城市智慧水務(wù)建設存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施

摘要：隨著(zhù)城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市水資源管理逐漸提高。智慧城市建設已成為現代化城市建設的重要部分。智慧水務(wù)建設具有水資源調整功能，可以幫助水資源管理及時(shí)采取糾正措施，避免災害的發(fā)生。文章針對城市智慧水務(wù)建設中的問(wèn)題，提出了改進(jìn)措施作為參考。

關(guān)鍵詞：城市；智慧水務(wù)建設

水利工程是經(jīng)濟發(fā)展的基礎支撐，加強智慧水務(wù)建設，是智慧社會(huì )的重要部分，是新時(shí)代節水發(fā)展的更高階段，是實(shí)施節水業(yè)務(wù)需求的重要抓手。引導智慧水務(wù)建設，是推進(jìn)水務(wù)治理體系和治理能力的客觀(guān)要求。以智能應用為重點(diǎn)，形成特色的智慧水務(wù)系統。

1 智慧水務(wù)概念

智慧水務(wù)是利用傳感器和電子標簽等技術(shù)，打造涵蓋信息和時(shí)空尺度的信息感知網(wǎng)絡(luò )。建立水環(huán)境生態(tài)水監測系統，檢測水資源、河流、湖泊和污水。建立水資源監測能力，實(shí)現源水供應、水廠(chǎng)供應、二次供水、城市生態(tài)供水和農田灌溉用水的全自動(dòng)監測。建立覆蓋全區的監測系統，對河流、泵站、水壩、堤防和易發(fā)洪水點(diǎn)的水情進(jìn)行全自動(dòng)監測。智慧水務(wù)的監測系統支持各種監控數據傳輸，并執行物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )、移動(dòng)無(wú)線(xiàn)和運營(yíng)網(wǎng)絡(luò )的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )。利用云計算和虛擬化新技術(shù)，構建集水信息采集、存儲、分析和數據挖掘于一體的大數據中心，將水利水務(wù)工程基礎信息、視頻監控集成到數據中心，與氣象、國土資源和應急管理等部門(mén)進(jìn)行信息共享，基于虛擬擴展模型可以分析供應、排放、污染和災害等。以水管理聯(lián)動(dòng)為模型進(jìn)行實(shí)時(shí)監測、未來(lái)預測、綜合控制、資源調度和水環(huán)境改善的協(xié)同調控。

2 智慧水務(wù)建設要求和支撐

　　智慧水務(wù)對于推進(jìn)生態(tài)文明建設具有重要的意義。在當前水資源和生態(tài)水環(huán)境的嚴峻形勢下，需要持續貫徹新管理理念，推進(jìn)生態(tài)水文明建設，推進(jìn)工業(yè)化、現代化的變革。建立水資源綜合治理體系，實(shí)現從源頭管控、多層級和多部門(mén)治理。全面提升技術(shù)開(kāi)發(fā)水資源綜合管理能力，應對新形勢下水資源發(fā)展面臨的新挑戰。

　　近年來(lái)，水環(huán)境信息學(xué)的發(fā)展，對防洪抗旱、水資源管理工作有著(zhù)重要意義。智慧水務(wù)建設可以提高水務(wù)部門(mén)、大型灌區和自來(lái)水公司等基層管理的信息化水平，整合信息資源，提升水資源管理效率和水平，并為傳統工程向現代工程轉變奠定良好的基礎。傳統的防洪方法是加大雨水排水系統管徑，為了在大雨或長(cháng)時(shí)間降雨的情況下增加水系統的承載能力。但工程措施成本髙、施工時(shí)間長(cháng)，使得城市內澇問(wèn)題難以在短期內得到改善。從管理的角度來(lái)看，在智能化發(fā)展理念下，水務(wù)管理發(fā)生了創(chuàng )新變革，經(jīng)濟效益和管理效率有所提升。同時(shí)，智慧水務(wù)的發(fā)展將更好地促進(jìn)城市管理工作并帶動(dòng)經(jīng)濟發(fā)展。推進(jìn)傳統水務(wù)管理模式的變革升級，推動(dòng)傳統水務(wù)管理模式向智慧模式轉變，能夠準確地反映水務(wù)行業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和服務(wù)，實(shí)現從宏觀(guān)管理逐漸向微觀(guān)管理的覆蓋。通過(guò)智能模擬和智能控制等功能，為水務(wù)管理提供科學(xué)決策支持。通過(guò)平臺聯(lián)通和數據交換，加強了相關(guān)水務(wù)管理部門(mén)之間的協(xié)作，提高了水務(wù)管理工作效率和質(zhì)量。在水利工程系統中實(shí)現透明化和公共服務(wù)的相關(guān)性。智慧水務(wù)系統內置互動(dòng)平臺，通過(guò)在終端設備上共享水務(wù)信息，讓公眾可以查看和了解水務(wù)運行狀態(tài)，提高社會(huì )公眾的參與度。提供在線(xiàn)業(yè)務(wù)處理和信息咨詢(xún)等服務(wù)，以提高服務(wù)質(zhì)量和公眾滿(mǎn)意度。智慧水務(wù)建設可以為智慧城市管理和決策提供準確的信息，給排水用戶(hù)的數據能夠真實(shí)反映生活和生產(chǎn)狀況，以及城市發(fā)展狀況。給排水信息與大數據對接，可快速分析信息，支持城市內部功能結構調整和城市規劃建設管理。同時(shí)，智慧水務(wù)建設發(fā)展需要與給排水技術(shù)與信息技術(shù)的融合，創(chuàng )造巨大的潛在市場(chǎng)。

3 智慧水務(wù)建設的措施

3.1制定科學(xué)的評價(jià)指標

智慧水務(wù)是否智慧取決于實(shí)踐和數據，水資源管理人員必須根據實(shí)際情況，制定合理智能的水資源分類(lèi)指標體系。根據水務(wù)管理，要以產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟、基礎設施和支撐保障作為水務(wù)建設智能化評價(jià)指標，做好智慧水務(wù)建設規劃，合理的調整建設和管理方案。推廣一些行之有效的管理措施，調整系統建設方向，為智慧城市的建設做出必要的貢獻。通過(guò)大數據分析，對前端監控問(wèn)題進(jìn)行計算分析，得出分析結果?？紤]構建多模型管理體系和對于未來(lái)開(kāi)發(fā)的集成化服務(wù)，為未來(lái)智慧水務(wù)建設開(kāi)發(fā)中的新模型提供統一的管理服務(wù)，避免新模型消耗大量的工作量。分析結果可應用于預警指標系統，提供預警參數的配置，對于超過(guò)閾值的信息將通過(guò)監控預警進(jìn)行告警，確保最終的跟蹤信息也可以統一顯示。在預報預警計算過(guò)程中，需要不斷更新系統收集監測信息和水系要素等反饋信息，并結合水文氣象預報信息確保預警系統的不斷優(yōu)化分析結果。

3.2加強智慧水務(wù)信息規劃

　　加強水務(wù)信息智能化規劃，對各系統進(jìn)行更新，對系統中的子系統進(jìn)行整體更新。由于不同部門(mén)的相關(guān)水務(wù)信息難以整合，這使得系統的管理變得困難。因此,在水務(wù)部門(mén)的系統中應加入信息傳輸功能，以便在信息采集中形成統一的采集形式。針對不同的信息，水務(wù)管理系統應具有統一收集管理和統計分析的功能。

3.3提高數據預測的準確性

　　提高智慧水務(wù)建設系統數據的準確性，首先要從數據采集入手，采集降水、氣候和用水數據，利用大數據對用水進(jìn)行分析。居民用水根據城市的不同模式、需求和廢水排放等，了解不合理利用水資源而引起的環(huán)境問(wèn)題，制定正確的補救措施，利用智能系統數據預測城市洪澇高峰期，并讓相關(guān)部門(mén)進(jìn)行預警。以便相關(guān)智慧水務(wù)管理部門(mén)提前準備，利用水資源和降雨，實(shí)現更有效的水管理。

3.4構建物聯(lián)網(wǎng)下的智慧水務(wù)系統

　　互聯(lián)網(wǎng)的應用和發(fā)展也是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的過(guò)程，物聯(lián)網(wǎng)的概念不僅僅指網(wǎng)絡(luò )系統，還包括特定的業(yè)務(wù)工作流和應用程序，是一種結合云計算、大數據、通信和傳感器技術(shù)來(lái)解決物與人交互的方式?？捎行У膶?shí)現物與物、物與人之間的遠程管理系統。智慧水務(wù)的應用是將傳感器檢測到的數據通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸到應用系統，實(shí)時(shí)監控各種水務(wù)的運行狀態(tài)，將水務(wù)管理部門(mén)與供水、排水設施有效的互通，形成智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)?；谖锫?lián)網(wǎng)的綜合信息管理平臺，采用模擬模型形成智能管理系統，包括供水監測、防洪、廢水處理、數據采集和自動(dòng)分析功能。智能水生產(chǎn)和運營(yíng)集成GIS定位、視頻監控、數據分析和自動(dòng)化服務(wù)管理系統等。數據分析處理以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心與其他系統相連，消除了傳統水務(wù)無(wú)法共享資源的管理弊端，同時(shí)也消除了各領(lǐng)域單邊決策的弊端。因此 ，智慧水務(wù)建設，使水務(wù)系統決策更加精細化，有效的提高了水資源的利用率。

3.5物聯(lián)網(wǎng)智慧水云平臺的搭建

智慧水務(wù)中設備的多樣性及網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的復雜性，意味著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)搭建的平臺將面臨諸多問(wèn)題。通過(guò)智慧水務(wù)數據采集系統，在云計算平臺上采集數據，根據應用篩選有用信息并進(jìn)行科學(xué)處理，優(yōu)化整個(gè)智慧水務(wù)建設管理和服務(wù)流程。在此基礎上構建的云平臺可分為服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò )層、平臺層和感知層。主要進(jìn)行數據訪(fǎng)問(wèn)，將采集到的數據發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上。管理員可共享數據應用程序，以此來(lái)對各種智慧水務(wù)建設設施進(jìn)行遠程控制，并實(shí)時(shí)的做到數據傳輸、存儲和處理，將復雜數據傳輸存儲后，通過(guò)需求進(jìn)行分析，過(guò)濾有用數據和消息，提取的數據可以實(shí)時(shí)發(fā)送到不同的終端設備。同時(shí)，跨平臺的數據管理可以向多個(gè)管理部門(mén)顯示，支持多級預警，以此來(lái)達到防旱防洪和實(shí)時(shí)監測降雨和水位的目的等，并且對于城市干旱和洪水至關(guān)重要。建立云平臺資源，完善防汛抗旱體系和水資源管理，合理開(kāi)發(fā)保護水生環(huán)境。將城市的水務(wù)工作都集成到一個(gè)平臺上，將數據移出傳統的孤島，相關(guān)管理部門(mén)之間可以形成統一的決策，減少智慧水務(wù)管理工作的重復性,提髙智慧水務(wù)管理的效率。

4 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

4.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過(guò)在污水廠(chǎng)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠(chǎng)能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護污水廠(chǎng)運行可靠，提高污水廠(chǎng)能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

4.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統由變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務(wù)能源流的始終，幫助運維管理人員通過(guò)一套平臺、一個(gè)APP實(shí)時(shí)了解水務(wù)配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務(wù)后勤部門(mén)管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統

4.4.1變電站綜合自動(dòng)化系統及電力監控

對水務(wù)配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時(shí)預警。

監測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無(wú)功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

4.4.2電能質(zhì)量監測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動(dòng)導致配電系統中存在大量諧波，通過(guò)監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.4.3電動(dòng)機管理

馬達監控實(shí)現水務(wù)中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動(dòng)機保護器能對過(guò)載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護、監測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時(shí)間、故障地點(diǎn)、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預防性維護。同時(shí)支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過(guò)能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關(guān)能源的參數集中在一個(gè)看板中，從多個(gè)維度對比分析，實(shí)現各個(gè)工藝環(huán)節的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個(gè)工廠(chǎng)的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務(wù)中污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車(chē)間/職能部門(mén)的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過(guò)污水處理產(chǎn)量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時(shí)將污水的單耗與行業(yè)/國家/指標對標，以便企業(yè)能夠根據產(chǎn)品單耗情況來(lái)調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系統為污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動(dòng)控制、感應控制、定時(shí)控制、場(chǎng)景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經(jīng)緯度自動(dòng)識別日出日落時(shí)間實(shí)現自動(dòng)控制功能，盡量利用自然光照，實(shí)現室內、廠(chǎng)區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

4.4.6電氣安全

①電氣火災監測：監測配電系統回路的漏電電流和線(xiàn)纜溫度，實(shí)現對污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據預先設置的應急預案快速啟動(dòng)疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過(guò)平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

③消防設備電源監測：監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時(shí)消防設備可以正常投入使用。④防火門(mén)監控系統：防火門(mén)監控系統集中控制其各終端設備即防火門(mén)監控模塊、電動(dòng)閉門(mén)器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測疏散通道防火門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開(kāi)路、短路等故障信號。系統采用消防二總線(xiàn)將具有通信功能的監控模塊相互連接起來(lái)，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時(shí)，防火門(mén)監控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.4.7 環(huán)境監測

污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等場(chǎng)所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動(dòng)啟動(dòng)排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8分布式光伏監測

實(shí)時(shí)監測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)行監測，以曲線(xiàn)方式繪制上述監測的各個(gè)參量的歷史數據。

平臺結合廠(chǎng)區實(shí)際分布情況，通過(guò)3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車(chē)棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點(diǎn)位置，各個(gè)屋頂的裝機容量。

4.4.9工藝仿真監控

平臺通過(guò)2D、3D方式實(shí)時(shí)監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動(dòng)機控制柜或低壓饋電柜安裝電動(dòng)機保護，進(jìn)行短路、過(guò)流、過(guò)載、起動(dòng)超時(shí)、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實(shí)現電動(dòng)機自動(dòng)或遠程控制，監視、控制各個(gè)工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

5 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

6 綜上所述，在城市建設智慧水務(wù)中，按照水利部標準進(jìn)行整合，統一管理數據資源，開(kāi)展水文資源的信息共享。按照規范的標準進(jìn)行，同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)，數據分析和預警預報，可有效提高智慧水務(wù)調度效率。通過(guò)大數據制定方案，利用已有知識對信息進(jìn)行分析、比較和判斷，提高洪水預報的準確性。以信息化和創(chuàng )新為導向，推動(dòng)水利現代化發(fā)展，按照總體規劃、統一標準和資源共享為指導思想，持續推進(jìn)城市智慧水務(wù)建設。智慧水務(wù)是水利不斷發(fā)展的產(chǎn)物，在城市發(fā)展和進(jìn)步中發(fā)揮著(zhù)重要作用。既能滿(mǎn)足居民生活需求，又能有效減輕洪澇災害，保障現代化城市的健康發(fā)展，促進(jìn)水資源合理配置和利用，推動(dòng)智慧城市建設的不斷發(fā)展。

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