智慧界樁在水利工程中的應用實踐

張小利 焦賓太

（山西省水利建筑工程局有限公司山西太原030006）

水利工程確權(quán)劃界是踐行水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管的有力舉措，而界樁是確權(quán)劃界的重要標識，在信息化高速發(fā)展的今天，將界樁賦予“智慧”勢在必行。智慧界樁在山西省晉中市田家灣水庫的試點實施，是山西首次將智慧界樁應用于水利工程，智慧界樁的應用提升了水利工程確權(quán)劃界的管理水平，為江、河、湖、庫管理的專業(yè)化、精細化、標準化和科學化保駕護航。

1 界樁概述

界樁作為地界標志的樁子，起到地界標識標志、確權(quán)劃界的作用。界樁按照用途劃分有水利界樁、鐵路界樁、公路界樁、自然景區(qū)保護界樁、農(nóng)田保護區(qū)界樁等；界樁按照材質(zhì)分類有鋼筋混凝土樁、玻璃鋼樁、花崗巖樁、塑鋼樁等。界樁的布設(shè)間距一般為50 m 至100 m，依據(jù)自然環(huán)境、社會環(huán)境等因素影響，其布設(shè)間距不同，重要的保護區(qū)和人口集中區(qū)域布設(shè)較密集，水庫河湖、鐵路公路等受地形條件制約區(qū)段布設(shè)較稀疏。水利界樁示意見圖1。

圖1 水利界樁示意

2 智慧界樁概述

智慧界樁是利用信息化手段對界樁進行遠程管理，即賦予界樁“智慧”。智慧界樁采用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)，對界樁及其周邊環(huán)境進行透徹感知、網(wǎng)絡互聯(lián)和智能分析，為界樁管理、地界管理、環(huán)境分析等提供現(xiàn)代化服務支撐。

通過界樁定位、界樁傾斜預警、界樁振動報警、周邊拍照，可以有目的和精確位置地進行現(xiàn)場了解勘察，能有效地減少相關(guān)管理人員對界樁的巡邏和排查時間，能及時準確地掌握界樁周邊環(huán)境，能有效地提高管理人員的工作效率，對界樁區(qū)域進行有效地監(jiān)督和管理。通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)確權(quán)劃界的可視化呈現(xiàn)。

3 智慧界樁功能及作用

3.1 智慧界樁功能

智慧界樁的基礎(chǔ)功能包括：界樁定位、界樁傾斜預警、界樁振動報警。智慧界樁由智慧化電子硬件和管理軟件組成。電子硬件主要是對界樁及周邊環(huán)境的信息進行采集和傳輸，智慧化電子硬件可嵌入界樁樁體內(nèi)，或加蓋在樁體外；軟件負責接收并分析硬件傳輸?shù)男畔?，實現(xiàn)對界樁及周邊環(huán)境的遠程可視化呈現(xiàn)和遠程操控。

1）界樁定位：智慧界樁的硬件集成了北斗和GPS定位模塊，可以將位置信息進行遠程傳輸，基于GIS的地理位置，能準確地定位界樁坐標。

2）界樁防盜：界樁位置發(fā)生一定距離的偏移和較大幅度的振動時，智慧界樁電子硬件可將偏移和振動信息進行遠程傳輸，智慧界樁的軟件平臺會遠程接收到報警信息。

3）界樁傾倒：界樁傾斜較大角度式，智慧界樁的電子硬件會將界樁的傾斜信息進行傳輸，智慧界樁的軟件平臺會在監(jiān)控中心進行遠程預警，將傾倒的界樁編號和位置及時有效地傳遞給監(jiān)控中心。

4）遠程智慧界樁信息平臺：智能硬件與系統(tǒng)軟件的有效集成，實現(xiàn)界樁的近距離智慧監(jiān)測報警，遠程軟件預警和報警。智慧界樁實體見圖2。

圖2 智慧界樁實體

3.2 智慧界樁作用

目前國內(nèi)有關(guān)河湖及水利工程中已安裝的界樁多為混凝土樁，存在易遭受人為破壞且不易及時發(fā)現(xiàn)，邊界范圍受地形限制巡視極其困難，管理成本很大。鑒于此，通過智慧界樁，利用信息化技術(shù)進行遠程監(jiān)管，實現(xiàn)在辦公室實時監(jiān)管和數(shù)據(jù)存儲一體化管理，可遠程及時了解界樁位置、是否被盜、是否傾倒等信息，通過遠程預警和報警，可精確定位進行現(xiàn)場勘察，能有效地減少巡查人員的排查時間，提高界樁管理人員的工作效率，對界樁區(qū)域進行動態(tài)監(jiān)督和管理。通過系統(tǒng)軟件可實現(xiàn)確權(quán)劃界的界樁、邊線可視化呈現(xiàn)。

由于大部分界樁的布設(shè)間距在50～100 m 之間，用界樁進行劃界標識的范圍較大、數(shù)量很多，以水庫為例，水庫的劃界范圍一般在淹沒區(qū)周邊，一個?。↖）型水庫的劃界周長在5 km 以上，較大的水庫劃界周長都在10 km 以上，而且大部分界樁都布設(shè)在沒有道路可通行的地方。利用人工對界樁進行巡檢時，只能依靠步行巡檢，巡檢一圈需要耗費很長時間，劃界范圍較小的一天內(nèi)可以完成，劃界范圍較大時甚至需要幾天時間，而且不可能每天派人巡檢。智慧界樁的出現(xiàn)，彌補了界樁管理的不便，可實現(xiàn)界樁的實時監(jiān)管，發(fā)現(xiàn)界樁有問題再安排人員進行處置。

4 智慧界樁技術(shù)方案概述

4.1 智慧界樁整體設(shè)計

智慧界樁硬件由MCU 微控處理模塊（中央大腦，數(shù)據(jù)的分析處理）、信息探測模塊（數(shù)據(jù)抓?。?、無線通訊模塊組成（數(shù)據(jù)傳輸），數(shù)據(jù)及功能的展示由可視化軟件完成。如圖3所示。

圖3 智慧界樁原理示意

4.2 智慧界樁網(wǎng)絡組成概述

智慧界樁網(wǎng)絡組成分為三部分，分別是：感知層、網(wǎng)絡層、應用層，見圖4。

圖4 智慧界樁網(wǎng)絡示意

感知層：該終端安裝在界樁上方，通過界樁監(jiān)測器對界樁進行管理，作用是收集界樁數(shù)據(jù)后通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)椒掌鳌?/p>

網(wǎng)絡層：網(wǎng)絡層通過無線通訊模塊4G 網(wǎng)絡進行連接，上傳到云平臺上。

應用層：應用層通過云服務平臺系統(tǒng)，方便使用者對界樁數(shù)據(jù)進行調(diào)取。系統(tǒng)自動對界樁異常區(qū)域進行告警，同時可以將信息進行對外發(fā)布。

4.3 智慧界樁軟件概述

智慧界樁各類信息的可視化展示，都是通過軟件端體現(xiàn)。軟件分兩部分，數(shù)據(jù)接收軟件和管理系統(tǒng)軟件，部署在管理中心，該軟件將承接所管理界樁的監(jiān)測信息。

1）數(shù)據(jù)接收軟件功能

（1）數(shù)據(jù)接收和指令發(fā)送；

（2）數(shù)據(jù)存儲入庫。

2）管理系統(tǒng)軟件基本功能

通過地圖GIS 系統(tǒng)（布置圖）上任一界樁點，能瀏覽其基本信息、監(jiān)測信息，能查詢或瀏覽其界樁點基本信息。同時能操作系統(tǒng)其他功能，比如查詢分析、報表管理等。以高亮閃爍的方式顯示出各測點的預警情況，不同顏色表示不同等級，可以直接進行預警信息查詢及發(fā)布等相關(guān)操作。

（1）數(shù)據(jù)全局監(jiān)測

采集所有界樁（位置信息、傾斜、防盜、周邊環(huán)境等）監(jiān)測數(shù)據(jù)。以列表形式實時顯示各界樁點的監(jiān)測數(shù)據(jù)；可按時段查詢顯示任意時段內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（2）預警管理

可以動態(tài)設(shè)置各種預警參數(shù)值，當監(jiān)測數(shù)據(jù)達到預警值時可以高亮閃爍的方式顯示出各測點的預警情況，不同顏色表示不同等級，可以直接進行預警信息查詢及發(fā)布等相關(guān)操作。

3）界樁基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理

（1）工程信息：簡介工程的基本情況，包括工程代碼、工程名稱、工程所在縣市、工程類別、工程等別、完成時間、設(shè)計標準等。

（2）界樁檔案：對界樁的使用屬性進行歸類，進行檔案管理（樁號、位置、材質(zhì)、形狀、大小等）。

（3）遠程智能裝置：以列表形式顯示遠程智能裝置基本信息（設(shè)備運行情況、是否虧電）。同時可以動態(tài)管理增刪遠程智能裝置信息。

（4）監(jiān)測項目：以列表形式顯示監(jiān)測項目基本信息，包括監(jiān)測項目名稱（界樁位置信息、震動信息、溫濕度信息、傾斜信息、圖像信息、環(huán)境信息等）。同時可以動態(tài)管理增刪監(jiān)測項目信息。

4）歷史數(shù)據(jù)查詢

查詢包含原始數(shù)據(jù)查詢、位置-GIS 地圖、界樁點工作狀態(tài)查詢等功能。用戶可以根據(jù)需要打印出來。

5）歷史報表分析

能夠直觀方便地查詢系統(tǒng)各界樁信息及系統(tǒng)內(nèi)各種特征信息，能直觀顯示各界樁點的數(shù)據(jù)。并能生成日報表、月報表、年報表等項功能。

6）系統(tǒng)日志管理

在該系統(tǒng)中所有發(fā)生了實際操作，需要記錄操作日志的情況下，調(diào)用該日志管理模塊相關(guān)接口，記錄下何人何時于何處進行了何操作，即記錄所有用戶登陸后的操作步驟，記錄登陸IP 和mac 地址，并寫入數(shù)據(jù)庫中，以供管理員查詢和事件追溯。針對整個系統(tǒng)所有角色產(chǎn)生的所有操作日志，以多種查詢方式供管理員進行查詢。查詢方式包括：按操作用戶、操作時間段、操作功能、操作方式、操作IP 和MAC 地址、按以上方式組合查詢，見圖5、6。

圖5 軟件界面示意

圖6 軟件接收數(shù)據(jù)示意

5 智慧界樁在水利工程的實踐及應用前景

智慧界樁近幾年在個別領(lǐng)域有所應用，但應用案例較少，尤其在水利工程確權(quán)劃界中，智慧界樁應用尚處空白。山西水利建筑工程局有限公司將“智慧界樁”創(chuàng)新性的應用于山西省晉中市田家灣水庫。遠程智慧界樁管理系統(tǒng)的實施，邁出了水利工程信息化建設(shè)的重要一步，為山西省內(nèi)河湖劃界管理提供示范樣板和工程借鑒。智慧界樁施工見圖7。

圖7 智慧界樁施工

隨著現(xiàn)代信息化產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，信息化、智能化是所有產(chǎn)業(yè)的趨勢，萬物互聯(lián)、信息互通是信息化管理的主題。因此界樁實現(xiàn)物聯(lián)和信息化管理是大勢所趨。

6 結(jié)語

在科技快速發(fā)展的時代，尤其是在信息化時代，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)迅速崛起，改變了各行業(yè)的工作和管理方式。界樁作為確權(quán)劃界標識的重要環(huán)節(jié)，進行信息化的升級和管理是大勢所趨。水利界樁信息化的建設(shè)，可加速水利運行管理由傳統(tǒng)管理邁向現(xiàn)代化管理、由粗放管理邁向精細化管理。遠程智慧界樁信息管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)工程與信息化融合，既起到降本增效的作用，又可以有效提高水利工程的精細化和現(xiàn)代化管理水平。