基于新一代信息技術(shù)的河道堤防“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)研究

李軍

關(guān)鍵詞：新一代信息技術(shù)；河道堤防；“智慧防控網(wǎng)”

0 引言

守護(hù)荊江安瀾，是荊州市長江河道管理局公安分局承擔(dān)的主要職責(zé)和使命。隨著近年來新一代信息技術(shù)在河道堤防方面的廣泛而深入應(yīng)用，借助這些先進(jìn)技術(shù)構(gòu)建智慧化的河道堤防防控網(wǎng)絡(luò)，提高風(fēng)險(xiǎn)信息搜集、分析和研判能力，確保荊江安瀾，成為分局的重要任務(wù)。

1 河道堤防“智慧防控網(wǎng)”總體架構(gòu)

圖1是基于新一代信息技術(shù)的河道堤防“智慧防控網(wǎng)”總體架構(gòu)。通過該圖可以看出，河道堤防“智慧防控網(wǎng)”主要包括數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用支撐層和業(yè)務(wù)系統(tǒng)層。其中，數(shù)據(jù)采集層是通過水雨情采集器、涵閘自動化采集器、視頻監(jiān)視器和其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。網(wǎng)絡(luò)傳輸層是基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電信帶寬，將采集到的數(shù)據(jù)通過有線或者無線的方式傳輸至數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)層是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)開發(fā)的統(tǒng)一的、數(shù)據(jù)高度集中的空間和非空間數(shù)據(jù)庫，主要包含自動化設(shè)備采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)和雨水情監(jiān)測數(shù)據(jù)等。應(yīng)用支撐層是為“智慧防控網(wǎng)”應(yīng)用功能的實(shí)現(xiàn)而提供的基礎(chǔ)框架和通用服務(wù)支持，在為數(shù)據(jù)存取和數(shù)據(jù)集成提供運(yùn)行平臺支撐的同時，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和軟硬件資源的共享，并為與業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間的協(xié)同提供條件支持，主要包含資源管理、信息交換與共享、軟件構(gòu)建數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)存取等。業(yè)務(wù)系統(tǒng)層是在GIS、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)基礎(chǔ)上開發(fā)的、可交互的智慧防控業(yè)務(wù)系統(tǒng)，主要為實(shí)現(xiàn)綜合展示、防洪調(diào)度、高效辦公、智慧運(yùn)維等業(yè)務(wù)操作提供相應(yīng)的支持。

2 河道堤防“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)的內(nèi)容與路徑

河道堤防任務(wù)內(nèi)容的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，決定了基于新一代信息技術(shù)的河道堤防“智慧防控網(wǎng)”在建設(shè)內(nèi)容和路徑等方面要遵循模塊化、系統(tǒng)化的原則，即要通過推進(jìn)防汛、堤防、辦公、河道建設(shè)的全時空、全覆蓋、全聯(lián)動的智慧防控網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)河道堤防防控的智慧化[1]。在這方面，荊州市長江河道管理局公安分局主要按照智慧防汛、智慧堤防、智慧辦公、智慧河道建設(shè)四項(xiàng)內(nèi)容開展了相應(yīng)的“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)。

2.1 智慧防汛建設(shè)——“智慧腦”防汛調(diào)度體系

萬里長江，險(xiǎn)在荊江。荊江防汛之所以“險(xiǎn)”，主要在于該河段遭受洪水威脅的風(fēng)險(xiǎn)比較大，且河段有來量大、泄量小的特點(diǎn)，加之江湖關(guān)系復(fù)雜，使得荊江很容易出現(xiàn)防汛危機(jī)。相關(guān)資料顯示，2002—2016 年，荊江段汛期出現(xiàn)險(xiǎn)情的有10年[2]。在這樣的情況下，構(gòu)建智慧防汛體系，確保荊江防汛能力和效果，就成為基于新一代信息技術(shù)的河道堤防“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)的首要內(nèi)容。

在智慧防汛建設(shè)方面，分局主要提出了“智慧腦”防汛調(diào)度體系的路徑。首先，借助新一代信息技術(shù)建設(shè)雙向網(wǎng)絡(luò)視頻會商系統(tǒng)，使分布在各個堤段的水利人員可以與上級主管部門實(shí)現(xiàn)實(shí)時的遠(yuǎn)程視頻匯報(bào)、交流活動，該系統(tǒng)同時具備與省水利廳、市河道局連接的功能，方便在出現(xiàn)險(xiǎn)情時，各方面的實(shí)時討論協(xié)商，提高防汛的效率。其次，加強(qiáng)堤防智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)，通過在可能發(fā)生險(xiǎn)情的9處險(xiǎn)段設(shè)置了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)24小時全天候的監(jiān)測。同時，該系統(tǒng)還與預(yù)警信息平臺相連接，提高了汛情險(xiǎn)情信息研討、風(fēng)險(xiǎn)信息的精準(zhǔn)發(fā)布和風(fēng)險(xiǎn)防控行為的綜合調(diào)度能力，提高了防汛的精準(zhǔn)性。第三，利用人工智能技術(shù)建立用于防汛調(diào)度管理的三維電子沙盤。該沙盤可以直觀地展示堤防工程、水利設(shè)施、防汛搶險(xiǎn)的基本情況，為汛情期間的會商、研判與決策提供實(shí)時準(zhǔn)確和可視化的技術(shù)支持。

2.2 智慧堤防建設(shè)——“智慧眼”堤防管控體系

目前，荊州市域內(nèi)的長江干支流兩岸堤防總長達(dá)到2031km。如此規(guī)模的堤防和各段堤防本身的復(fù)雜性，增加了堤防工作的難度。在這樣的情況下，分局原本采取的是分層監(jiān)測的方式，即將所有堤防劃分為險(xiǎn)工險(xiǎn)段、段組庭院、重點(diǎn)堤段進(jìn)行劃分，然后安排專門的人員負(fù)責(zé)對重點(diǎn)堤段進(jìn)行駐防。這種方式雖然能夠保證重點(diǎn)堤段堤防工作的穩(wěn)定、有序開展，并為整段堤防的加強(qiáng)提供重點(diǎn)信息支持，但由于沒有覆蓋全堤段，導(dǎo)致堤防工作存在部分堤段風(fēng)險(xiǎn)大的情況。

在智慧堤防建設(shè)中，分局重點(diǎn)引入了“智慧眼”的堤防監(jiān)測方式，在堤險(xiǎn)工險(xiǎn)段、段組庭院和重點(diǎn)堤段中細(xì)分出68個監(jiān)控點(diǎn)，并在這些監(jiān)控點(diǎn)處安裝218個攝像頭，構(gòu)建起了“互聯(lián)網(wǎng)+安全堤防”的綜合監(jiān)控體系。目前，該體系不僅能夠?qū)χ攸c(diǎn)堤段進(jìn)行全天候的監(jiān)測，同時也為整個荊州市域內(nèi)的堤防管控提供了重要的基礎(chǔ)支持。同時，分局還與諸如公安縣公安局加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)方面的合作，通過鋪設(shè)光纜專線的方式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連接，共享公安系統(tǒng)在堤防管理范圍內(nèi)的80余個監(jiān)控?cái)z像頭，實(shí)現(xiàn)對堤防的實(shí)時巡查、預(yù)警和執(zhí)法輔助，實(shí)現(xiàn)堤防管理的常態(tài)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

2.3 智慧辦公建設(shè)——“智慧耳”辦公體系

河道堤防“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)還需要協(xié)調(diào)和處理好人與人之間的關(guān)系，即通過技術(shù)來提高人與人之間信息溝通和行為協(xié)同的效率與效果[3]。這方面建設(shè)的重點(diǎn)體現(xiàn)為智慧辦公建設(shè)，即通過辦公方式的技術(shù)化升級，來提高信息在不同單位、不同部門、不同人員之間的傳遞效率，使信息在最短的時間內(nèi)被接受和使用，以此來提高工作的效率與效果。

在智慧辦公建設(shè)方面，分局主要沿著“智慧耳”辦公體系構(gòu)建的方向努力。首先，加大對網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施的投入，提高信息傳輸?shù)男省Ｔ谶^去的幾年中，分局借助通信網(wǎng)絡(luò)光纖工程的契機(jī)，實(shí)現(xiàn)了260公里通信網(wǎng)絡(luò)光纖工程，使得堤段主干網(wǎng)通信帶寬容量達(dá)到2.5G，同時，也實(shí)現(xiàn)了分局與其他行業(yè)單位的辦公局域網(wǎng)的光纖網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通。其次，積極搭建“智辦公”和“云視訊”應(yīng)用平臺，在任何時間，任何堤段的人員都可以和防汛指揮中心大屏互聯(lián)互通，進(jìn)行視頻音頻通話，為各險(xiǎn)段在汛期與分局開展視頻會話和專家遠(yuǎn)程調(diào)度指揮提供了直接的技術(shù)平臺支持，使得與防汛相關(guān)的信息的傳遞和行為的決策效率均得到了明顯的提高。

2.4 智慧河道建設(shè)——“智慧手”河道巡河體系

荊江河道復(fù)雜且險(xiǎn)峻，在藕池口以上段荊江的河道顯得微微彎曲，河道相對固定，而以下段則顯得彎曲明顯，在只有80km的直線距離內(nèi)，產(chǎn)生了迂回曲折的16個大彎，河道長度也達(dá)到了240km以上。這種復(fù)雜且多樣的河道狀況，使得荊江河道管理的難度非常之大。

在智慧河道建設(shè)方面，分局將河道建設(shè)的重心細(xì)化為巡河，即通過全范圍、高頻次的巡查獲取河道問題，助力河道管理工作的開展[4]。一是構(gòu)建以App為載體的巡河護(hù)水新模式，即開發(fā)岸線巡查管理信息系統(tǒng)App，并要求84名岸線管理員均在配備的智能手機(jī)上安裝該款A(yù)pp，將App作為巡河護(hù)水工作中的取證、信息反饋與溝通等工作的載體。二是開發(fā)堤防網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)和安裝語音勸導(dǎo)雙向?qū)χv系統(tǒng)，通過這兩類系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)白天不定時的法律法規(guī)、常見保護(hù)、岸線管理知識內(nèi)容宣傳；同時對正在做可能破壞堤防岸線人員以及在長江禁漁1區(qū)釣魚人員的語音勸導(dǎo)，并通過實(shí)時對講、警告勸離、違法取證等智慧化功能，為河道巡河護(hù)水提供更加智能、多元的技術(shù)工具支持[5]。

3 河道堤防“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)中需要注意的問題

河道堤防“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)的目的是借助新一代信息技術(shù)賦能荊江河道堤防管理工作，使管理更加全面、精準(zhǔn)和有效[6]。而要想使建設(shè)起來的河道堤防“智慧防控網(wǎng)”能夠有效地運(yùn)行，達(dá)到預(yù)期的目的，就需要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用場景和應(yīng)用情況，對可能或者已經(jīng)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。就當(dāng)前而言，河道堤防“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)需要重點(diǎn)注意以下兩點(diǎn)問題。

3.1 完善網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

網(wǎng)絡(luò)是影響信息傳輸效率和智慧化系統(tǒng)運(yùn)行效果的基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性因素[7]。為保證基于新一代信息技術(shù)的河道堤防“智慧防控網(wǎng)”建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，分局要注意根據(jù)建設(shè)的進(jìn)度和需要，持續(xù)完善相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。首先，要定期評估和更新核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如路由器、交換機(jī)、防火墻等，確保這些設(shè)備的固件和軟件保持最新，以獲得最新的安全補(bǔ)丁和功能改進(jìn)。其次，提高網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施升級改造能力。一方面，要開展智能化的設(shè)備日志分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行日志信息的自動化、智能化分析，一旦分析中發(fā)現(xiàn)設(shè)備性能、錯誤和故障的重要信息，就發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)或者提示，提高網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施升級改造信息獲取的效率和效果。另一方面，要定期開展網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的巡檢，檢查設(shè)備的物理狀態(tài)、連接狀態(tài)和設(shè)備配置，以便及時發(fā)現(xiàn)潛在的硬件問題、連接問題或配置錯誤，從而維護(hù)設(shè)備的正常運(yùn)行和性能[8]。同時，要定期進(jìn)行性能評估和優(yōu)化，通過性能測試和負(fù)載測試，了解設(shè)備的性能極限和瓶頸所在。根據(jù)測試結(jié)果，采取相應(yīng)的優(yōu)化措施，如調(diào)整配置、升級硬件或增加帶寬等，以提升設(shè)備的性能。

3.2 強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系

河道堤防“智慧防控網(wǎng)”的運(yùn)行和優(yōu)化是基于海量數(shù)據(jù)資源利用，以及網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行基礎(chǔ)上。為保證“智慧防控網(wǎng)”的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，除了關(guān)注河道堤防智慧化管理功能的開發(fā)外，還要借助新一代信息技術(shù)構(gòu)建更加強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)體系，從多角度提高網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)的水平和效果。首先，要強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全[9]。一方面，要定期更新和升級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟件和固件，修復(fù)已知漏洞和彌補(bǔ)安全缺陷；另一方面，要持續(xù)優(yōu)化既有的身份驗(yàn)證和訪問控制機(jī)制，例如，引入多層次訪問控制機(jī)制，確保只有經(jīng)過授權(quán)的用戶和設(shè)備能夠訪問系統(tǒng)和數(shù)據(jù)；應(yīng)用強(qiáng)密碼策略、雙因素認(rèn)證和基于角色的訪問控制，限制用戶權(quán)限和資源訪問，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。其次，要部署下一代防火墻系統(tǒng)和CA認(rèn)證，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)與信息安全態(tài)勢感知平臺，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)安全行為監(jiān)測、預(yù)警與回溯主動防護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“智慧防控網(wǎng)”的動態(tài)防御。再次，要建立強(qiáng)大的監(jiān)測系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)流量、設(shè)備狀態(tài)和安全事件進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與分析。例如，可以利用網(wǎng)絡(luò)流量分析器和數(shù)據(jù)包捕獲工具實(shí)時收集和分析網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)，并獲取關(guān)鍵的指標(biāo)和可視化報(bào)告，幫助管理人員發(fā)現(xiàn)異?；顒?、流量峰值、潛在的攻擊行為等。同時，要利用機(jī)器學(xué)習(xí)和行為分析技術(shù)，構(gòu)建智能安全分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)正常網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備行為的模式自動檢測和識別異?；顒樱皶r發(fā)現(xiàn)未知的攻擊模式和新興威脅，提高對潛在安全威脅的感知能力。最后，要注意加強(qiáng)人員網(wǎng)絡(luò)安全知識和技能培訓(xùn)。分局要通過開展系統(tǒng)性的網(wǎng)絡(luò)安全培訓(xùn)活動，向相關(guān)人員傳授網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)知識、風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知。同時，要結(jié)合“智慧防控網(wǎng)”運(yùn)行的環(huán)境和狀況，定期開展模擬演練和滲透測試，使相關(guān)人員親身體驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)攻擊和安全事件處理的過程，提高應(yīng)急響應(yīng)和問題解決的能力[10]。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于新一代信息技術(shù)的河道堤防“智慧防控網(wǎng)”是荊州市長江河道管理局公安分局結(jié)合自身的職責(zé)，以及新一代信息技術(shù)的優(yōu)勢開發(fā)的綜合性智慧網(wǎng)絡(luò)。在內(nèi)容方面，河道堤防“智慧防控網(wǎng)”主要包括智慧防汛、智慧堤防、智慧辦公、智慧河道建設(shè)等內(nèi)容，這基本上滿足了荊江河道堤防管理的基本需要。而為了充分發(fā)揮河道堤防“智慧防控網(wǎng)”的功能，分局要在平時注重網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的更新和加強(qiáng)技術(shù)操作的培訓(xùn)指導(dǎo)，使先進(jìn)技術(shù)得到科學(xué)、有效的應(yīng)用。