梁伊恬 黎 思

（東莞市水務(wù)技術(shù)中心，廣東 東莞 523000）

隨著我國(guó)數(shù)字信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)業(yè)正在進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)智能時(shí)代，工業(yè)智能化也是企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)和內(nèi)在需求。目前，在水務(wù)管理領(lǐng)域上我國(guó)擁有近十年的探索歷史，智慧水務(wù)管理也是現(xiàn)代化城市建設(shè)中十分重要且核心的組成，并且也成為國(guó)家戰(zhàn)略層面的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與水務(wù)管理現(xiàn)狀

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是一種將射頻識(shí)別技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的產(chǎn)物，目的是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)信息在大范圍內(nèi)的可識(shí)別性和可管控性。物聯(lián)網(wǎng)顧名思義強(qiáng)調(diào)了萬(wàn)物互聯(lián)，從邏輯維度豐富了物質(zhì)世界，擴(kuò)展了物質(zhì)世界的客觀可能性，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 33745-2017《物聯(lián)網(wǎng)術(shù)語(yǔ)》中對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的定義是一種智能服務(wù)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以通過(guò)設(shè)備對(duì)人、物以及抽象信息進(jìn)行感知和連接，使現(xiàn)實(shí)世界與網(wǎng)絡(luò)世界達(dá)成連接，并使網(wǎng)絡(luò)世界中出現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界物理實(shí)體的虛擬投影。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)于二十世紀(jì)末首次提出并迅速被應(yīng)用到許多行業(yè)當(dāng)中，目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)不再只是簡(jiǎn)單的互聯(lián)技術(shù)，而是包含了許多新興網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，且正在實(shí)現(xiàn)多學(xué)科融合發(fā)展，并具有廣闊的發(fā)展空間[1]。

1.2 現(xiàn)代智慧水務(wù)管理

數(shù)據(jù)顯示，影響水務(wù)行業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題有漏損率高、產(chǎn)銷(xiāo)差大形勢(shì)嚴(yán)峻等，或是由于技術(shù)落后導(dǎo)致管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)效率低下，水質(zhì)監(jiān)管困難等。因此，水務(wù)行業(yè)引入信息技術(shù)建設(shè)現(xiàn)代化智慧水務(wù)管理體系，通過(guò)建立中央集中管控一體化平臺(tái)，規(guī)范接入?yún)f(xié)議，子公司通過(guò)端口連接從而形成集中一體化管理，大大提高了管理效率。我國(guó)智慧水務(wù)管理系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)過(guò)了三個(gè)階段：第一階段重點(diǎn)在水務(wù)管理的自動(dòng)化，對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)效率和工藝技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；第二階段加強(qiáng)了水務(wù)管理的智能化，逐漸引入新技術(shù)，加快了智慧水務(wù)管理系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程；目前我國(guó)正處于第三階段，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)能革新智慧水務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)包括對(duì)水廠自動(dòng)化、城市排污水處理、水源檢測(cè)、城市防旱排澇、水務(wù)智慧安防等功能管理和控制[2]。

2 現(xiàn)代城市智慧水務(wù)建設(shè)需求分析

我國(guó)水務(wù)管理的主要難點(diǎn)在于人口數(shù)量和水資源之間的不平衡，并且這種矛盾已經(jīng)成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大障礙，尤其是在人口密集且集中的城市地區(qū)，還存在水污染嚴(yán)重、防旱防澇、雨水疏導(dǎo)、供排水管道壓力監(jiān)管等問(wèn)題，因此我國(guó)水務(wù)管理急需轉(zhuǎn)型升級(jí)，建立智慧管理系統(tǒng)，能夠集中監(jiān)測(cè)、管理水資源，提高水務(wù)管理效率，提高水資源利用率，降低工業(yè)污染，建設(shè)符合綠色健康可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工程。因此，我國(guó)城市智慧水務(wù)管理的需求主要體現(xiàn)在生態(tài)和智能兩方面。

2.1 建設(shè)生態(tài)水務(wù)

水資源和人口數(shù)量之間不平衡問(wèn)題的根本解決途徑是加快生態(tài)文明的建設(shè)，只有加快生態(tài)文明可持續(xù)發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)資源、經(jīng)濟(jì)、人口、社會(huì)的全面和諧發(fā)展。因此，智慧水務(wù)管理系統(tǒng)要把生態(tài)文明可持續(xù)發(fā)展作為首要任務(wù)，各個(gè)水務(wù)運(yùn)行部門(mén)和管理部門(mén)緊密聯(lián)系起來(lái)，協(xié)同資源的整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的高效利用，從而進(jìn)一步建設(shè)現(xiàn)代化智能城市，助力區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。

2.2 建設(shè)智能智慧水務(wù)

高新技術(shù)與水務(wù)管理的有效結(jié)合是建設(shè)智能智慧水務(wù)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵。我國(guó)智慧水務(wù)管理系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)自動(dòng)化建設(shè)和新技術(shù)的沖擊，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與人口數(shù)量矛盾的激增，以及城市水資源迫切的管控需求，在第三階段水務(wù)管理系統(tǒng)升級(jí)革命上，需要管理實(shí)施更加全面自動(dòng)化，水務(wù)監(jiān)管、預(yù)測(cè)以及分析系統(tǒng)更加智能化，軟硬件設(shè)備更加現(xiàn)代化。

從上述的需求來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融入可以將大數(shù)據(jù)、人工智能和云平臺(tái)等新興技術(shù)高效融合在一起，建立一個(gè)跨平臺(tái)綜合可拓展的集成系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各行業(yè)水務(wù)工作的信息化建設(shè)和過(guò)程執(zhí)行智能化[4]。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市水務(wù)管理中的應(yīng)用情況

隨著現(xiàn)代化建設(shè)的推進(jìn)，我國(guó)城市水務(wù)管理也從過(guò)去定點(diǎn)、單點(diǎn)化的數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)向更大空間范圍的監(jiān)管，因此需要建立中央管控平臺(tái)，通過(guò)人工智能實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)壓力、管網(wǎng)漏損、管網(wǎng)在線水質(zhì)、管網(wǎng)供水調(diào)度等任務(wù)的監(jiān)測(cè)和管理。

智慧水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，通過(guò)使用傳感技術(shù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)無(wú)線或有線信道傳輸回應(yīng)用層的軟件，各部門(mén)子系統(tǒng)之間通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接的管理系統(tǒng)有機(jī)整合，從而完成對(duì)城市水務(wù)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和管理，克服了傳統(tǒng)水務(wù)部門(mén)之間資源隔斷，信息無(wú)法共享的問(wèn)題，有效降低了成本，建立了高效的水務(wù)管理系統(tǒng)與科學(xué)的決策體系。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 智慧水務(wù)功能結(jié)構(gòu)圖

3.1 場(chǎng)景分析

3.1.1 監(jiān)測(cè)應(yīng)用

污水管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)站監(jiān)測(cè)：按照區(qū)域劃分城市排水系統(tǒng)，每區(qū)域再劃分成網(wǎng)格小區(qū)，從而建立排水管樹(shù)形機(jī)構(gòu)關(guān)系，在進(jìn)行排水監(jiān)測(cè)時(shí)按照排水結(jié)構(gòu)涉水企業(yè)的優(yōu)先級(jí)順序，在一般等級(jí)的社會(huì)企業(yè)匯水區(qū)域外置水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)站，在重點(diǎn)排水區(qū)域節(jié)點(diǎn)建立標(biāo)準(zhǔn)站，對(duì)PH/T、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、CODcr、NH3-N、TP、TN 等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面覆蓋監(jiān)測(cè)。

污水管網(wǎng)原位監(jiān)測(cè)：通過(guò)分析和論證，在重要的管控點(diǎn)位、主干匯聚點(diǎn)管道內(nèi)新增原位水質(zhì)站對(duì)排水管網(wǎng)的水質(zhì)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)指標(biāo)有PH/T、濁度、COD、ORP、電導(dǎo)率、流量、液位等。

地表水水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)：對(duì)區(qū)域的地表水監(jiān)測(cè)站進(jìn)行優(yōu)化改造，以滿(mǎn)足區(qū)域發(fā)展和地理情況對(duì)地域地表水監(jiān)測(cè)的需求。

地表水雨情監(jiān)測(cè)：能夠根據(jù)《山洪災(zāi)害防治非工程措施補(bǔ)充完善技術(shù)要求》對(duì)區(qū)域的旱澇災(zāi)害情況按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)分布區(qū)域進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，將分析結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域分布圖反饋給監(jiān)測(cè)站；在河道區(qū)域附近安裝水、雨情監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠完成實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和危險(xiǎn)預(yù)警的任務(wù)。

3.1.2 農(nóng)業(yè)水價(jià)綜合應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為河段流域監(jiān)測(cè)提供了云服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了河段閘站控制和過(guò)閘流量監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控，以及工程運(yùn)行巡視的信息化管理，大大提高了流域監(jiān)管工作效率。水務(wù)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)根據(jù)尺度的不同被劃分為行政區(qū)和流域，在行政區(qū)管理工作中根據(jù)行政區(qū)的特質(zhì)將管控工作落實(shí)到每一個(gè)屬地；在流域管理工作中則以基礎(chǔ)權(quán)屬的方法設(shè)立河長(zhǎng)，由河長(zhǎng)管理機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靈活管理，此外，管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存管理具有動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的功能，根據(jù)區(qū)域的信息資源容量和目錄要求進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化。這種數(shù)據(jù)庫(kù)管理的方法充分展現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)與水務(wù)工作的有機(jī)融合，顛覆了傳統(tǒng)水務(wù)業(yè)務(wù)的工作模式，改革建立信息互通互聯(lián)機(jī)制，為水務(wù)管理工作提供了先進(jìn)完整的軟硬件一體化的管理體系和運(yùn)行方法，為城市水務(wù)高效管理及水環(huán)境長(zhǎng)效機(jī)制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，有效提高了城市水務(wù)監(jiān)管工作的效率和能力，解決了過(guò)去區(qū)域排水管網(wǎng)偷排、漏排等問(wèn)題，切實(shí)推進(jìn)監(jiān)管排水管網(wǎng)監(jiān)管工作的高效落實(shí)，另一方面也為水質(zhì)的管理和涉水事件溯源提供了有效的服務(wù)和保障[5]。

3.2 功能分析

當(dāng)代智慧水務(wù)管理系統(tǒng)集成了現(xiàn)有控制系統(tǒng)的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)信息分發(fā)與共享信息處理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、對(duì)信息的智能化存儲(chǔ)管理、人機(jī)交互、向上層應(yīng)用傳輸數(shù)據(jù)層參數(shù)等功能，這也是現(xiàn)代人工智能系統(tǒng)中系統(tǒng)的訓(xùn)練和主動(dòng)升級(jí)的功能。在過(guò)去的水務(wù)管理中常常存在設(shè)備工藝差異之間的不兼容，而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。另外，過(guò)去采用人工監(jiān)控運(yùn)行管理的方法低效且準(zhǔn)確性不高，設(shè)備評(píng)估也缺乏標(biāo)準(zhǔn)的體系，而設(shè)備的定時(shí)監(jiān)管、維修和升級(jí)都具有明顯的時(shí)效性，所以在現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智慧水務(wù)管理系統(tǒng)中有效地解決了這個(gè)問(wèn)題。

1.科學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：管理系統(tǒng)需要規(guī)范統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)評(píng)價(jià)包括對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的黑盒、白盒測(cè)試，對(duì)設(shè)備的模塊測(cè)試以及管理體系的評(píng)估?？茖W(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)了城市水務(wù)管理物聯(lián)網(wǎng)化的規(guī)范性和可遷移性，保障了城市各行政區(qū)和流域之間正常的管理工作與交流。

2.智能定點(diǎn)巡檢：設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安排檢測(cè)人員在監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行日常巡檢任務(wù)，任務(wù)過(guò)程通過(guò)手持終端上傳到平臺(tái)，同時(shí)平臺(tái)也在實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，這種管理模式不僅有效節(jié)約了人力成本，同時(shí)也突破了傳統(tǒng)人力巡檢的時(shí)空限制，有效提高了巡檢工作的工作效率和工作準(zhǔn)確性。

3.后臺(tái)全域管理：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為水務(wù)管理提供了在線實(shí)時(shí)監(jiān)控的平臺(tái)，能夠第一時(shí)間捕捉到突發(fā)事件，及時(shí)處理異常問(wèn)題并將情況上報(bào)，對(duì)異常問(wèn)題進(jìn)行分析和處理，提出解決策略，快速采取解決措施。加強(qiáng)了各部門(mén)之間的聯(lián)系性和交流，有效降低失誤，提高運(yùn)行效率和運(yùn)行質(zhì)量，也避免了后期的維護(hù)投入。

4.風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)：風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)管控是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入的一大特色，能夠?qū)υO(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行分析和監(jiān)測(cè)，并根據(jù)算法計(jì)算出在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)以及可能出現(xiàn)的異常，為管理人員爭(zhēng)取了更多的解決時(shí)間和搶救機(jī)會(huì)。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)算法需要一定量的數(shù)據(jù)進(jìn)行支持，以擁有更多的實(shí)例提高算法的精確度，提高檢測(cè)維護(hù)的有效性和準(zhǔn)確性。

5.可視化管理系統(tǒng)：每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)備安裝了傳感器，支持多終端連接，隨時(shí)獲取數(shù)據(jù)，通過(guò)傳感器可以實(shí)現(xiàn)水務(wù)的可視化管理，面對(duì)人力無(wú)法解決的突發(fā)狀況包括爆管、過(guò)壓、短缺等情況，系統(tǒng)可以及時(shí)監(jiān)測(cè)并預(yù)警，同時(shí)通知相關(guān)部門(mén)采取解決措施。

6.云支持平臺(tái)：支持主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接入，即可將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布到網(wǎng)上，用戶(hù)與管理人員對(duì)共享數(shù)據(jù)同步應(yīng)用和遠(yuǎn)程控制，方便了平臺(tái)的管理和監(jiān)測(cè)，城市間所有的水務(wù)工作連接到同一個(gè)平臺(tái)上，突破了時(shí)空的限制，破除孤島數(shù)據(jù)，使得城市水務(wù)管理工作更加專(zhuān)業(yè)化、高效化、智能化。

4 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為水資源管理提供了良好的平臺(tái)和先進(jìn)的技術(shù)，目前我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測(cè)、預(yù)警、調(diào)度等業(yè)務(wù)，在城市水務(wù)管理中提供了高效和規(guī)范的解決對(duì)策。我們應(yīng)關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與城市水務(wù)管理的交匯相融，制定科學(xué)合理的物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)方案，重點(diǎn)關(guān)注監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布局的科學(xué)性、預(yù)警閾值的合理性等，充分發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在水務(wù)管理中的優(yōu)勢(shì)。此外，我們還要進(jìn)一步做好有效的推廣工作，持續(xù)優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)水務(wù)管理系統(tǒng)性能。