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，形成了技術驅動管理框、業(yè)務驅動管理模式、服務驅動管理模式的趨勢。

關鍵詞：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、業(yè)務應用3個重要階段[1]。發(fā)展至今，國內已出現(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、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，形成了技術驅動管理模式、業(yè)務驅動管理模式、服務驅動管理模式的趨勢[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)中心的構建思路。本文結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。結合人口分布、工業(yè)農業(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、設定算法等，可以從面的程度對水體水質進行分級、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站，獲取水質信息，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、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，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。在水質監(jiān)測實時全感知的基礎上，結合周邊企業(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，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。

結合GIS與物聯(lián)網(wǎng)，對管網(wǎng)設施進行定位，分析問題所需要的相關維修設備;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）。

結合人工智能，當發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)設置出現(xiàn)問題后，系統(tǒng)會結合問題類型，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，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?設備智慧輔助維護

在設施維護、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，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，對地下管網(wǎng)及設施進行建模及直觀展示?？梢缘谝粫r間快速看清問題本質，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;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、為技術決策提供支持。

4.1?污泥設施管理

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設施進行數(shù)字孿生，實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

4.2?污泥數(shù)據(jù)庫

構建污泥樣品庫，建立城鎮(zhèn)多源污泥泥質、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，識別有機質含量、含砂量、重金屬、有毒有害物質等的分布、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：

[1]張小娟，唐?錨，劉?梅，等. 北京市智慧水務建設構想[J]. 水利信息化，2014（1）：69～73.

[2]謝善斌，袁?杰，侯金霞. 智慧水務信息化系統(tǒng)建設與實踐[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)技術在智能水務建設中的應用研究[J]. 給水排水，2014（11）：110～115.

[7]趙藝璇. 基于大數(shù)據(jù)的智慧水利應用及其技術探討[J]. 人民黃河，2020（6）：1～9.

[8]舒秀霞，張曙光. 大數(shù)據(jù)背景下廊坊市智慧水務建設的實踐與思考[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)中心構建技術研究[J]. 建設科技，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.