一、需求概述
河长制，即由地方各级党政主要负责人担任“河长”，负责组织领导相应河湖的管理和保护工作。2016年12月，中国中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于全面推行河长制的意见》，并发出通知，要求各地区各部门结合实际认真贯彻落实。截至2018年6月底，全国31个省（自治区、直辖市）已全面建立河长制，共明确省、市、县、乡四级河长30多万名，另有29个省份设立村级河长76万多名，打通了河长制“最后一公里”。
如何能够提高“河长”们的决策效率，及时发现问题并处置，化传统事必躬亲的人力筛查为科技治水、实时监控、长效治理才是关键。所以，先进的跨行业的科技手段则是河长制成功与否的关键所在。新竹科技河长制水资源综合管控系统解决方案正是基于河长制管理的最新要求迭代升级提出的。
多年来，新竹科技与水利行业合作伙伴们一道，为水利信息化建设贡献力量。我们深刻认识到，河长制（湖长制）对中国的碧水蓝天可持续发展，甚至子孙后代的生活有重要的意义。河长制水资源综合管控系统需要让河长们百忙之中，最快地掌握水资源状况，处置水污染或者灾害事件，才是河长制综合管理系统成功的关键。
二、系统构成
河长制综合管控系统涉及的技术众多，既包括自动化控制、视频监控、无人机巡检、无线组网、物联网等基础IT技术，也包括数字孪生、虚拟现实、人工智能AI等新兴科技，按照其不同功能，可以分为几个主要的子系统：
以上每个子系统既相互独立，又集成一体。所使用的技术跨行业、跨学科，整合难度大，所以新竹科技的解决方案在设计之初就坚持统一标准、统一设计、统一实施的原则，坚持兼容并蓄和有机整合。
结合需求分析，新竹科技设计的河长制水资源综合管控系统层次示意图如下：
如果按照软硬件部署的前后关系，新竹科技河长制水资源综合管控系统组成层次示意如下：
鉴于系统的复杂性，新竹科技的解决方案在系统组网方面，全面采用统一的TCP/IP标准网络构架，所有软硬件子系统都采用网络连接，包括视频、数据和语音等多媒体信息。
对各个子系统的构成，我们分别来进行说明。
1、水污染在线监测管理系统
典型水质在线监测系统（前端）组成示意图如下：
监测点的分布要按需设置，一般来说，河流（水库、湖泊）主要的出水口、入水口、排污口、闸口等附近需要设置水质在线监测系统，及时发现水污染，及时处置，避免污染事故的发生和扩大。
2、水资源调度管理系统
水资源调度管理的目标通常涉及到防洪、发电、城市与工业供水、灌溉及防止水库淤积和生态环境保护等。水资源配置系统状态（水位、库容）是调度决策的初始条件，进行水资源优化调度求解算法有数学规划方法、网络流方法、大系统分解协调方法和模拟技术。对于河长科学决策来说，主要依靠的工具则是水资源调度管理系统。
典型水库/湖泊水资源管理系统的组成示意图如下：
3、防汛抗旱与堤防保护应急处置系统
防汛抗旱特别是抗洪抢险是河长们重要的职责所在。防汛抗旱工作需要对水资源做科学调度，立足长远，要加强防汛抗旱基础设施建设，推进水资源的合理利用和保护，提高防灾减灾水平；还要加强天气预报和灾情监测预警，强化汛期值守、巡坝查险、险情抢护，才能避免人员伤亡。要提高防汛抗旱水平，以物联网为代表的科技手段综合应用是必不可少的。
典型堤防河道防汛抗旱系统组成示意图如下：
对于灾害现场应急布控，采用iCMVS可拆卸式监控点系统最合适，该系统由IP高清视频监控摄像机、iMAX无线城域网终端、高性能锂电主机及支撑脚架等部分构成，虽然复杂，但却可以简洁装箱、方便安装、随时拆卸搬迁。
4、水资源保护巡查系统
水资源保护巡查是日常水利设施保护的需要，对于发现问题有非常重要的意义。为保证巡查落到实处，主要依靠无人机巡线方式，发现问题后则辅之以人工重点地段勘查。目前摄像无人机的发展速度非常快，日渐成熟。采用配备了红外夜视摄像悬挂系统的四旋翼无人机，可以实现昼夜巡线。
采用无人机河湖治理巡检，目前多为飞手巡检“录像”后发给监控指挥中心，此种非实时方式不但时效性不佳，而且投入的人力物力较大，无人机成了“有人机”，无法发挥无人机快速巡查实时发现问题的优势。其中****的难点是无人机的实时高带宽联网与充电，如何解决呢？
无人机的充电（或换电），比较容易解决，通过专用的无人机机巢即可实现。但无人机的实时联网却难以解决，主要是河湖长巡检区域往往地处偏僻，电信运营商4G\5G的信号常常无法有效覆盖，即使能够覆盖的区域，由于无人机高清视频的超大流量和流量包计费方式，也无法承受后期的费用。以典型的大疆M300机型测算，如果一天飞行16小时，实时传输视频，其月均流量大约为20000G以上，折算成流量包计费约为6万元（3元/G标准）。同时，如果采用第三方的构建在Internet之上的公有云系统来解决视频回传，其网络安全性也将成为政府机构担心的问题。所以，河湖长制的无人机联网宜采用新竹科技无人机无线专网方式来解决，其拓扑结构图如下：
新竹科技低频定制网状网无线专网系统就是按照无人机图像实时回传指挥中心的需求设计研发的。采用新竹科技的无人机专网组网方案，不但可以实现真正的“无人”，实现实时的图像回传，还能解决指挥车、巡检人员、无人机机巢甚至沿途的固定视频监控点等实时专网联网，不但可用性与可靠性大幅提升，还没有后期高昂的流量费成本，专网专用完全不用担心网络安全威胁，此方案堪称河湖长制场景****的无人机网联方案。
5、舆情处置与公众平台系统
为构建河湖管理与社会公众的良性互动平台，对于社会公众关心的河流、湖信息，尤其是公众关切的热点水事舆情，要做到信息的及时发布。公众能对河流进行监管，对违法行为进行信息公开，其河相关信息的发布由上级河长及同级河长办审核后，实时发布。
6、河长一张图系统
河长一张图系统就是将河长的管辖区域通过GIS地图系统直观地呈现出来，并作为其他系统信息集中与处置的核心，通过河长一张图，河长们可一目了然地处理涉水事件，及时发现问题并处理问题。
将河流基本信息、排污口、污染源信息等，结合地理信息数据，按照河道、河长、网格、行政区域、业务等多种维度在GIS地图上进行生动展现。对基层河长、巡查员、公众上报事件，受理中心受理事件，河长单位处理事件，形成上报、受理、处理、反馈的闭环机制，包括督办任务、待办任务、上报查询、上报统计、轨迹查询、巡河日志等功能。
结合数字孪生、AI识别与虚拟现实等技术，一张图反映的内容可以更加直观，河湖长们的水资源管控更加方便。
以上子系统均需要结合具体实际进行设计，在此不再赘述。在河长制水资源综合管控系统设计、部署和实施时，作为系统神经末梢的前端信息点联网难和供电难是最棘手的问题。新竹科技正是解决户外场景联网、供电难题的行家里手。
三、联网难与供电难的解决方案
3.1、联网难的解决方案
河长制水资源管理系统实施过程中第一大难处就是信息点、监控点、监测点等众多前端节点的联网。如果传输全都采用光缆或者电信运营商的专线，不但解决不了无人机、应急指挥车等移动点的联网，其建设难度、建设周期及造价又将严重制约系统的部署。某些河湖长制系统建设完成后被束之高阁，就是因为实际使用中专线租赁成本、流量包成本过高，导致用户无法承受。联网难、联网贵，最适宜的技术就是新竹科技的无线方案。
针对河长制综合管控系统应用，有两种无线技术最为常用：无线城域网WMAN（iMAX无线自组专网）与无线广域网WWAN(运营商4G\5G虚拟专网)技术。
1）、iMAX 5G无线城域网系统：解决固定点、船载点、移动点等高速无线城域网专用网络互联，一次性建设，带宽等按需设计适合目标区域明确的项目。初次投入较大，但没有后续高昂的流量费等，局限也很明显，就是对“视距”有一定要求，所以技术难度较大，必须要按需设计，甚至要实地勘查、电测。
典型河湖长制管控系统无线城域网WMAN专网组网拓扑示意图：
iMAX 5G无线城域网系统具有以下特色：
iMAX无线宽带城域网系统设计的目标就是构建无线城市或者解决室外环境超远距离网络互联的，各系列设备通信距离都非常远。其中，作为室外通讯骨干网的有iMAX-6000、iMAX-9000，作为接入网的有iMAX-7000、iMAX-8000H系列。
*通信距离：可视条件下，即使是最小型集成天线的iMAX 5G专用通信系统，点对多点也可以轻松实现半径10公里的覆盖需求；点对点模式，最远可达100公里。
*传输带宽：iMAX-8000H是600Mbps点对多点通信系统，iMAX-8000S是100Mbps点对多点通信系统，iMAX-6000是点对点150\300\600Mbps通信系统, 特种WiFi基站iSAP-2450S可提供****600Mbps。
*稳定性：产品的设计经过多年水利、石油、森林防火等野外恶劣环境项目考验，可靠性和稳定性非常适合江河湖海及移动监控场景使用。
河长制执法监控点可以由固定监控点、船载监控点和移动便携监控点等共同构成，全都可以采用IMAX无线城域网系统解决网络互联。
2）、4G\5G无线广域网（公网）技术
4G\5G无线广域网（公网）技术，基站由电信运营商搭建，并且终端较便宜。所以，在点位特别分散，且数据量不是很大的场景应用广泛。其局限同样十分明显：
一则、流量包费用高昂：4G\5G的数据采集需要走数据包流量，并且费用高昂，现在4G网络（典型：100元左右20G封顶）与5G网络（典型：150元左右60G封顶）的流量包计费方式，用于视频监控（典型：1路高清1080P视频，每天流量大约130G-346G），根本就是杯水车薪，一个月流量包一天都不够用。
二则、安全性难以保证：如果用4G\5G方案，所有视频、数据都必须借助“互联网+第三方的云”来实现中转，隐私挂在Internet互联网上安全性已经让人担心，“钥匙”还不在自己手里，安全性怎么保证？私有云建设可以解决云端焦虑，怎么保证通信线路的的安全性呢？
三则、可用性没保证：电信运营商4G\5G基站没有覆盖的区域没法使用，而河长制执法场景很多地处偏僻，特别是沿海，由于4G\5G基站覆盖半径非常有限（基站覆盖半径：4G典型1-2公里，5G典型0.5公里），所以盲区问题不可回避，进而导致系统整体可用性降低。
四则、可靠性较低：电信运营商4G\5G基站数量有限，频率资源有限，所以可承载的业务也就有限。如果点位较多，集中在一个区域中，多路图像都通过一个4G\5G基站接入，技术上根本不可行。更加麻烦的是，采用4G\5G方式接入，可能会出现“越急越不好用，人越多越不好用”的情况，这与“应急”处置的初衷背道而驰。
鉴于以上几种局限，但考虑到4G\5G方式方案标准化、方便性和终端初次投资的低成本，在河湖长制管控项目不涉及“大容量视频”时，或者不经常传输视频等高带宽业务时，可考虑采用电信运营商4G\5G方式。无线广域网4G\5G联网典型应用拓扑示意图如下：
新竹科技基于4G\5G公网的河湖长制智能化系统联网解决方案一大亮点是“安全性”，通过基于私有云的云互联SD-CX技术与VPN隧道加密通信技术的结合，帮助用户在普通的广域网上构建“准私有”网络，从而大大提高系统安全性，并提升网络的稳定性。其中的关键是按照用户需求提供针对性设计，能从多种应用细节上为用户节省网络租金和流量费，使“视频监控”等大带宽业务也变成数据采集可选模块。
需要强调指出的是，以上两种无线解决方案并非对立，可以相互取长补短式融合，进行融合式方案设计。结合用户需求，通过不同技术的融合来满足用户需求的解决方案能力正是新竹科技无线解决方案最核心的竞争力。
3.2、供电难的解决方案
河长制水资源管理系统实施过程中第二个难点是供电难。水库、河道旁边新建电缆投资非常大，建设时间非常长，而且容易破坏（灾难、人为），破坏后很难及时修复，后期年久失修造成人员动物伤害。堤防防护对开挖有要求，不易大规模开挖布线，最适合的解决方案是锂电太阳能解决方案。
新竹科技iPower2000Li锂电新能源供电系统可以解决河长制水资源综合管理方案供电难题。绿色环保的太阳能为保护河流、湖泊的监控点和监测点提供了清洁的能源供给。
iPower2000Li是集成化的新能源离网独立供电系统，主要是解决物联网行业（特别是安防行业）无线网络系统、视频监控点、信息监测点等电子设备离散及野外环境使用时的供电问题。该系列产品解决了在水库、河道、湖泊周围分散的监控点与信息监测采集点的长期供电问题。该系统基于磷酸铁锂电池储能、高性能单晶硅太阳能电池板发电，与普通的太阳能供电系统比较，具备结构简单、体积较小、重量较轻、寿命长等优点，针对性的直流输出非常适合IT设备在野外环境应用。锂电太阳能作为国家倡导的绿色能源，本身性价比很高，可作为河湖长制管理系统优先推荐的能源使用。
新竹科技河湖长制管控系统之联网与供电解决方案是在多年配合合作伙伴成功完成水利行业项目经验基础上，根据我们对于行业的河湖长制的理解归纳整理的。我们可以为用户量身定制最合适的方案设计，提供最合适的解决方案及相关软硬件平台系统的供应商渠道，欢迎来电垂询！