水利物联网应用技术指南(试行)

水利物联网应用技术指南(试行)1适用范围本指南规定了水利物联网系统的总体架构、感知终端布设、网络传输、平台建设、典型场景应用、运行维护、质量验收与安全保障的技术要求，适用于江河湖泊治理、水库运行管理、水旱灾害防御、灌区改造、城乡供水、河湖管护等领域水利物联网系统的规划、设计、建设、运行维护与管理，小型水利工程物联网建设可参照执行。2术语与定义2.1水利物联网围绕水利业务需求，综合运用传感器、自动识别、无线通信、云计算、大数据等技术，实现水利对象状态信息自动感知、泛在互联、智能分析与决策支持的集成化网络系统，采用“感知层-网络层-平台层-应用层”四层标准架构。2.2边缘节点部署在水利工程现场或县级行政区域的边缘计算节点，负责本地感知数据预处理、本地控制决策与应急响应，断网时可独立运行，实现云边协同计算。2.3DMA分区即独立计量分区，指将供水管网划分为若干独立封闭的供水区域，通过进出口流量监测实现漏损精准定位的管理单元。3系统总体架构水利物联网采用分层解耦、云边协同的开放架构，各层级功能清晰：3.1感知层：由各类监测传感器、视频采集设备、智能控制终端、电子标识等组成，负责水利对象状态数据的自动采集与控制指令执行，是水利物联网的数据基础。3.2网络层：由有线光纤、无线公网、水利专网、卫星通信等组成，负责感知数据与控制指令的可靠传输，实现感知终端与平台、边缘节点与云平台的互联互通。3.3平台层：由数据接入、数据存储、计算处理、服务调度、安全管理等功能模块组成，负责统一管理多源异构感知数据，为上层应用提供数据支撑与服务能力，采用“省级统一平台+区域/工程边缘节点”的云边协同架构。3.4应用层：面向不同水利业务场景，提供智能监测、自动预警、远程控制、优化调度等智能化应用服务，支撑水利业务数字化转型。4感知终端布设技术要求4.1通用技术要求所有户外部署的感知终端防护等级不得低于IP67，水下部署终端防护等级不得低于IP68；适应工作温度范围为-40℃~+85℃，相对湿度范围为5%~95%，满足全国不同气候区域水利场景使用需求；电池供电的低功耗终端休眠电流不得超过10μA，单次电池更换后工作寿命不得低于5年；计量类终端必须符合国家计量检定规程要求，取得法定计量检定机构出具的合格证书。4.2分场景布设规范4.2.1水库大坝安全监测①监测参数与点位布设：渗流压力监测方面，坝高15m以上的土石坝，每个监测横断面布设不少于3个渗压计，主坝监测横断面间距不大于200m，副坝监测横断面间距不大于500m，坝高15m以下的小型土石坝至少布设1个代表性监测横断面；渗流量监测方面，每个渗流出口布设1台渗流量监测设备，分层渗流区域分层布设；变形监测方面，GNSS表面变形监测点在坝顶每隔100m~300m布设1个，坝坡每隔200m~500m布设1个，两岸坝肩变形监测点不少于2个；水雨情监测方面，水库坝上、坝下各布设1组水位、雨量监测设备，水位测量误差不超过±1cm，雨量测量误差不超过±4%；所有水库大坝的坝体、溢洪道、闸门等关键部位必须布设视频监测设备，实现全天候可视化监控。②采集频率要求：水雨情数据采集频率不低于1次/10分钟，洪水期加密至1次/分钟；渗流压力、渗流量采集频率不低于1次/小时，汛期加密至1次/10分钟；变形监测采集频率不低于1次/天，汛期加密至1次/小时。4.2.2水雨情监测省级重要水文控制断面水位站布设间距不超过50km，中小河流防洪预警段水位站布设间距为10km~20km；雨量站布设密度满足：平原区1站/100km²~300km²，山丘区1站/30km²~100km²，山洪灾害易发区加密至1站/10km²~20km²；水位测量精度不低于±1cm，雨量测量精度不低于±4%，采集频率不低于1次/5分钟，汛期加密至1次/分钟。4.2.3灌区量水监测渠首总干渠进口必须布设流量计量设备，精度不低于1级；干支渠交口、斗口必须布设流量计量设备，精度不低于2级；农户取水口布设计量设备精度不低于3级；渠段水位监测点沿渠道每2km~5km布设1个，所有闸门控制站点必须布设闸门开度、上下游水位监测设备；土壤墒情监测点平原灌区每50km²~100km²布设1个，山丘灌区每100km²~200km²布设1个，监测深度分为10cm、20cm、40cm三层，采集频率不低于1次/6小时。4.2.4城乡供水管网监测供水干管压力监测点布设间距为5km~10km，末梢管网每个供水片区至少布设1个压力监测点；DMA漏损管理分区单个分区日供水量不超过10万m³，每个分区进出口必须布设精度不低于1级的流量监测设备；水质监测点在水源地、水厂出口、管网末梢、二次供水水箱布设，监测参数至少包含pH值、浊度、余氯、溶解氧，水源地增加氨氮、总磷、藻类监测参数；采集频率：压力流量不低于1次/10分钟，水质不低于1次/2小时。4.2.5AI视频监测水库大坝、水闸、重点河湖岸线、入河排污口、采砂管理重点区必须布设视频监测设备，重要水利工程关键部位视频监测覆盖率达到100%；视频分辨率不低于1080P，帧率不低于25帧/秒，支持红外夜视功能，具备AI识别功能的视频设备对非法采砂船只、非法岸线建筑、人员入侵的识别准确率不低于95%。5网络传输技术要求5.1传输方式选择5.1.1有线传输：位置固定、具备条件的大中型水利工程，骨干传输优先采用光纤有线传输，骨干网带宽不低于1000Mbps，终端接入网带宽不低于100Mbps，抗干扰能力强、传输稳定，适用于大数据量视频传输与控制指令传输。5.1.2无线传输：公网覆盖区域的分散点位优先采用4G/5G公网传输，降低建设运维成本；公网覆盖盲区、偏远地区的监测点位采用“LoRaWAN本地自组网+北斗短报文备份”的传输方式，LoRaWAN单基站覆盖范围可达10km~15km，满足低功耗小数据传输需求，北斗短报文作为应急备用传输，可在公网中断情况下保障应急数据传输。5.2传输性能指标实时监测类数据（洪水预警、大坝安全应急监测、闸门控制指令）端到端传输时延不超过10s，传输误码率不高于10^-6；非实时监测类数据（日常渗流监测、墒情监测）端到端时延不超过15min，传输误码率不高于10^-4；整体数据传输成功率不低于99%。5.3传输安全要求所有数据传输必须采用国密SM2/SM3加密算法进行加密，感知终端与平台必须实现双向身份认证，禁止未认证终端接入网络，禁止明文传输敏感监测数据。6水利物联网平台技术要求6.1架构要求采用云边协同架构，省级水利物联网平台负责全省感知数据统一接入、存储、共享与大数据分析，支撑跨区域业务调度；工程现场、县级行政区部署边缘节点，负责本地数据预处理、本地控制决策、离线运行，公网中断情况下可独立完成本地预警与控制，保障业务连续性。6.2功能要求6.2.1数据接入：支持MQTT、CoAP、HTTP、Modbus等主流物联网协议接入，兼容多厂商、多类型感知终端，支持终端远程配置、远程固件升级；省级平台支持不少于100万个感知终端并发接入，并发接入响应时延不超过1s。6.2.2数据存储：结构化监测数据存储于关系型数据库，非结构化视频、图像数据存储于对象存储系统；原始监测数据保存期限不低于10年，所有数据操作留痕可追溯，原始数据不得篡改删除。6.2.3数据处理：支持数据清洗、异常数据识别、格式转换，内置水利业务专业分析模型，包括大坝安全预警模型、洪水预报模型、墒情干旱评估模型、管网漏损分析模型、灌区需水预测模型，支持用户自定义模型二次开发与接入。6.2.4服务输出：提供标准化数据API接口，向各类水利业务应用系统开放数据，实现跨部门数据共享，避免数据孤岛。6.3安全要求平台网络安全保护等级不得低于《信息安全技术网络安全等级保护基本要求》（GB/T22239-2019）规定的三级，重要县级平台不低于二级；每月开展一次漏洞扫描，每年度开展一次等级保护测评，测评不合格限期整改。7典型场景应用技术规范7.1水库安全运行物联网应用大中型水库必须实现水位、雨量、渗流、变形、闸门状态、视频全参数在线监测，小型水库至少配置水位计、雨量计、高清视频终端三类设备，满足“雨水情自动监测、坝体状态可视化监控”的基本要求；系统需具备分级自动预警功能：当水库水位超过汛限水位10cm时，10s内触发预警，同步推送至省级水旱灾害防御平台、县级河长、水库管理员；当坝体日变形量超过允许值的50%触发蓝色预警，超过允许值触发红色预警；系统每月自动生成水库运行状态评估报告，支撑水库安全管理决策。应用该系统可将水库安全巡检效率提升60%以上，预警响应时间缩短80%以上，有效解决小型水库管护人员不足、预警不及时的问题。7.2水旱灾害防御物联网应用中小河流、山洪灾害易发区按照要求加密建设水雨情监测站点，沿河村落、沟口布设水位与视频监测，根据流域汇流时间预设预警阈值，汇流时间小于1小时的山洪沟，预警响应时间不得超过15分钟；干旱监测依托墒情监测数据，自动划分轻旱、中旱、重旱、特旱四个等级，每6小时更新一次区域干旱分布数据，支撑抗旱调度。应用该系统可提前2小时~6小时发布山洪洪水预警，大幅提升灾害防御主动性，降低人员伤亡与财产损失。7.3灌区农业节水物联网应用实现从渠首到田间全渠系水量计量监测，闸门远程自动化控制，根据作物种植结构、土壤墒情、天气预报自动优化输水调度，精准配水，计量数据自动核算水费，满足农业水价综合改革精准计量要求。根据国内已建灌区物联网改造项目统计，应用该系统可降低灌区输水损耗5%~15%，灌溉水利用系数平均提升0.05~0.1，节水增产效果显著。7.4城乡供水安全物联网应用实现从水源地、水厂、管网到二次供水的全链条水质水压监测，DMA分区漏损管理，异常情况自动预警；水源地水质超标后10分钟内触发预警，管网压力异常、漏损自动定位，漏损定位精度误差不超过1km。应用该系统可降低供水管网漏损率2~5个百分点，大幅提升供水安全保障能力，避免大面积停水与重大水质污染事件发生。7.5河湖管护物联网应用重点河湖岸线、入河排污口、采砂管理区布设AI识别视频监测，自动识别非法采砂、非法围垦、非法排污、岸线侵占等违法行为，识别准确率不低于95%，自动推送问题线索给河湖巡查人员；入河排污口自动监测COD、氨氮、流量数据，超排自动预警。应用该系统可将河湖巡查频次降低40%以上，问题发现效率提升70%以上，有效缓解河湖管护力量不足的问题。8运行维护技术要求8.1分级运维管理建立“省级统筹、县级负责、工程管理单位落实”的分级运维体系：省级水利部门负责省级平台的硬件、软件、数据日常维护；县级水利部门负责本区域内所有感知终端、边缘节点的运维管理；工程管理单位负责现场终端的日常巡检与故障报修。8.2日常巡检与校准户外感知终端每季度开展一次常规巡检，汛期、极端天气过后开展专项巡检；水下部署的终端每年打捞检查一次，清理附着杂物；所有计量类终端每年开展一次校准，列入强制检定目录的计量器具由法定计量机构定期检定；GNSS、雨量计、水位计等非计量监测设备每2年校准一次。8.3故障处置要求核心监测点（水库大坝安全监测点、水旱灾害预警监测点、水源地水质监测点）故障修复时间不得超过24小时，一般监测点故障修复时间不得超过72小时；县级运维单位备用设备配备率不得低于10%，满足故障快速替换需求。8.4数据质量管理每日开展数据完整性检查，监测数据完整率要求不低于95%，完整率低于90%的要及时排查终端、传输故障；异常数据自动标记，保留原始数据，不得随意删除修改，数据准确率要求不低于98%；低功耗终端剩余电量不足3个月用量时自动触发低电量预警，及时更换电池。9质量检验与验收9.1分项验收感知终端验收：检查点位数量、位置是否符合设计要求，抽样测试终端性能，抽样比例不低于10%，不合格点比例超过5%的判定为不合格；网络传输验收：测试传输时延、传输成功率、误码率，不符合性能指标要求的判定为不合格；平台验收：测试平台并发接入能力、功能完整性，开展安全测试，提供等级保护测评合格报告，不符合要求的判定为不合格。9.2总体验收总体验收测试业务应用功能，预警准确率要求不低于90%，应用功能满足业务需求，提供完整的技术文档（设计文档、终端合格证、检定证书、测试报告、运维手册），验收合格后方可正式投入运行。10安全保障要求10.1设备