溫州龍舟運動基地物聯網感知匯聚體系的設計與建設

林玉龍

（溫州市甌海中心區建設中心，浙江 溫州 325014）

1 基本概況

溫州龍舟運動基地位于溫州市甌海區中心區，是2022杭州亞運會龍舟運動競賽基地，以創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念為引領進行建設。龍舟賽道長約1 200 m，寬約130 m，河底高程-0.6 m，龍舟賽道護岸總長約2.4 km，圍繞著龍舟賽事水域，周邊共有7條河道與之相連，分別為長浹支河北段、長浹河北段、半塘河北段、沉木橋河支流、長浹河南段、長浹支河南段、前后渡河，護岸總長約4.5 km。河道總體情況布置如圖1所示。

圖1 周邊河道分布圖

溫州龍舟運動基地建設于溫州沿海城市，汛期臺風暴雨對基地的威脅需要重點關注。目前該基地雖然已承載過全運會的召開，各個硬件設施運行情況良好，但是由于建設周期較短，水情、雨情、工情以及臺風影響數據尚未采集、匯集與分析管理，防汛安全管理比較薄弱[1]。為了迎接即將到來的亞運會，加強溫州龍舟運動基地在汛期的安全，急需建設物聯網感知體系，對水利防汛數據進行采集分析及軟件的研發工作。本文重點論述溫州龍舟運動基地物聯網感知匯聚體系的設計與實踐。

2 方案設計

本次設計總體上分為物聯網感知體系、網絡傳輸和軟件平臺。

2.1 物聯網感知體系

（1）水情數據采集

龍舟賽道基地中心現有一臺液位檢測裝置，數據直接上傳市水利部門，但目前現場沒有安裝液位自動采集裝置，現場液位無法傳送至基地中心，需要工作人員到現場進行觀測，給工作人員造成了極大的工作量。特別是在夜晚和汛期，給工作人員帶來一定的人身危險[2]。

本次設計在主要配水閘門5號閘門的上下游合適位置建設水情監測站，系統采用雷達水位計進行水位采集，通過部署在本地的閘門遠程控制柜進行數據采集，并上傳到控制中心展示。水位監測系統由雷達水位計、現場LCU控制系統、光纖網絡等組成。安裝地點為5號水閘兩側。后期實施將在閘門兩側增加雷達液位計采集系統，就近接入5號閘站LCU控制系統。

（2）工情數據采集

現地閘門及水泵均已實現了現地控制功能，為了方便后續工程運行以及提高工程運行效率，需要對閘門開度、流量、啟閉狀態等數據進行匯聚采集。根據管理平臺的要求，通過數據接口實現與匯聚軟件平臺的對接，為匯聚平臺提供數據支撐。

（3）雨情數據匯聚

雨情數據采用甌海區水文站點數據，從溫州市水平臺及甌海區水平臺上共享數據。同時通過溫州氣象局共享降雨短臨預報數據，包括1 h 1 km網格數據，6 h 1 km網格數據以及24 h 5 km網絡數據。

（4）視頻及AR全景圖

目前基地已經建設成功了視頻監控系統，將該系統接入匯聚平臺，實現歸屬水利工程一張圖顯示攝像頭編號、聯網狀態、網絡等信息，同時拍攝基地全景圖，運用AR全景圖技術與視頻監控有機融合，進行實景化展示，實現對監控區域立體化、層次化的監控。

（5）語音廣播系統

結合視頻監控系統布置廣播預警系統，對重要渠道周圍群眾進行洪水預警，保障群眾生命財產安全，同時對賽道中心設備設施破壞行為發出警告。從休閑娛樂游玩出發，利用廣播預警系統進行輕音樂等背景音樂定時自動、循環播放，為賽道中心水文化節點及周圍營造休閑舒適的環境氛圍。

廣播預警站點布置在攝像頭附近，利用視頻網絡進行數據傳輸及交互，供電采用自控系統的電源，每1處閘站站點布置1臺網絡音柱，共計布置網絡音柱5臺，拓撲結構如圖2所示。

從圖2可知，系統分為現地層、網絡層和中心層。

圖2 廣播預警系統拓撲結構圖

1）現地層：利用視頻監視系統立桿或路燈桿布置網絡音柱，每個網絡音柱播放范圍為半徑50 m的圓形區域；

2）網絡層：利用視頻監視系統建設的網絡進行數字音頻信號傳輸，無需再單獨布置網絡線路；

3）中心層：中心層布置廣播控制主機和網絡話筒，用于廣播系統的管理和遠程喊話、背景音樂播放、信息傳播等功能。

（6）巡查系統

巡查養護是基地工作人員的重要職責，傳統巡查存在巡查與信息上報不及時的問題。本次將在各個閘門泵站貼物聯網卡和移動巡查儀，采用移動化巡查系統進行巡查，以確保工作值班人員在規定時間內，不重不漏地完成工程巡查工作，對存在影響工程運行的隱患問題及時上報報警及閉環解決，同時通過GPS定位及物聯網卡記錄，能夠實時記錄巡查軌跡。

（7）其他數據采集

其他數據如工程基礎數據、賽道水質數據、甌海區影響潮位數據、臺風路徑數據、應急公共數據等，將從其他平臺共享獲取。

2.2 網絡傳輸設計

本基地的內系統使用的網絡為有線網絡，其中閘泵遠程監控系統為控制網絡，語音預警系統為管理網絡，調度中心既包含控制網絡也包含管理網絡。

為了確保系統的安全及穩定，參照GB/T 22239-2019《信息安全技術-網絡安全等級保護基本要求》的相關規定，控制網絡與管理網絡應實現物理隔離[3]。

本次設計的內控制網絡及管理網絡均采用自建光纖網絡，其中，閘泵站的控制信號對網絡帶寬需求較小，對網絡的安全性和穩定性需求很高，對組網方式有較為嚴苛的要求。為了確保網絡安全及簡化網絡結構，采用控制網絡的規格來制定總體網絡建設架構，并在調度中心應用相關網絡安全設備，實現控制網絡數據和管理網絡數據隔離。

本次物聯網感知體系匯聚總體設計為：①水情數據和巡查數據采用以太互聯網直接采集到軟件平臺。②工情采集、視頻監控數據采集、語音廣播預警系統等數據傳輸，經物理防火墻隔離后，通過工程師工作站與互聯網互通到軟件平臺[4]。③雨情數據、水質數據、應急數據以及其他潮位數據、臺風路徑數據等已經在云服務上，直接通過互聯網共享到軟件平臺。同時在軟件平臺的數據云服務上增加網絡安全防護體系，根據《網絡安全等級保護基本要求》，通過定級、備案、整改、測評、檢查等流程，對新建的業務系統進行評測，使其信息安全等級保護體系建設符合等保二級要求。

2.3 軟件平臺設計

研發一套基于物聯網感知體系匯聚的標準化防汛系統，其功能包括實時數據展示與分析、防汛預警預報、汛情檢查與管理、防汛工作管理、設備實施管理、綜合一張圖、全景圖以及數據庫管理、權限管理與配置等。

（1）實時數據展示與分析。實時數據展示與分析模塊具有對水位、閘門開度及啟閉狀態等的實時展示，異常情況分析，報警等功能。結合GIS地圖，將基地內所有水雨情站點的信息進行展示，包括圖、表等形式，同時通過對每個站點的水雨情預警規則的制定，對水雨情信息進行實時判斷，超過閾值后發出預警。

（2）防汛預警預報。防汛預警預報模塊同步水利部門、氣象部門、應急部門的數據，對暴雨、臺風等進行預警預報，為人員和設備的安全撤離爭取時間。

（3）防汛救災。對接應急部門應急資源信息，以文本、圖片、表格以及在電子地圖上標識等方式顯示基地內的救援倉庫、救援物資、隊員隊伍、避災點的信息。

（4）汛情檢查與管理。汛情檢查與管理模塊包括水利部門要求的汛情檢查管理、巡查管理、日常檢查管理、特殊檢查管理、年度檢查管理等。

（5）防汛工作管理。防汛工作管理模塊包括汛期的防汛應急方案、控制運行計劃、汛期值班等管理。

（6）綜合一張圖。綜合一張圖主要是為支撐各級應用系統地圖應用功能的軟件系統和應用資源建設，為業務應用系統提供GIS功能構件、開發模板、數據資源的應用配置體系等，在各級應用系統中形成統一、標準和共享的GIS服務。支持地圖切片緩沖、地圖圖片輸出、實體查詢定位、屬性查詢等功能。

（7）數據集成云服務

在數據倉建成后，對接區政府數據倉，對于平臺產出與承接數據，建立數據共享服務與回流通道，連通省級數據倉與區政府數據倉，按區政府數據歸集標準將相關數據通過數據共享交換通道歸集至區政府數據倉中心[5]。本設計共享數據主要從溫州市大數據局、溫州市水利局、浙江省海洋預報中心和浙水安瀾數據中心匯集數據。按照浙江省浙水安瀾五統一和IRS平臺數據共享服務要求，需要相關單位協助對接數據，并由開發單位完成數據的集成。

3 建設實踐

（1）水情監測。本次水位監測系統使用的24 GHz雷達水位計，采用FMCW調頻連續波原理，2 GHz的掃頻帶寬能提供高達±2 mm的測量精度，最大量程70 m。具有高抗干擾能力，戶外無懼雨雪、霧氣、水汽等因素影響，能提供更加穩定的監測數據。

（2）工情數據采集。通過防火墻隔離，在上位機上進行采集。上位機的組態軟件提供了WebService服務,通過組態軟件的KkingHtmlBridge控件，提供的數據接口與外部軟件平臺的JS腳本進行數據交互。

（3）語音廣播系統。IP廣播主機采用了軍工級工業電阻觸摸屏工控主機，可視角度可以達到170°×170°；支持IP廣播節目定時播放、自由點播、分區廣播、實時采播，支持消防聯動、單點報警和組區報警；支持Windows支持的所有音頻格式（MP3），不需要再配置MP3等音源軟件及設備。

（4）軟件平臺。軟件平臺在數據匯聚的基礎上，嵌入了基地水域水位預警預報模型、基地水域降雨預警預報模型、防汛物資搶險調度模型及各種管理分析模塊。具備集數據展示、數據分析、模型計算、預警預報、搶險支持、日常管理、調度決策等功能[6]，本文限于篇幅，軟件的設計、開發以及模型場景應用在此不作重點論述。

4 結束語

通過本次龍舟運動基地的物聯網感知體系的設計與實踐，得出如下幾點經驗。

（1）總體結構設計上采用了物聯網感知體系、網絡傳輸和軟件匯聚平臺的總體結構，既保障了現有數據的接入和新建系統的多元異構的融合，又將其他平臺的數據共享融通，符合浙江省數字化改革的要求。

（2）本次設計和實踐采用多種網絡匯聚融合，數據匯聚實現接口協議多元性。實現了水情數據、巡查數據等非控制數據的直接互聯網采集。實現了工情數據的物理隔離到工程師工作站的數據采集。實現了其他數據的云服務共享采集匯聚等。

（3）本次設計和建設充分考慮了控制網絡的安全，選擇了高性能的網絡硬件防火墻設備，而且云服務軟件滿足了國家等級保護2.0要求，建設了云安全防護系統。

（4）始終支持既高標準又充分節約的原則，充分利用已經建設的物聯網設備及系統，如視頻監控系統、雨情系統、水質監測系統等，通過與建設單位溝通進行接口對接匯聚。同時將一些區水利局、市水利局、氣象部門、應急部門等數據共享匯聚到平臺中。這些措施大大節約了整個系統的建設成本。

本次設計在實踐中取得了很好的效果，其經驗值得同類項目的設計與實踐借鑒。