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        基于新技術(shù)的長江大保護智慧水務系統(tǒng)應用

        2020-12-23 05:41郭劍橋田甜張坤林
        綠色科技 2020年14期

        郭劍橋 田甜 張坤林

        摘要:指出了長江大保護智慧水務在提升水務服務智能高效的同時,更注重保障生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展,為智慧水務的監(jiān)測感知、巡檢運維、污泥管控等方面的智慧應用提供了支持。傳統(tǒng)的水務管理模式逐步發(fā)生較大改變,形成了技術(shù)驅(qū)動管理框、業(yè)務驅(qū)動管理模式、服務驅(qū)動管理模式的趨勢。

        關(guān)鍵詞:長江大保護;智慧水務;數(shù)字孿生;監(jiān)測感知;污泥治理

        中圖分類號:F299

        文獻標識碼:A?文章編號:1674-9944(2020)14-0071-02

        1?引言

        在“十五”到“十二五”之間,智慧水務的發(fā)展經(jīng)歷了起步萌芽、基本建設(shè)、業(yè)務應用3個重要階段[1]。發(fā)展至今,國內(nèi)已出現(xiàn)了很多比較成熟的,能滿足基本業(yè)務的智慧水務系統(tǒng)。謝善斌等[2]深入討論了智慧水務的業(yè)務需要與應用價值,楊哲等[3]對其在城市中的應用進行了詳細的效益分析。

        “十三五”期間,國家大力提倡新基建、數(shù)字中國,加上5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能的飛速發(fā)展,智慧水務也迎來了新的發(fā)展機遇。傳統(tǒng)的水務管理模式逐步發(fā)生改變,形成了技術(shù)驅(qū)動管理模式、業(yè)務驅(qū)動管理模式、服務驅(qū)動管理模式的趨勢[4]。

        鄭浩等[5]提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備最佳自動運營管理,遠程控制維護等業(yè)務應用。劉勛等[6]介紹了智慧水務物聯(lián)網(wǎng)的實際應用成果。趙藝璇等[7]、舒秀霞等[8]對大數(shù)據(jù)的智慧水利應用與實踐進行了探討。張勝雷等[9]提出了能適應不同業(yè)務,持續(xù)改進的面向服務(SOA)的智慧水務大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建思路。本文結(jié)合長江大保護智慧水務規(guī)劃、實施中的思考與實踐,對新技術(shù)飛速發(fā)展下的業(yè)務新應用進行探討。

        2?監(jiān)測感知數(shù)字孿生

        隨著數(shù)字化的發(fā)展、新基建的建設(shè)完善,智慧水務的監(jiān)測感知從以往的抽樣監(jiān)測、重要典型區(qū)監(jiān)測向著全覆蓋、全感知的數(shù)字孿生發(fā)展。

        2.1?遙感解譯

        隨著5G、云計算、遙感自身技術(shù)等的發(fā)展,遙感解譯最高可以實現(xiàn)cm級的精度,并可以做到分鐘級的刷新速率,保證信息實時且準確。

        基于人工智能圖像識別等,可以直接依靠遙感影像,分析出土地利用類型。結(jié)合人口分布、工業(yè)農(nóng)業(yè)分布等大數(shù)據(jù)分析,可以得到各分區(qū)污染源類型及其污染量。通過光譜分析、設(shè)定算法等,可以從面的程度對水體水質(zhì)進行分級、定性分析。

        通過遙感解譯,可以做到對全流域、全水體的現(xiàn)狀分析與實時定性監(jiān)測,水體異常時可以第一時間發(fā)現(xiàn),并分析溯源,為其他業(yè)務提供支持。

        2.2?無人巡檢船

        傳統(tǒng)的水質(zhì)取樣一般有兩種,沒有測站時,依靠人工采樣,選取典型點位進行檢測,往往只能實現(xiàn)有限的點位,有限的時間覆蓋;有測站時,在典型、重要斷面上建立水質(zhì)站,獲取水質(zhì)信息,可以做到時間全覆蓋,但依然只能監(jiān)測有限點位。

        基于5G、物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛等技術(shù)的發(fā)展,無人巡檢船應運而生。無人巡檢船可以自動水上巡檢,實時傳輸水質(zhì)、水下地形等數(shù)據(jù),實現(xiàn)整片水域的時間與空間的全感知、全覆蓋,實現(xiàn)監(jiān)測從點到面的突破。還可以對水中的垃圾、漂浮物等進行清理,遇到大型雜物時,自動發(fā)送信號,通知人工進行處理,提高巡河效率,節(jié)省成本。

        2.3?水指紋圖鑒

        基于數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析技術(shù),建立水指紋圖鑒分析庫,可以從龐大的數(shù)據(jù)要素中,提取出有用的信息加以利用。

        水環(huán)境污染有多種來源,比如農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、大氣、底泥等,每種來源所造成的水污染會有一定的特征,比如光譜特性,各水質(zhì)指標含量百分比等,可以根據(jù)這些不同的特征,建立水指紋圖鑒分析庫。在水質(zhì)監(jiān)測實時全感知的基礎(chǔ)上,結(jié)合周邊企業(yè)分布、人口密度、環(huán)境情況等進行大數(shù)據(jù)分析,做到快速分類定位、第一時間識別污染來源。

        隨著數(shù)據(jù)的積累與技術(shù)進一步發(fā)展,識別精度可以進一步提升,杜絕居民自排、企業(yè)偷排等傳統(tǒng)監(jiān)測難以識別的點狀不定時排污情況。

        3?巡檢運維新應用

        傳統(tǒng)的智慧水務巡檢、運維,借助BS、MS系統(tǒng)與GPS等技術(shù),比傳統(tǒng)水務服務有了大大提升,但還是存在人員過多、操作繁瑣、業(yè)務不夠智能等問題?;谛录夹g(shù)的發(fā)展,對于巡檢、運維的智慧化應用有了更多的可能。

        3.1?智能派單

        工單派發(fā)是在水務運維日常工作中至關(guān)重要的一部分。在傳統(tǒng)的水務運維場景中,巡檢、問題申報、檢修、維修等繁瑣的派發(fā)流程,需要多人申請、批準、執(zhí)行,往往導致不能第一時間解決問題。

        結(jié)合大數(shù)據(jù)分析,對在崗的檢修、維修人員建立人才能力庫,錄入并分析出每個人的技能(比如管網(wǎng)維修能力、泵站維修能力等)、解決不同問題的估計時長等;還可以將多人進行組合,形成小組的能力分析庫。對管網(wǎng)等設(shè)施的問題進行建庫,針對監(jiān)測數(shù)據(jù)的不同異常情況,可以自動分析出是由哪種問題造成的。

        結(jié)合GIS與物聯(lián)網(wǎng),對管網(wǎng)設(shè)施進行定位,分析問題所需要的相關(guān)維修設(shè)備;對在崗的檢修、維修人員進行定位,并記錄其當前的工作狀態(tài)(比如空閑、正忙預計還需多久完工等)。

        結(jié)合人工智能,當發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)設(shè)置出現(xiàn)問題后,系統(tǒng)會結(jié)合問題類型,檢修與維修人員的技能、工作狀態(tài)、距離遠近等進行綜合分析,將最合適的人員或小組與問題進行匹配,實現(xiàn)智能派單。

        智能派單技術(shù),不僅節(jié)省人力物力、節(jié)約溝通成本、減少返工,還大大提高了工作效率,可以保證問題可以快速、安全地得到解決,使水務運維真正智能化。

        3.2?設(shè)備智慧輔助維護

        在設(shè)施維護、維修場景中,對維修工程師的技能要求很高。傳統(tǒng)的水務公司,一名新員工往往需要花費長時間的培訓與實際鍛煉之后,才能成長為一名能獨當一面的能手。借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù),可以建立一套傻瓜式輔助維護系統(tǒng),一步一步地對維修過程進行提示。新員工借助輔助維護系統(tǒng),相當于擁有一個經(jīng)驗豐富的師父,可以使其快速成長,掌握各類問題的解決方法。不僅可以縮短新員工的培訓周期,也可以提高工作效率,減少成本。

        還可以借助AR/VR技術(shù),對地下管網(wǎng)及設(shè)施進行建模及直觀展示。可以第一時間快速看清問題本質(zhì),提高檢修效率,減少運維成本,減少實地開挖檢修對生態(tài)環(huán)境的破壞。

        4?污泥智慧管控系統(tǒng)

        國內(nèi)外眾多學者,已對污水廠的污水管控系統(tǒng)做了研究,如陳賀添等[10],對污水處理智能化運營建設(shè)思路進行了探討。隨著時代的發(fā)展,在水環(huán)境治理中,除了傳統(tǒng)的污水治理,對污泥治理的相關(guān)問題漸漸浮現(xiàn)出來。比如,污水廠污水收集、處理后,產(chǎn)生的污泥可能含有有害物質(zhì);污泥沒有合理的去向及配套的產(chǎn)業(yè)鏈等。長江大保護智慧水務深度實踐“泥水并重”的科學治水理念,要求對污泥處理實現(xiàn)智慧化管控。

        污泥智慧管控系統(tǒng),對污泥處理形成智慧化、流程化管控,實現(xiàn)節(jié)能增效、為技術(shù)決策提供支持。

        4.1?污泥設(shè)施管理

        對污水處理廠、污泥收集點、污泥處置廠、污泥去向等污泥全生命周期所有相關(guān)設(shè)施進行數(shù)字孿生,實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

        4.2?污泥數(shù)據(jù)庫

        構(gòu)建污泥樣品庫,建立城鎮(zhèn)多源污泥泥質(zhì)、泥量數(shù)據(jù)庫,建立污泥特征圖譜。對不同城市、不同區(qū)域、不同來源的污泥進行建庫分析,識別有機質(zhì)含量、含砂量、重金屬、有毒有害物質(zhì)等的分布、濃度水平及變化規(guī)律。

        4.3?污泥處置與評估

        建立污泥處置工藝庫,闡明典型污泥處理處置工藝流程中污泥重金屬及有毒有害物質(zhì)的削減規(guī)律和去除效果。建立評估知識庫,對不同污泥處置工藝應對不同特征的污泥的處置效果進行分析,實現(xiàn)對污泥特性和處置效能的全面評估。

        4.4?污泥一張圖

        實現(xiàn)污泥的收集、過程處理、再利用全流程跟蹤,一張圖展示污泥設(shè)施、污泥流向、污泥特性、污泥處置效能等信息,可直觀了解城市污泥處置總體情況,為城鎮(zhèn)污泥統(tǒng)一管理提供依據(jù)。

        5?結(jié)語

        智慧水務在中國已有十幾年的發(fā)展,產(chǎn)生了很多成熟的業(yè)務、功能。隨著新基建、新技術(shù)的發(fā)展,智慧水務業(yè)務也會越來越智能化、高效化。真正做到實時監(jiān)測的全覆蓋、全感知;實現(xiàn)運維的智能派單、少人值守、智慧輔助;實踐“泥水并重”,對污泥全流程進行一張圖展示,全過程跟蹤,以確保高效處理,變廢為寶。

        參考文獻:

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        [2]謝善斌,袁?杰,侯金霞. 智慧水務信息化系統(tǒng)建設(shè)與實踐[J]. 給水排水,2018,44(4):134~140.

        [3]楊?哲. 智慧水務系統(tǒng)在城市供水中的應用[J]. 科技創(chuàng)新導報,2016(11):36~38.

        [4]胡傳廉. 基于互聯(lián)網(wǎng)時代的"智慧水網(wǎng)"建設(shè)管理模式創(chuàng)新思考[J]. 水利信息化,2017(4).

        [5]鄭?浩,饒志華,方祿發(fā),等.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務系統(tǒng)設(shè)計[J].科技廣場,2016(7):185~188.

        [6]劉?勛,趙?勇,雷新民. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能水務建設(shè)中的應用研究[J]. 給水排水,2014(11):110~115.

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        [8]舒秀霞,張曙光. 大數(shù)據(jù)背景下廊坊市智慧水務建設(shè)的實踐與思考[J]. 河北水利,2017(8).

        [9]張勝雷,秦耀民,康?萍,等. 面向服務的水務大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建技術(shù)研究[J]. 建設(shè)科技,2018(1):18~20,27.

        [10]陳賀添,李?偉,丁日新,等. 污水處理廠智能化運營平臺搭建思路探討 [J]. 給水排水,2016(S1):293~296.

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