池宸星

（中國水利學(xué)會，北京100053）

建設(shè)智慧社會是我國在新時代把握信息化帶來的重大機遇、以信息化推動經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略部署[1]。智慧社會要求加強信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以智能化引領(lǐng)管理模式的變革，以智慧化提高社會管理及服務(wù)水平。智慧水利是智慧社會的重要組成部分，是水利信息化發(fā)展的新階段[2]。隨著最嚴格水資源管理制度深入推進，對節(jié)水監(jiān)管能力提出更高要求，智慧水利引領(lǐng)的信息化建設(shè)是促進和帶動水利行業(yè)提升社會管理和公共服務(wù)能力的必然選擇，是節(jié)水“補短板、強監(jiān)管”的重要途徑。

1 節(jié)水監(jiān)管亟需提升智能化應(yīng)用水平

多年來，我國水利信息化建設(shè)取得了很大成就，為智慧水利建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)。隨著信息化的發(fā)展與普及，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城鎮(zhèn)生活用水管理的信息化得到了一定的發(fā)展，各地開展了計量監(jiān)測和水資源管理系統(tǒng)建設(shè)等工作。國家水資源監(jiān)控能力項目的實施大幅提升了管理水平、積累了豐富的經(jīng)驗。智慧社會是對我國信息社會發(fā)展前景的前瞻性概括[3]。綜合新信息技術(shù)的發(fā)展水平看，信息化技術(shù)在節(jié)水工作很多環(huán)節(jié)的應(yīng)用尚處于起步、待開發(fā)和推廣階段，與智慧社會的需求仍存在差距。

監(jiān)測計量能力不足，總量控制、定額管理、計劃用水以及監(jiān)督考核等難以真正落實[4]；用水計量監(jiān)測覆蓋率低，粗放的計量收費現(xiàn)象仍廣泛存在，用水數(shù)據(jù)未實現(xiàn)在線采集實時監(jiān)測和互聯(lián)共享[5]；水資源調(diào)度手段不先進，各級調(diào)度管理信息化、自動化、智能化程度低，在日常調(diào)度工作及用水統(tǒng)計、信息報送等方面工作量大、效率低[6]；側(cè)重硬件建設(shè)，缺乏對數(shù)據(jù)中有利于管理決策關(guān)鍵信息的高階分析和挖掘功能[7]；農(nóng)業(yè)節(jié)水工作除了涉及水利部門外，還涉及農(nóng)業(yè)農(nóng)村、發(fā)展改革、工信、住建等相關(guān)部門，有大量的工作需要協(xié)調(diào)相關(guān)部門共同完成，業(yè)務(wù)協(xié)同存在困難[5]；縣域水資源信息化建設(shè)滯后，管理智能化落后與管理精細化要求形成矛盾制約[8]。

提高節(jié)水監(jiān)管能力，需要加強監(jiān)測計量體系和信息化建設(shè)，充分運用信息平臺網(wǎng)絡(luò)化、大數(shù)據(jù)、智能化的手段，切實提高節(jié)水計量、監(jiān)測、統(tǒng)計、核查水平。[4]

2 基于信息化技術(shù)的節(jié)水智能監(jiān)管

移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的興起和應(yīng)用，為節(jié)水監(jiān)管提供了新的技術(shù)手段；泛在感知網(wǎng)絡(luò)使用水設(shè)備的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理更加智能化；機器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等方法使管理、決策、評估、監(jiān)督更有科學(xué)依據(jù)。這些新技術(shù)、新理念、新模式與節(jié)水監(jiān)管的不斷滲透，促使節(jié)水管理和服務(wù)模式向“精細化”“智能化”發(fā)展和變革。精細化管理保證了用水和節(jié)水工作的順利實施[5]?；谛畔⒒夹g(shù)的智能化應(yīng)用，為精細化管理提供了支撐保障。

節(jié)水智能監(jiān)管通過在線監(jiān)測設(shè)備、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、泛在感知網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實時感知用水系統(tǒng)的運行狀態(tài)；通過優(yōu)化的算法和模型及時分析和處理用水信息；通過可視化的方式整合管理部門與供排水設(shè)施，實現(xiàn)覆蓋蓄、供、輸、用、排等各涉水環(huán)節(jié)的動態(tài)、直觀地全方位、全過程監(jiān)管，從而達到“智能”的狀態(tài)，輔助節(jié)水管理維護和決策。

綜合來看，節(jié)水智能監(jiān)管秉承了智慧水利內(nèi)涵的3 個方面：新信息通信技術(shù)的應(yīng)用，包括信息傳感及物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的應(yīng)用；多源信息的監(jiān)測與融合，包括管網(wǎng)、供排水設(shè)備、用水設(shè)施、氣象、墑情等全要素監(jiān)測信息的融合應(yīng)用；系統(tǒng)集成及應(yīng)用，指集信息監(jiān)測分析、情景預(yù)測預(yù)報、科學(xué)調(diào)度決策與控制運用等功能于一體。[9]

3 節(jié)水智能監(jiān)管設(shè)計組成

1）信息采集傳輸進行涉水信息智能感知。通過數(shù)據(jù)感知設(shè)備和數(shù)據(jù)采集器實現(xiàn)用水數(shù)據(jù)的智能測量、計量和交換。在用水設(shè)施前端安裝的數(shù)據(jù)感知設(shè)備，包括智能遠傳水表、智能壓力計、智能水位測控儀、土壤墑情監(jiān)測儀等傳感器。智能遠傳水表和智能壓力計、智能水位測控儀用于計量水量和水壓數(shù)據(jù)，土壤墑情監(jiān)測儀用于監(jiān)測土壤濕度。數(shù)據(jù)采集器采集、存儲、匯總上傳計量數(shù)據(jù)。前端感知設(shè)備采集的數(shù)據(jù)通過GPRS，4G，5G等傳輸網(wǎng)絡(luò)，接入數(shù)據(jù)支撐平臺。

2）數(shù)據(jù)支撐平臺完成數(shù)據(jù)的分析處理。利用大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)對用水數(shù)據(jù)進行全面匯聚整合，通過優(yōu)化的算法和模型完成數(shù)據(jù)高效分析處理，利用機器識別、深度學(xué)習(xí)、智能視頻分析技術(shù)對管網(wǎng)和用水設(shè)施監(jiān)控數(shù)據(jù)進行智能分析，為用水管理提供全新的監(jiān)管手段。

3）管理應(yīng)用系統(tǒng)提供節(jié)水管理的綜合應(yīng)用。通過設(shè)計良好的人機交互界面和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，提供靈活的數(shù)據(jù)查詢方式、數(shù)據(jù)警報顯示方式和功能分析模塊，并將數(shù)據(jù)分析結(jié)果通過報表、圖表等形式展示，形成趨勢對比、預(yù)測，為用水高效管理和決策提供可靠依據(jù)。目前，在節(jié)水中應(yīng)用較多的功能分析模塊包括用水分析功能和漏水分析功能。用水分析功能通過對同一用水區(qū)間不同時間段的用水情況進行對比，結(jié)合設(shè)定的用水警報閾值，給出直觀的橫向、縱向?qū)Ρ葦?shù)據(jù)，便于管理人員發(fā)現(xiàn)用水中存在的問題。漏水分析功能通常根據(jù)不同時間段設(shè)置漏水警報閾值，超過該閾值范圍的，判斷為懷疑漏水區(qū)域[10]。

4 節(jié)水智能監(jiān)管的應(yīng)用

1）管網(wǎng)管理。管網(wǎng)滲漏是節(jié)水監(jiān)管最需要解決的日常問題之一。網(wǎng)格化動態(tài)分區(qū)的壓力管理，控制管網(wǎng)壓力運行在最經(jīng)濟的工作區(qū)間，減少自然爆管次數(shù)。實時獲取的最新漏點情況，使漏點得到及時修復(fù)，有效降低管網(wǎng)漏損[11]。通過GIS系統(tǒng)地理空間數(shù)據(jù)服務(wù)實現(xiàn)直觀的管網(wǎng)分布情況，有助于管道施工時準確布設(shè)，減少資金浪費和設(shè)施維護[12]。利用水力計算模型精確計算出接水所需管徑與管道走向，降低接水費用。智能監(jiān)管在管網(wǎng)規(guī)劃和管理維護方面發(fā)揮越來越大的作用。

2）用水精量控制。智能監(jiān)管以量化為基礎(chǔ)。節(jié)水監(jiān)管需要面對數(shù)量龐大的用水終端設(shè)備以及海量的用水在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)處理能力的要求高。通過算法的優(yōu)化和設(shè)計相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，結(jié)合設(shè)備參數(shù)識別、多源數(shù)據(jù)綜合分析、管網(wǎng)數(shù)據(jù)動態(tài)模擬和用水總量控制預(yù)警等數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)灌溉等用水設(shè)施的智能控制，達到用水精量控制的效果[13]。

3）用水決策。節(jié)水監(jiān)管中計劃用水的一項重要內(nèi)容是水量的配置調(diào)度。在對水壓、流量、水質(zhì)、墑情、水廠、泵站、管網(wǎng)故障、總量控制預(yù)警等各種動態(tài)信息的在線監(jiān)測基礎(chǔ)上，通過供水管網(wǎng)模型的實時在線模擬，進行水資源的評估、診斷、預(yù)報、分配和調(diào)控，輔助用水實時調(diào)度決策，實現(xiàn)節(jié)約用水以及科學(xué)用水的目的。[14]設(shè)置數(shù)據(jù)自動發(fā)送，各級管理人員能夠及時掌握蓄、供、輸、用、排等狀況，解決數(shù)據(jù)收集不全或者反應(yīng)延期滯后帶來的溢流棄水等問題，提高節(jié)水管理數(shù)據(jù)化決策能力。

4）業(yè)務(wù)管理。通過OA 業(yè)務(wù)審批流程，發(fā)起各項涉水業(yè)務(wù)審批與協(xié)調(diào)。通過蓄、供、輸、用、排GIS 與收費系統(tǒng)和通信系統(tǒng)的接口，在完成調(diào)供停水等方案制作的同時，可實現(xiàn)對用戶的即時通知等公眾服務(wù)。通過OA 系統(tǒng)以及該系統(tǒng)和內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)的接口，同步實現(xiàn)按審批權(quán)限的業(yè)務(wù)信息在內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)的發(fā)布[15]。通過監(jiān)管信息庫實現(xiàn)監(jiān)管業(yè)務(wù)全留痕。

5）數(shù)據(jù)產(chǎn)品。節(jié)水監(jiān)管通常整合了供水生產(chǎn)、用水服務(wù)、水量管理、水質(zhì)管理、內(nèi)部管理等需求。大屏、PC 端和移動端的方式提供了靈活便捷的數(shù)據(jù)同步查閱方式。通過數(shù)據(jù)報表設(shè)計和管理，可以實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)主題分析、資料填報、報表自動提取[10]，完成用水效率分析、水資源管理考核、公眾水事服務(wù)等數(shù)據(jù)產(chǎn)品，大幅減少人員工作量，實現(xiàn)節(jié)水監(jiān)管高效化。

6）信息共享。通過搭建信息共享服務(wù)平臺，實現(xiàn)各部門之間、供水方與用水方之間、企業(yè)與政府之間的設(shè)施數(shù)據(jù)信息、管網(wǎng)信息、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)、資產(chǎn)管理的發(fā)布和共享。在農(nóng)業(yè)灌溉中，氣象數(shù)據(jù)為按需灌水和雨水資源利用提供參考[13]。信息的共享為水資源節(jié)約的協(xié)同合作以及節(jié)水管理職能的劃分、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)更新、安全管理等方面提供依據(jù)和支撐。

信息化技術(shù)在節(jié)水監(jiān)管“精細化”“智能化”中發(fā)揮的作用越來越重要。在具體應(yīng)用時，要以實際狀況作為著手點，采取合理的措施，根據(jù)實際需求科學(xué)規(guī)劃，實現(xiàn)智能節(jié)約高效地應(yīng)用。