2023优秀案例丨智慧湖泊系统工程综合信息平台

智慧湖泊系统工程综合信息平台

贺继华    秦  平    武治国

武汉市经济开发区（汉南区）水务和湖泊局 

武汉车都建设开发有限公司

讯飞智元信息科技有限公司 

武汉新烽光电股份有限公司

我国是治水大国，从古代的大禹治水到新时代的南水北调、三峡工程，无不体现国人治水的智慧。随着时代的发展，我国治水的主要矛盾已经从人民对除水害兴水利的需求与水利工程能力不足之间的矛盾，转化为人民对水安全、水资源、水生态、水环境的需求与水利行业监管能力不足之间的矛盾。2015年4月2日，国务院发布了《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17号），提出了全面加强水环境保护治理的具体措施。2018年，水利部部长鄂竟平在全国水利网信工作会议上提出了 “节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”十六字治水方针。2019年，水利部印发《水利网信水平提升三年行动方案（2019—2021年）》，明确要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，积极践行“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水方针和网络强国战略思想，补齐水利网信突出短板，构建高速互联的水利水务信息网。2021年，水利部印发了《智慧水利建设顶层设计》《“十四五”期间推进智慧水利建设实施方案》，提出加快构建智慧水利体系，建设2+N智能业务应用。2022年住房城乡建设部、国家发展改革委、水利部联合发布了《“十四五”城市防水排涝体系建设行动计划》，提出“加快构建城市防洪和排涝统筹体系、着力完善城市内涝应急处置体系”。

武汉市经济技术开发区是国家级经济技术开发区，管理范围内河湖众多，长江穿流而过。随着经济的发展，经济开发区对水的治理从以洪水防御为主，逐渐转变为防汛防排涝与水环境治理并重，治水任务日益繁多，依靠传统人工方式难以满足需求。因此经开区水务和湖泊局迫切需要补齐信息化短板，建设即时感知、科学决策、主动服务、高效运行的智慧水务平台，实现人与自然和谐共生。

1. 总体架构

智慧湖泊系统工程综合信息平台建设范围包括智慧水务自动测控系统、应用支撑平台、智慧水务综合管理平台、基础设施资源、网络安全和标准规范体系。平台建设围绕“实用、好用”两大总体目标，按照“强感知、强监管、强服务”建设思路，构建即时感知、科学决策、主动服务、高效运行的智慧水务平台。系统总体架构图如图1所示。

2. 系统建设内容

（1）智慧水务自动测控系统

智慧水务自动测控系统共建设6个监测子系统：气象监测子系统、河湖水情监测子系统、排水管网监测子系统、水务设施监测子系统、城市水安全监测子系统及水政执法监管子系统。自动测控系统整体架构如图2所示。

1）气象监测子系统。监测降雨量、风速、风向、空气温度、空气湿度、蒸发、土壤墒情七要素，掌握水文循环基本要素，定量化评估水问题，提供科学决策。

2）河湖水情监测子系统。对开发区境内纳入河湖保护名录的26个湖泊、15条河流、44条港渠（长度≥2km）、16个其他水体进行水情监测，对河湖管理中河道采砂、环境保洁、水域岸线管理、水系水情管理提供数据支持。本项目共建设80处湖泊水情监测站、24处河流水情监测站、29处港渠水情监测站、25处其他水体水情监测站、3套自动巡航水质监测治理机器人。港渠水情监测站如图3所示。

4）水务设施监测子系统。水务设施监测子系统包括智能泵站监控和闸站工情监测。智能泵站监控系统为每个泵站配备PLC进行控制，实时采集水情、雨情、工情数据，为泵站运行和优化调度提供支撑。本项目对7处泵站进行智能化改造。闸站工情监测站点布设在闸前、闸后，为排水防涝调度提供数据依据，监测要素为水位、视频。本项目共建设94处闸站工情监测站。

5）城市水安全监测子系统。实时采集城市低洼地段的积水信息，在积水发生时快速报警并向公众推送信息，提高城市内涝管理水平，有效减少城市内涝灾害损失。本项目充分共享公安、交管部门的视频监控数据，新建5处下穿通道城市水安全监测站。

6）水政执法监管子系统。对江道、江堤、重点防范区域等重点位置进行非法采砂活动监控。本项目充分共享其他项目在长江干堤、通顺河堤等位置建设的视频监控数据，并增加2套执法艇视频调度指挥系统用于水政执法监督管理。

（2）基础设施资源

构筑统一云服务资源池，打造互联互通、安全高效的水务网络，汇集自动测控系统采集的多源异构数据，建设统一的指挥会商中心，满足日常运营和战时调度会商需求。基础设施资源建设内容包括会商指挥中心建设、云服务资源建设和网络通信建设。

（3）应用支撑平台

建设基础支撑平台、数据中台、智慧中台、物联网平台、视频监控云平台、GIS地理信息服务平台、模型服务平台、舆情监控服务、无人机巡检服务和管网健康检测服务10项应用支撑能力。

基础支撑平台。为智慧湖泊系统工程综合信息平台提供基础支撑能力和基础组件服务，使平台具备统一用户权限管理、统一文件存储、统一运维监控、日志管理、安全审计等基础支撑能力，以及消息中心、工作流引擎、API网关、云桌面等基础组件服务。

物联网平台。围绕智能设备运行、运维、运营三方面，利用物联网技术，将空间位置、设备运行、环境资源等多种信息有效融合，实现水务智能感知、智能管理，如图4所示。

数据中台。提供数据集成、数据管理、数据治理、数据可视化、数据共享、数据安全和调度管理等能力，有效解决数据资源不可知、数据质量不可控、数据关系不可联、数据脉络不清晰等痛点问题，支撑开发区水务大数据开发和利用，如图5所示。

智慧中台。构建统一的、多形态交互的AI场景能力，集成视频、语音、图像类、NLP四大类场景，通过能力服务接口为综合管理平台提供服务，如图6所示。

图 6 视频分析能力

视频监控云平台。通过对水务局管辖范围内视频监控的汇集和共享，有效支撑河湖水系管理。

GIS地理信息服务平台。提供统一地理信息服务，包括服务管理和一张图展示服务等，基于地图入口实现水务数据浏览、查询统计、专题分析等功能。

模型服务平台。构建雨污水管网模型、河湖水动力模型、内涝模型、水环境容量分析模型和多源异构数据融合模型五大模型，辅助管理人员进行事件预判与分析，如图7所示。

舆情监控服务。通过7 ×24h不间断全网信息扫描，实时监测舆情信息，并自动计算正负面属性，及时自动触发预警机制，通过邮件、微信、短信等方式进行预警通知。

无人机巡检服务。通过购买无人机巡检服务的方式获取基础城市基础地理信息数据、减轻人工巡检负担，提高水务管理科技水平。

管网健康检测服务。通过购买管网健康检测服务，提供声呐、CCTV等管网检测服务，实现管网健康度评价。

（4）智慧水务综合管理平台

打造“1+4+8”的智慧水务综合管理平台：建设“一图知全局、一机管水务”的 1个系统平台；建设排水防涝、防汛抗旱、供水安全和河湖管理4大体系；建设综合调度指挥系统、排水防涝系统、防汛抗旱系统、供水安全系统、河湖管理系统、工程项目管理系统、综合办公系统和移动应用系统等8大业务应用系统。

1）综合调度指挥系统。综合调度指挥系统将水务管理业务可视化，宏观上将水资源、供水、排水、河湖管理等方面的运行状况进行直观展现，同时，通过监控预警、指挥调度、部门联动实现全面监控，科学预防风险并消除隐患。系统界面如图8所示。

2）排水防涝系统。排水防涝系统实现城市防涝排涝数据的收集和分析，应急指挥的辅助决策、应急资源的组织、协调和管理控制等指挥功能。系统界面如图9所示。

3）防汛抗旱系统。防汛抗旱系统根据“预报、预警、预演、预案”总体要求，对场景进行仿真模拟，分析事态、提出应对策略，对处置突发灾害事件进行模拟演示，从全局把握调度成果的应用情况。系统界面如图10所示。

4）供水安全系统。供水安全系统通过一张图清晰体现各供水企业、泵站、供水管网的位置及空间布局，提供基础信息、监测、报表、运行管理等功能，实现全区供水安全管理。系统界面如图11所示。

5）河湖管理系统。河湖管理系统提供河湖一张图，实现河湖信息查询、河湖监测、蓝线管理、信息管理、巡查管理、考核管理等功能。系统界面如图12所示。

6）工程项目管理系统。工程项目管理系统建立全生命周期管理体系，助力管理人员实现多项目、多环节并行与监管；实现进度、质量、投资动态分析，为项目重大决策提供依据。系统界面如图13所示。

7）协同办公系统。协同办公系统和移动应用系统提供方便快捷的智慧湖泊管理方式，真正实现全协同、一掌通。系统界面如图14所示。

（5）网络安全与标准规范体系

项目网络安全建设按照等保2.0的基本要求，建立健全信息安全技术保障体系和安全管理体系，保证业务系统长期安全、稳定、高效运行。

项目建设物联网感知系统建设规范、数据采集传输系统建设规范、数据交换系统建设规范、网络安全保障技术规范4项技术标准规范和项目建设管理办法、运行维护管理办法、数据资源管理办法、网络安全保障管理办法4项管理标准规范。

3. 典型应用场景

（1）水安全预警监测

建立降雨、渍水、堤防全方位水安全监测体系。通过降雨、河湖水系、易渍水点、水务设施等关键要素监测，为防汛排涝工作提供准确的预警数据，及时掌控河湖库水位、堤防及地面积水情况。结合综合信息平台系统功能，确保城市安全平稳防汛度汛。

（2）水生态和水环境管控

集成感知体系中与河湖库健康指标相关数据（如水量、水质等），构建开发区河湖库一张图，实现开发区河湖生态健康数据的全面统筹管理，为“流域水环境”管理提供全面的数据支撑。

（3）水资源管理

充分利用物联网感知设备，无人机倾斜摄影技术，构建天地一体化监测系统，实现水资源信息监管，推进水资源管理向规范化、动态化、定量化、精细化、科学化转变，为水资源科学规划、配置、调度、节约与保护提供决策依据。

（4）水务设施远程监管

建立排水设施管控系统，实现泵站、闸站、调蓄池等重点水务设施远程监管，构建水量调度管控智能化基础，大幅提高排水设施数字化管理水平，实现开发区智慧湖泊“测-控”管理新模式。

（5）排水系统长效运维

通过系统梳理城市排水系统“源-厂-网-河（湖）”全过程各功能设施，涉水要素，以及对业务协同的辅助作用，从加强排水系统问题诊断能力支撑城市排水系统水量调度方面系统性支撑智慧水务系统建设，构建排水系统源头至末端的全方位全过程监督管理体系。

（6）防汛排涝智能外呼

防汛排涝期间，需要投入大量的人力进行值班情况抽查、防汛排涝预警，针对人力资源紧张现状，本平台通过构建统一的外呼平台，结合语音识别、语义理解等技术，实现通过外呼机器人自动拨打电话和反馈信息，将原5个人半天需要完成的工作提升到1个人1个小时内完成，大大提高了工作效率。智能外呼系统如图15所示。

（7）水面漂浮物自动发现

针对部分河湖污染物不能及时发现这一情况，平台结合河湖视频监控，利用视频分析技术，及时发现水面上的漂浮物，并及时通知相应的责任人进行处理，大大提高了处理效率，如图16所示。

1. 全面健全的感知体系

健全河、湖、管网、水务工情等监测，为业务管理提供支撑。项目通过多种方式进行现场情况的感知，实现感知体系全覆盖。

（1）自建感知站网

项目共建设300余处录视频监控站点，3处气象站，100余处水位监测站，90处管网液位监测，116处管网流量监测，10处管网流量水质监测站，94处闸站工情监测，3套自动巡航水质监测治理机器人，并对7处泵站进行智能化改造，如图17所示。

（2）接入其他单位感知站点

通过汇集共享方式接入政法委3000余路视频监控站点，接入武汉水务局11类232个测站监测数据。

（3）智能化预警体系

通过AI视频分析能及时发现渍水、水面漂浮物、河堤垃圾等现象，解决需投入大量人工的巡查、防汛工程安全难防范的问题。

2. 高效的指挥决策体系

通过“一张图”全面汇集实时监测、预测预警、上报事件等各类应急信息，并根据事件类型提供不同研判策略，构建全面指挥、协同调度的应急决策体系，实现“一图揽全局，一屏全调度”，提高指挥调度工作效率，如图18所示。

3. 便捷的信息协同共享机制

在统一的标准规范基础上，对数据进行规范整合，建立与市区相关部门的数据交换机制，预计每年新增汇聚数据5000万余条，消除“信息孤岛”，提高数据利用效率。

4. 智慧化的支撑体系

形成一批“国际先进、国内一流”的智慧化科技应用成果，包括水务语音交互、水务视频分析、水利专业分析模型、水务虚拟机器人、水务知识图谱等，全面辅助水务业务应用由信息监测、呈现为主向智能交互、精准预测、科学预判、及时预警转变，为防洪减灾、工程良性发展、调控运行科学精准提供服务保障能力。

智慧湖泊综合信息管理平台是智慧城市的重要组成部分，其基于统一公共管理平台，对海量信息及时分析与处理，从而以更加精准、动态的方式对水源地、供水、用水节水、排污的各个环节进行全流程管理，提供智能高效的水务管理、提供优质人性的水务服务，通过大数据挖掘为城市水务管理者提供决策支撑，创新水务运营、管理、服务模式，助推智慧城市健康有序发展。本项目建设后极大提高了洪涝灾害应对能力，通过合理调度，利用河湖水系调蓄空间减小灾害带来的直接经济损失。

本项目自2022年建设以来，服务于水务和湖泊局对经开区26个湖泊、15条河流、44条港渠、37处泵站、47处闸站、雨污管网、堤防岸线的管理，在数据汇集与共享、智能分析与预测、设备故障智能诊断、泵站优化调度等方面发挥了重要作用，有效地保证了经开区水务与湖泊局的水旱灾害防御和日常管理工作。同时，实现水利资源整合，为其他行业数据调用提供便利，实现了对水利相关的各类数据的标准化汇集、治理和共享，建设水利资源共享清单和标准化共享流程，有利于其他需求单位的数据调用。

在对外方面，本项目的关键成果也成功推广运用到了其他领域，带动了行业信息化的发展。如语音外呼运用到了广西水利厅山洪防御值班抽查和预警通知上，有效提升了信息传播效率；大数据集成与治理技术成功推广应用到浙江水利厅大数据平台项目上，支撑浙江全省水利数据的整合，推进了大数据资源的开发利用。