安装218个摄像头，构建起了“互联网+安全堤防”的综合监控体系。目前，该体系不仅能够对重點堤段进行全天候的监测，同时也为整个荆州市域内的堤防管控提供了重要的基础支持。同时，分局还与诸如公安县公安局加强网络方面的合作，通过铺设光缆专线的方式，实现系统连接，共享公安系统在堤防管理范围内的80余个监控摄像头，实现对堤防的实时巡查、预警和执法辅助，实现堤防管理的常态化、规范化和标准化。

2.3 智慧办公建设——“智慧耳”办公体系

河道堤防“智慧防控网”建设还需要协调和处理好人与人之间的关系，即通过技术来提高人与人之间信息沟通和行为协同的效率与效果[3]。这方面建设的重点体现为智慧办公建设，即通过办公方式的技术化升级，来提高信息在不同单位、不同部门、不同人员之间的传递效率，使信息在最短的时间内被接受和使用，以此来提高工作的效率与效果。

在智慧办公建设方面，分局主要沿着“智慧耳”办公体系构建的方向努力。首先，加大对网络通信基础设施的投入，提高信息传输的效率。在过去的几年中，分局借助通信网络光纤工程的契机，实现了260公里通信网络光纤工程，使得堤段主干网通信带宽容量达到2.5G，同时，也实现了分局与其他行业单位的办公局域网的光纤网络互联互通。其次，积极搭建“智办公”和“云视讯”应用平台，在任何时间，任何堤段的人员都可以和防汛指挥中心大屏互联互通，进行视频音频通话，为各险段在汛期与分局开展视频会话和专家远程调度指挥提供了直接的技术平台支持，使得与防汛相关的信息的传递和行为的决策效率均得到了明显的提高。

2.4 智慧河道建设——“智慧手”河道巡河体系

荆江河道复杂且险峻，在藕池口以上段荆江的河道显得微微弯曲，河道相对固定，而以下段则显得弯曲明显，在只有80km的直线距离内，产生了迂回曲折的16个大弯，河道长度也达到了240km以上。这种复杂且多样的河道状况，使得荆江河道管理的难度非常之大。

在智慧河道建设方面，分局将河道建设的重心细化为巡河，即通过全范围、高频次的巡查获取河道问题，助力河道管理工作的开展[4]。一是构建以App为载体的巡河护水新模式，即开发岸线巡查管理信息系统App，并要求84名岸线管理员均在配备的智能手机上安装该款App，将App作为巡河护水工作中的取证、信息反馈与沟通等工作的载体。二是开发堤防网络广播系统和安装语音劝导双向对讲系统，通过这两类系统实现白天不定时的法律法规、常见保护、岸线管理知识内容宣传；同时对正在做可能破坏堤防岸线人员以及在长江禁渔1区钓鱼人员的语音劝导，并通过实时对讲、警告劝离、违法取证等智慧化功能，为河道巡河护水提供更加智能、多元的技术工具支持[5]。

3 河道堤防“智慧防控网”建设中需要注意的问题

河道堤防“智慧防控网”建设的目的是借助新一代信息技术赋能荆江河道堤防管理工作，使管理更加全面、精准和有效[6]。而要想使建设起来的河道堤防“智慧防控网”能够有效地运行，达到预期的目的，就需要结合实际的应用场景和应用情况，对可能或者已经出现的问题进行分析解决。就当前而言，河道堤防“智慧防控网”建设需要重点注意以下两点问题。

3.1 完善网络基础设施

网络是影响信息传输效率和智慧化系统运行效果的基础性、关键性因素[7]。为保证基于新一代信息技术的河道堤防“智慧防控网”建设的稳步推进，分局要注意根据建设的进度和需要，持续完善相关的网络基础设施。首先，要定期评估和更新核心网络设备，如路由器、交换机、防火墙等，确保这些设备的固件和软件保持最新，以获得最新的安全补丁和功能改进。其次，提高网络基础设施升级改造能力。一方面，要开展智能化的设备日志分析系统，实现设备运行日志信息的自动化、智能化分析，一旦分析中发现设备性能、错误和故障的重要信息，就发出相应的警报或者提示，提高网络基础设施升级改造信息获取的效率和效果。另一方面，要定期开展网络基础设施的巡检，检查设备的物理状态、连接状态和设备配置，以便及时发现潜在的硬件问题、连接问题或配置错误，从而维护设备的正常运行和性能[8]。同时，要定期进行性能评估和优化，通过性能测试和负载测试，了解设备的性能极限和瓶颈所在。根据测试结果，采取相应的优化措施，如调整配置、升级硬件或增加带宽等，以提升设备的性能。

3.2 强化网络安全防护体系

河道堤防“智慧防控网”的运行和优化是基于海量数据资源利用，以及網络安全运行基础上。为保证“智慧防控网”的安全、稳定运行，除了关注河道堤防智慧化管理功能的开发外，还要借助新一代信息技术构建更加强大的网络安全防护体系，从多角度提高网络安全防护的水平和效果。首先，要强化网络设备安全[9]。一方面，要定期更新和升级网络设备的软件和固件，修复已知漏洞和弥补安全缺陷；另一方面，要持续优化既有的身份验证和访问控制机制，例如，引入多层次访问控制机制，确保只有经过授权的用户和设备能够访问系统和数据；应用强密码策略、双因素认证和基于角色的访问控制，限制用户权限和资源访问，防止未经授权的访问。其次，要部署下一代防火墙系统和CA认证，建设网络与信息安全态势感知平台，建设网络安全行为监测、预警与回溯主动防护系统，实现“智慧防控网”的动态防御。再次，要建立强大的监测系统，对网络流量、设备状态和安全事件进行实时监测与分析。例如，可以利用网络流量分析器和数据包捕获工具实时收集和分析网络流量数据，并获取关键的指标和可视化报告，帮助管理人员发现异常活动、流量峰值、潜在的攻击行为等。同时，要利用机器学习和行为分析技术，构建智能安全分析系统，实现网络系统通过学习正常网络和设备行为的模式自动检测和识别异常活动，及时发现未知的攻击模式和新兴威胁，提高对潜在安全威胁的感知能力。最后，要注意加强人员网络安全知识和技能培训。分局要通过开展系统性的网络安全培训活动，向相关人员传授网络安全的基础知识、风险认知。同时，要结合“智慧防控网”运行的环境和状况，定期开展模拟演练和渗透测试，使相关人员亲身体验网络攻击和安全事件处理的过程，提高应急响应和问题解决的能力[10]。

4 结束语

综上所述，基于新一代信息技术的河道堤防“智慧防控网”是荆州市长江河道管理局公安分局结合自身的职责，以及新一代信息技术的优势开发的综合性智慧网络。在内容方面，河道堤防“智慧防控网”主要包括智慧防汛、智慧堤防、智慧办公、智慧河道建设等内容，这基本上满足了荆江河道堤防管理的基本需要。而为了充分发挥河道堤防“智慧防控网”的功能，分局要在平时注重网络基础设施的更新和加强技术操作的培训指导，使先进技术得到科学、有效的应用。