水利物联网平台 - 中水三立数据技术股份有限公司

水利物联网平台

产品介绍

为贯彻落实2016年12月中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于全面推行河长制的意见》、2018年1……

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产品特点
技术参数

一、产品概述

水利物联网管理平台是一个集成了设备接入、设备管理、数据安全通信、消息订阅、消息转发和数据服务（存储、分析、过滤、解析、集成）等能力的一体化平台。它向下支持连接海量设备，采集设备数据上云；向上提供云端API，服务端可以通过云端SDK调用云端API将指令下发至设备端，实现远程控制，是智慧水利建设的核心支撑系统。

二、系统架构

物联网管理平台基于SOA的混合架构。将平台分解为多个服务组件，每个组件负责特定的功能，并通过实时消息进行通信。这种模块化设计提高了平台的可扩展性和可维护性。

松耦合：服务之间通过定义良好的接口和契约进行通信，降低了服务之间的耦合度，使得服务可以独立地进行升级和替换。

平台架构主要分为以下几层：

数据层：负责数据的采集、存储和管理。通过物联网传感器等设备收集水利数据，并进行预处理和存储。

服务层：包含多个服务组件，如数据采集服务、数据分析服务、数据可视化服务等。这些服务通过服务总线进行通信，并提供标准化的接口供上层应用调用。

应用层：包含各种水利物联网应用，如防汛抗旱决策支持系统、水资源管理系统等。这些应用通过调用服务层提供的服务来实现具体功能。

三、产品功能

公司物联网应用平台面向水利行业数字化、网络化、智能化需求，构建基于边缘计算、设备管理、数据采集的服务体系。实现多协议、多平台、多网络、多地域设备快速接入，为大规模部署设备提供高并发、低延时管理能力。最新版本V3.1将统一视频接入底座、采集底座守护进程、采集任务管理中心以及针对当前时空数据库的预研究方案。

1、设备接入与管理 (Device Connectivity & Management)：

1）核心作用：这是平台最基础也是最重要的功能，负责与海量、异构的物联网终端设备建立连接并进行全生命周期管理。

2）关键能力：

多协议适配：支持主流物联网通信协议（如 MQTT, CoAP, HTTP, LwM2M, Modbus 等）和网络接入方式（蜂窝网/NB-IoT/4G/5G、LoRa、Wi-Fi、蓝牙、以太网等），实现设备的广泛接入。

设备注册与认证：提供安全可靠的设备身份注册、唯一标识分配（如 DeviceID）和认证机制（如证书、密钥）。

设备状态监控：实时监控设备在线/离线状态、网络连接质量、运行健康状况。

设备配置管理：远程对设备进行参数配置、固件升级（OTA）、批量操作。

设备影子 (Device Shadow/Twin)：维护设备的最新状态和期望状态的虚拟映像，即使设备离线，应用也能获取状态或设置期望值，待设备上线后同步。

2、数据采集与传输 (Data Ingestion & Telemetry):

1）核心作用：高效、可靠地从连接的设备收集传感器读数、设备状态、事件等各类数据，并将其传输到平台后端进行处理。

2）关键能力：

高频数据采集：支持海量设备并发上传数据，处理高吞吐量。

数据标准化：对不同格式的设备数据进行解析、清洗和标准化处理，统一数据模型。

可靠传输保障：提供消息队列、数据缓冲等机制，确保在网络波动或设备不稳定时数据不丢失。

低延迟处理：满足对实时性要求高的场景需求。

3、规则引擎 (Rules Engine):

1）核心作用：平台的大脑之一，基于预设的逻辑条件自动触发相应的动作，实现设备与设备、设备与应用之间的自动化联动。

2）关键能力：

条件定义：允许用户灵活定义基于设备数据（如温度超过阈值）、设备状态（如设备离线）、时间（如定时）等条件的规则。

动作触发：当条件满足时，自动执行预设动作，例如：

向设备发送指令（如远程关阀）。

触发告警通知（短信、邮件、APP 推送）。

将数据转发到指定存储（数据库、数据仓库）或分析引擎。

调用其他服务或 API（如启动某个业务逻辑）。

可视化配置：通常提供低代码/无代码的图形化界面，方便业务人员配置复杂逻辑。

4、数据存储与分析 (Data Storage & Analytics):

1）核心作用：对海量、有时序特性的物联网数据进行持久化存储，并提供强大的分析能力，从数据中提取洞察和价值。

2）关键能力：

多模存储：根据数据特性和访问需求，选择合适的存储方案：

时序数据库 (TSDB)：高效存储和查询带时间戳的传感器数据（如 InfluxDB, TimescaleDB）。

关系型数据库 (RDBMS)：存储设备元数据、配置信息、业务关系数据。

非关系型数据库 (NoSQL)：存储半结构化或非结构化数据（如文档、日志）。

数据湖/仓：用于长期存储和离线大规模分析。

数据分析工具：提供或集成流处理（如 Kafka Streams, Flink, Spark Streaming）和批处理（如 Spark, Hive）引擎，进行实时监控、历史趋势分析、异常检测、预测性维护、机器学习模型训练与应用等。

可视化：提供仪表盘、报表工具，将分析结果直观呈现。

5、设备远程控制与命令下发 (Remote Control & Command Delivery):

1）核心作用：允许应用程序或操作人员通过平台向连接的设备发送指令，实现对设备的远程操控。

2）关键能力：

安全通道：建立加密的命令下发通道，确保指令传输的安全性和完整性。

指令管理：支持指令的编排、排队、优先级设置、状态跟踪（发送中、已送达、执行成功/失败）和超时重试机制。

双向通信：不仅支持平台到设备的下行指令，也支持设备对指令执行结果的反馈（上行响应）。

同步/异步调用：根据场景需要，支持等待设备响应的同步调用或只确保指令送达的异步调用。

6、安全防护 (Security):

1）核心作用：穿整个平台和物联网生命周期的基石，保护设备、数据、通信和平台本身免受威胁。

2）关键能力：

设备身份认证与授权：确保只有合法设备能接入平台，并严格控制其访问权限。

传输安全：普遍使用 TLS/DTLS 等协议对设备与平台之间、平台内部组件之间的通信进行加密。

数据安全：对存储的敏感数据进行加密（静态加密），确保数据保密性。

访问控制：对平台管理后台、API、数据资源实施严格的基于角色的访问控制 (RBAC)。

安全审计与监控：记录关键操作日志，实时监控异常行为和安全事件。

四、平台特色/功能亮点

1)具备水利行业全要素数据接入：支持水文、水资源监测；一体化闸门监测；管道水锤监测；自动化数据采集与控制；雨量、环境、污染物水质监测。能够接入各种传感器（水位计、流量计、雨量计、水质多参数仪、渗压计、位移计、闸门开度仪、视频摄像头等）、遥测站点（RTU）、自动化控制系统（PLC/SCADA）气象预报等产生的海量、多类型数据。

2)高效稳定的数据存储架构： 利用分布式存储、时序数据库、关系型数据库等技术，高效存储和管理海量的结构化、半结构化和非结构化数据（包括实时数据、历史数据、空间地理信息、视频流等）。能够高效地处理海量数据的写入、读取和查询，确保低延迟和高吞吐量，满足业务快速发展与用户高并发访问的需求。

3)应用场景广泛： 基于物联网（IoT）、云计算、人工智能等技术构建的智慧化管理系统，实现对水资源、水工程、水环境的全域感知、数据融合与智能决策。核心目标为提升水资源利用效率、保障防洪安全及优化水环境治理。对水库、水闸、泵站、堤防等工程的运行状态进行监控，实现远程控制、智能调度、安全监测和运维管理。服务于灌区信息化、农村饮水安全、小水电监控等。

五、技术特点

水利物联网平台深度融合物联网、云计算、大数据与人工智能技术，构建“全面感知、可靠传输、智能处理、智慧应用”的技术体系。通过构建“感-传-知-用”的闭环体系，显著提升了水情监测预警的时效性与准确性、工程运行管理的精细化与智能化水平、水资源调配的科学性与高效性，为新时代智慧水利建设和水治理能力现代化提供了强大的技术引擎。

1)泛在智能感知：部署大量多功能传感器（水位、流量、水质、雨量、墒情、闸门开度、视频图像等）及智能终端，实现对江河湖泊、水库闸坝、灌区渠道、水源地、水土保持区等水利要素的全天候、立体化、高精度实时动态监测。

2)多模可靠传输：综合运用专线、4G/5G、LoRa、光纤、卫星通信等多种通信技术，适应水利工程地域广、环境复杂（野外、水下、偏远）的特点，确保监测数据在复杂环境下（如强降雨、山区）的稳定、低功耗、远距离、高并发传输。

3)边缘智能协同：在靠近数据源的网络边缘部署边缘计算节点，实现数据本地化预处理、缓存、协议转换及简单规则告警，有效降低网络带宽压力与云端负载，提升系统实时响应能力和可靠性。

4)云平台强大支撑：基于弹性可扩展的云计算基础设施，提供海量异构数据的高效接入、存储、治理与管理能力。利用分布式计算与大数据技术（如Hadoop, Spark, Flink）实现对庞杂水利数据的快速处理与分析。

5)数据融合与智能分析：整合多源异构数据（监测数据、业务数据、地理信息、气象预报等），构建水利时空大数据中心。应用人工智能算法（机器学习、深度学习）进行数据挖掘、模式识别、预测预报（如洪水演进模拟、干旱预测、水质预警、工程安全诊断）及智能决策支持。

6)模型驱动与数字孪生：集成专业水利模型（水文模型、水动力模型、水质模型、水资源配置模型等），结合三维GIS、BIM等技术，构建重点流域或工程的数字孪生体，实现物理世界与虚拟世界的交互映射，支撑仿真模拟、预案推演和优化调度。

7)开放共享与服务化：采用微服务架构和标准化API接口，实现平台功能的灵活组合与按需调用，便于与现有业务系统（如水旱灾害防御、水资源管理、河湖长制）无缝集成，并支持跨部门、跨层级的数据共享与业务协同。

8)高可靠与强安全：设计多重冗余备份与容灾机制保障平台连续稳定运行。建立纵深防御安全体系，涵盖物理安全、网络安全、主机安全、应用安全、数据安全及隐私保护，满足水利关键信息基础设施的高等级安全要求。

9)可视化与交互体验：提供丰富的可视化展示（电子地图、图表、仪表盘、三维场景）和直观的人机交互界面（Web端、移动App、大屏），将复杂的水利信息与分析结果清晰呈现，辅助管理人员精准掌控全局、高效指挥调度。

六、典型案例

1、息县大别山一体化闸门监控系统

2、江巷水库信息化管理平台

3、安徽省建管小水电

一、产品概述

为贯彻落实2016年12月中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于全面推行河长制的意见》、2018年1月12日水利部办公厅印发《河长制湖长制管理信息系统建设指导意见》和《河长制湖长制管理信息系统建设技术指南》等文件精神，自2017年开始，中水三立数据技术股份有限公司研发河长制大数据决策支持系统，并在多个省、市、县/区得到落地应用。各河长制项目又不断完善 “河长制”产品体系，为完善河长制信息化建设内容、加强示范河湖建设、扩大河长制业务等提供重要支撑，为河（湖）长制从“有名”到“有实”保驾护航。

河长制大数据决策支持系统，主要建设五位一体的河长制大数据决策支持管理系统，即1个平台（统一平台、平台标准体系；统一安全管理、统一运行维护）、5类应用（PC端/APP/微信/门户/电话）、5类架构（省/市/县/镇/村）、5类用户（各级河长办/各级河长/各级对口职能部门/各级监督部门/各类社会公众）。

二、系统架构

河长制决策支持系统总体架构包括“六个层次”与“两套保障”。其中“六个层次”主要由采集感知层、基础设施层、数据中心层、应用支撑层、应用系统层及门户组成，“两套保障”包括标准规范体系和安全保障体系。总体架构图如下图所示。

图总体架构图

采集感知层：作为整个河（湖）长制平台的数据来源，负责系统数据的采集工作，包括雨量、水质、视频、水位、流量等数据的采集。采集层主要包括监测站、遥感影像、视频等数据采集终端。采集层各监测设备根据既定的要求运行，数据采集后以统一的格式通过网络存储到对应的数据库中。

基础设施层：通过政务云平台实现数据云存储，并运用互联网、政务内网、政务外网、控制专网多种网络类型。

数据中心层：基于大数据基础框架，运用结构化存储、半结构化存储及非结构化存储等框架和离线计算、分布计算存储、内存计算及流式计算等计算框架，构建数据库，包括基础库、汇集库、主题库、产品库、模型库、多媒体库及共享库。通过数据汇集、数据治理、数据管理及数据更新等管理平台为业务应用提供思考与决策的数据基础。

支撑平台层：为系统应用提供信息及软件资源支撑服务，构成数据服务体系，对下汇集数据资源，对上支撑应用服务。支撑层涵盖综合服务、应用集成平台、应用构件平台等。

应用系统层：立足于信息平台的数据资源，以服务于河（湖）长制各项任务的开展和业务的执行为目标，为用户提供综合信息服务，即整个系统管理端、移动APP、微信公众号和门户网站的数据管理、信息展现和决策支撑服务。

门户层：服务河长办、河长、各级监督部门、各级职能部门、社会公众等组织。

三、产品功能

1、管理系统

河长制一张图：展现所属行政区划河湖的总体概况，包括河湖基础信息、动态监测信息、专题图层展示信息，提供GIS全景监控，智能化分析河湖相关指标。

图工作台

事件处理：实现事件处理、事件公开、督办交办、事件跟踪、事件归档，满足多种工作事务的需求。

巡河管理：提供河长巡河工作管理功能，包括巡查计划、巡查内容、巡河轨迹、巡河记录、上报问题等内容。

考核评估：提供河长制考核评估功能，包含考核指标管理、考核评价管理、考核评估统计，实现考核工作透明、有理有据。

基础信息管理：主要对河湖名录、河（湖）长名录、一河（湖）一策、一河（湖）一档、机构管理、河道部件，如公示牌、排污口等信息进行维护管理。

统计分析：河长工作情况统计分析，实现可视化展示，包括问题统计、巡河统计、签到统计、履职统计、污染源统计。

2、移动APP

一张图：基于水利一张图，展示河湖信息、公示牌信息、水质信息、巡查信息、投诉信息等，用户可在一张图上直观查看到相应信息，并通过点击详情后查看到详细信息。

图一张图

通讯录：即时通讯功能，包括会话、通知、通讯录、工作组，河长可以通过文字、语音、图片等方式进行即时通讯、会话。

工作台：提供信息查询、事件处理、治水动态、采集核对、考核评估、移动直播功能，满足多种工作事务的需求。

图工作台

统计分析：河长工作情况可视化展示，包括APP安装率统计、签到率统计、巡河统计、事务办结率统计、河长周报，通过分析统计，河长及河长办可了解各地河长工作情况并及时督促、调整。

图统计分析

3、微信公众号

新闻动态：提供新闻动态、更新公告信息的展示，公众可以了解更新的新闻、通知公告，实现信息公开、透明，提高公众参与度。

图新闻动态

投诉举报：公众可以通过拍照或拍视频的方式，对河（湖）污染、河（湖）涉水违法事件、河（湖）垃圾等情况进行举报，并上传至河长办；事件举报后，可跟踪了解事件处理的进度情况。

献计献策：公众可对河湖治理提出合理化的意见或建议。

曝光台：公众可查看当前所在区域的河湖举报事件及详情，包括举报时间，举报地点，举报内容，举报照片及各个环节处理时间，处理人物，处理结果等信息。

图曝光台

4、门户网站

信息公开：向公众发布河（湖）基本信息及相关治理成果展示。

新闻动态：向公众展示新闻动态、更新公告信息，实现信息公开、透明化。

图新闻动态

投诉举报：公众对河（湖）污染、河（湖）涉水违法事件、河（湖）垃圾等情况进行举报，并上传相关资料至河长办；事件举报后，可跟踪了解事件处理的进度情况。

四、平台特色/功能亮点

河长制一张图：通过一张图的形式，以遥感影像和电子地图为基础，以行政区划和水系为主体，综合展示河湖的各类专题数据，包括涉河工程、水质监控断面、水质现状、水源保护区、取水口、入河排污口、污染源、视频监控点、投诉事件等数据，同时采用三维VR、三维实景等新技术让河湖展示更直观。

图河湖水质

动态多维统计分析：通过动态图表的展示形式，根据不同统计分析维度，支持综合报表、水质报表、事件统计报表和巡查统计报表等；同时对河湖问题事件的数量、状态、时效、评价、日常巡河频率、巡河覆盖率、巡河有效率等都可进行分析统计，为各级河长办的考核提供重要数据参考。

图巡河统计

可视智能实时监控：平台可接入新建及相关局委办已建的视频监控数据，根据权限可远程操纵各监控点；在移动视频监控方面，可实时接入无线图传设备、无人机实时图传监控视频等，在实时执法、应急事件处理中提供实时可视化服务。智能视频监控可以智能识别水面情况如识别水面垃圾等。

实时数据监测预警：各种物联网传感器探测到河湖的COD、氨氮、溶解氧、总磷、水流速、水量、雨量、视频图像或图片等数字化信息，通过GPRS/CDMA通道，上传到在线监测监视中心，同时可通过内部网登录各种内部管理系统和调度自动化系统。系统基于河湖健康评估参数，及时对水环境实施预警预报，使河长能及时监视现场情况，快速处理问题。

巡河事件上报和处理合理规范：针对基层河长，设置语音上报河湖问题，针对提交事件设计不同的处理流程。镇、村级河（湖）长以及管护员提交的事件，直接提交到乡镇级河长办，由相关人员进行分办和督办；省、市、县级河（湖）长提交的事件，提交到本级相应的河长办，由相关人员进行分办和督办。上级河（湖）长可以对下级河（湖）长处理的事件进行跟踪和督办。