智慧防汛物联网监测平台方案

智慧防汛物联网监测平台解决方案 2021 年 1 月 智慧防汛物联网监测平台解决方案 目 录 1 项目概述 4 1.1 项目背景 4 1.2 建设目标 4 1.3 性能需求分析 5 2 总体设计........................................................................ 6 1.4 建设原则 6 1.5 总体架构设计 7 1.6 整体功能设计 8 1.7 安全架构设计 9 1.8 总体技术路线图 10 1.9 引用文件 12 2 建设方案 13 2.1 物联网互联互控平台 13 2.1.1 总体设计 14 2.1.2 感知终端 14 2.1.3 通信网络 15 2.1.4 物联网互联平台 16 2.1.5 物联网互控平台 20 2.1.6 物联网数据中心 21 2.1.7 物联网发布服务 23 2.1.8 平台监控系统 24 2.1.9 系统数据安全 29 2.1.10 异常处理设计 31 2.2 实景三维地理信息系统 31 2.2.1 概述 31 2.2.2 技术介绍 36 2.2.3 质量控制 46 2.2.4 倾斜摄影技术的应用 47 2.3 防汛监测系统 55 2.3.1 系统总体网络图 56 2.3.2 监测子系统技术指标 56 2.3.3 监测站功能设计 56 2.3.4 主要采集设备配置 57 10 2.3.5 软件平台 61 2.3.6 监控中心大屏系统 65 1 项目概述 1.1 项目背景 全球气候变化产生了城市热岛、雨岛效应，未来城市极端气象事 件会越来越多，持续强降雨天气将导致城市内涝灾害频发。城市人口和 GDP 密集，一旦成灾，损失严重。2012 年 7 月 21 日，北京遭遇 61 年来最强暴雨，单日降雨量达 460 毫米，导致市区大面积内涝，受害面积 16000 平方公里，导致 160 万人受灾，77 人遇难，1 万多辆车受损，经济损失超过百亿。 分布于城市中的隧道和立交桥等低洼路段在遭遇短时强降水天气 时会由于排水不畅或者排水能力不足而形成深度积水，轻则阻塞交通， 重则危害过往车辆和行人安全。市政、防汛、路政等政府相关管理部 门亟需一套能够实时监测路面积水状况的城市防汛预警应急指挥系统。 1.2 建设目标 实时监测积水点（隧道、道路低洼处、立交桥）水位，通过无线 网络将现场数据传送至监测预警中心。积水监测点设备具备低功耗模式，可通过太阳能供电系统供电。 监测预警平台具备电子地图信息发布功能，决策人可通过电子地图查看积水点分布，直接查看各积水点的实时水位、雨量数据。 监测预警平台内置积水水位预测算法，经扩展可支持城市暴雨洪水模拟功能。 实现测站基本数据以及图像的自动采集、远程传输、处理和入库， 满足水情报汛要求。 中心正确接收一次所属全部报汛站的遥测数据的时间不超过 5 分钟,完成一次区域报汛站数据采集并完成数据传输、处理、入库的时间 不超过 8 分钟，并能及时向有关单位和上级部门分发转报，提供信息 服务。 数据通信误码率小于 10－6 ，可靠度＞ 99.99 ％。 支持查询和自报混合式体制，NB-IOT 主备信道自动切换。 1.3 性能需求分析 应用系统性能指标要求如下： 1、并发用户指标：并发用户数≥500 2、系统稳定性指标：系统有效工作时间要求≥99.5% 3、业务处理能力性能指标 （1） 在业务高峰时，每分钟能够同时处理 150 笔数据维护更新操作；200 笔的数据查询操作。 （2） 在 500 个并发用户访问时，确定条件的信息查询响应时间小于 5 秒钟。 （3） 每笔业务的响应时间在 5 秒以内。 （4） 登录要求响应时间在 5 秒以内。 2 总体设计 1.4 建设原则 坚持以问题为导向，直接面临治理社会的紧迫问题，充分利用移动互联网、云计算和大数据技术，创新社会治理服务。建设工作坚持以下原则： （一）基本原则 （1） 资源共享, 标准统一 遵循《城市市政综合监管信息系统技术规范》、《管理部件和事 件分类编码》、《单元网格划分编码与划分规则》、《地理编码规则》等行业标准，保证平台与其它电子政务系统的互联互通、资源共享。 （2） 因地制宜，积极探索 为了使平台能真正地满足当地需求，在借鉴其它网格化社会管理服务经验的同时，应密切结合镇的实际情况，注重解决本地区社会管理突出问题，积极探索富有地方特色的社会治理综合服务平台。 （3） 强化末梢，实时采集 根据“任务相当、方便管理、界定清晰”的原则,将公安、民政、 计生、人社、城管等多个部门信息采集员进行整合,按照城区一定户数、农村以自然村为单位配备一名网格员 ,作为社会治理的神经末梢,运用移动智能终端和智能语音技术,对网格内“人、地、事、物、组织”信 息进行实时采集、上报和核查,准确掌握网格内的基本信息、社情民意、事故隐患和突发事件。 （4） 需求驱动 要紧紧围绕社会治理服务需求设置功能，根据业务需求进行数据收集并进行分析。 （二）建设原则 （1） 方便实用原则。要充分利用智能手机等移动终端，界面要友好，数据呈现方式要直观，操作要符合用户日常使用信息软件的习惯。 （2） 集成整合原则。要立足现有资源，充分吸收利用社会资源， 使用成熟技术，从数据集成、功能集成、服务集成三个层面整合各方资源构建平台。 （3） 统一规范原则。平台的建设应符合业界主流标准与规范，如业务集成、数据集中；统一门户，统一身份认证；统一编码规范、统一数据格式；统一数据库与容灾备份等均应遵循标准化规划与设计的原则。 （4） 互联互通原则。基于统一的支撑平台，实现各级部门和企业的各类业务系统的统一架构和运行，实现系统互联互通及数据共享， 避免因为信息系统分开独立建设造成信息孤岛和重复投资。本平台在全市统一部署支撑平台及建设公共的应用系统。镇级监管单位、社区服务、企业等公用，共性功能模块统一搭建在支撑平台上，避免重复建设，系统之间不兼容，数据不互通。 1.5 总体架构设计 智慧防汛物联网监测平台充分利用“物联网”、“实景三维地理信息技术”等，搭建具备实景三维地理信息展示的物联网互联互控平台，并在该平台下建设防汛监测系统，通过数据接口与各主体部门业务数据进行充交汇整合，通过数据挖掘、可视化等技术，更加全面展示防汛平台的建设效果,为社会治理提供直观的辅助决策支持。 应用层 防汛监测系统 平台层 物联网互联互控平台 实景三维地理信息系统 网络层 NB-IOT 设备层 水位传感器 雨量传感器 视频监控摄像机 总体架构图 本项目将总体围绕智慧城市的建设思路，建设开放的互联互通的防汛监控平台。 1.6 整体功能设计 根据对整个城市的社会治理现有应用系统的分类梳理，以及未来应用系统建设规划，智慧防汛物联网监测平台子系统包括：防汛监测系统、实景三维地理信息系统、物联网互联互控平台等。 1、防汛监测系统 由水位、雨量、井盖等传感器、通信终端、太阳能供电系统和防汛监测管理系统组成（如道路、隧道、停车场、井盖、水库等）。其中水库 3 个站点、道路积水 10 个站点、隧道/立交桥 5 个站点、地下停车场 5 个站点和井盖 100 个站点。 2、实景三维地理信息系统 采用倾斜摄影技术，构建整个城市的实景三维地图数据，建设独立公用的三维GIS平台系统，覆盖全镇全部管辖范围，包括空域协调和办理、全镇域飞行数据采集、自动建模、重点建筑物高精准建模、全镇域正射影像图、web端平台和移动平台、服务器，建设底层三维 GIS 平台，为其他系统提供基础数据服务。 2、物联网互联互控平台 用户层安全 身份认 证 用户层 访问控制 安全 审计 访重放 服务层安全 SOA 安 全 安 全技术防护体系 数据采集 存储和处理层安全 系统层安全 云 计算环境 网络层安全 传感器联 网安全 安全域 划分访问控制 流量控制 网络防恶意代码 云平台网 络层安全 感知层 安全 设备安 全 环境安 全 物理层安全 传感网 包括物联网互联平台、物联网互控平台、数据处理中心、物联网数据中心、物联网应用、物联网发布服务、平台监控系统及配套服务器。 1.7 安全架构设计 基于云技术的服务平台一旦被攻击者控制、安全漏洞被利用或用 户身份被盗用，攻击者可以利用服务平台的庞大网络资源、用户身份资源、计算资源组织更大规模的攻击。而云平台由于具有动态特征， 对于此类攻击难于确定和追踪，由于综合平台的建设目标破除信息孤岛、打通不同的业务系统，这也造成了一定的隐患，一旦一个系统被攻击，可能会迅速导致蔓延到其他业务系统，加速整个体系瘫痪，并且现在并未确立横向协同机制，在出现问题之后的应急和处理会相当复杂。因此，综合平台总体设计需要纳入信息安全保障和应急防范体系。 基于技术框架和安全威胁分析，提出的安全体系框架设计如下： 安全策略 组织架构职责 技术规范 管理制度规范 安全队伍 岗位 指责 教育 培训 人员 安全 合作 联动 安全 宣传 数据分 数据通 数据处理 云计算 级分类 信加密 交换过程 平台存 安全 储备份 与恢复 终端 操作系 数据库系 云虚拟 安全 统安全 统安全 机隔离 安全管理与 运行体系 合规性管 理 应急管理 风险管理 安全监控 综合运维 管理 项目建设 安全管理 安全体系框架图 在整个安全体系框架中，安全策略是指导。安全策略与安全技术体系、安全运行和管理体系以及安全队伍这三大体系之间的关系也是相互作用的。 一方面，三大体系是在安全策略的指导下构建的，主要是要将安全策略中制定的各个要素转化成为可行的技术实现方法和管理、运行保障手段，全面实现安全策略中所制定的目标；另一方面，安全策略本身也有包括草案设计、评审、实施、培训、部署、监控、强化、重新评估、修订等步骤在内的生命周期，需要采用一些技术方法和管理手段进行管理，保证安全策略的及时性和有效性。 建设完善的安全管理与运行体系，利用管理手段充实技术手段无法覆盖安全问题。信息安全管理与运行体系的建设必须与安全技术防护体系同步规划、同步建设、同步运行。加强平台建设管理、日常运维管理、安全监控、应急管理等管理体系的构建。 1.8 总体技术路线图 采用的技术路线 平台建设采用的总体技术路线包括三个方面，即面向服务体系架 构SOA，SSH2 标准技术框架和标准的数据交换格式： 1、采用SOA 面向服务体系架构； 智慧防汛物联网监测平台解决方案 SOA(Service－OrientedArchitecture，面向服务体系结构)是信息系统解决方案的新的方向，它将系统中不可变部分封装成独立的 “服务”，这些服务采用中立的接口描述，独立于实现服务的硬件平台、操作系统以及编程语言，具有很好的松耦合性。其基本思想是以服务为核心，将电子政务的IT 资源整合成可操作的、以SOA 为代表的系统整合的理念和技术带来了物流信息化的一些重要的变化，这种技术对处于分散的电子政务信息化的资源共享和加快信息沟通具有重要作用。 2、使用SSH2 框架； SSH 不是一个框架，而是多个框架（struts+spring+hibernate） 的集成，是目前较流行的一种Web 应用程序开源集成框架，用于构建灵活、易