魯菁 馬曉虎 楊濤

1.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.廣東粵海水務(wù)投資有限公司

水務(wù)工作是現(xiàn)代城市工作的基本內(nèi)容之一，承擔(dān)排水方面的責(zé)任，城市的發(fā)展、居民訴求的變化，則要求水務(wù)管理工作不斷完善，以匹配新時期工作需求。本文以智慧水務(wù)為例，分析城市智慧水務(wù)的建設(shè)價值、現(xiàn)狀，并就其構(gòu)建方法和關(guān)鍵技術(shù)進行研究，給出系統(tǒng)構(gòu)建思路、基本結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、作業(yè)模式等內(nèi)容，最后簡單展望智慧水務(wù)技術(shù)的前景，就其功能延伸、能力優(yōu)化等趨勢進行簡述，服務(wù)相關(guān)技術(shù)、模式的進一步發(fā)展和運用。

從廣義上看，水務(wù)是為適應(yīng)各區(qū)域快速發(fā)展需求而設(shè)立的，以給排水為中心的綜合性工作，主要涉及城市水文規(guī)律分析、城市防洪與減災(zāi)、城市水資源利用與保護、城市水務(wù)規(guī)劃與管理、城市水環(huán)境保護與生態(tài)修復(fù)等基本理論研究和技術(shù)開發(fā)。狹義上的水務(wù)專指給排水管理?，F(xiàn)代城市建設(shè)速度較快、發(fā)展迅速，水務(wù)工作也出現(xiàn)了多樣變化，以提升水務(wù)工作水平為目標，信息技術(shù)在相關(guān)活動中得到種植，催生了“智慧水務(wù)”作業(yè)模式[1]。就“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)進行分析，有助于此模式的運用，具有較突出的現(xiàn)實價值。

1 智慧水務(wù)簡述

智慧水務(wù)是一種現(xiàn)代化的作業(yè)模式，也是一種工作理念。是指選擇合適的信息技術(shù)，將其與水務(wù)技術(shù)深度融合，充分發(fā)掘數(shù)據(jù)價值和邏輯關(guān)系，實現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的控制智能化、數(shù)據(jù)資源化、管理精確化、決策智慧化，保障水務(wù)設(shè)施安全運行，使水務(wù)業(yè)務(wù)運營更高效、管理更科學(xué)和服務(wù)更優(yōu)質(zhì)。智慧水務(wù)模式已較早進行了智慧城市建設(shè)，并以智慧水務(wù)作為重點項目優(yōu)先投入實踐建設(shè)，收效良好。

2 城市智慧水務(wù)的建設(shè)

2.1 城市智慧水務(wù)的建設(shè)價值

城市智慧水務(wù)的建設(shè)價值集中于四個方面：（1）用戶用水全流程監(jiān)測；（2）供水管網(wǎng)漏水點的精準定位；（3）智慧水量調(diào)節(jié)分配；（4）智慧供水管網(wǎng)模型建立與應(yīng)用。

“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)能夠通過智能技術(shù)和設(shè)備完成對用戶端信息的有效采集，實時了解用戶用水信息，組織管理、計費。而廣泛分布的傳感器等執(zhí)行終端則能有效偵知管網(wǎng)工作情況，根據(jù)水壓變化評估是否存在漏水問題，并在確定漏水情況發(fā)生后進一步評估漏水具體位置，為管理工作提供依據(jù)[2]。水量調(diào)節(jié)與分配，則建立在管網(wǎng)供水實時信息基礎(chǔ)上，通過分布在用戶端的工作設(shè)備，了解其用水情況，在用戶用水量增加時提升供水能力，反之則予以下調(diào)，避免供水能耗過高的情況。智慧供水管網(wǎng)模型建立與應(yīng)用強調(diào)長期性、服務(wù)性、穩(wěn)定性，供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)更新和維護難是管網(wǎng)建模和使用的主要障礙，在“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)支持下，研究開發(fā)的模型旨在克服該障礙，使得基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可實時更新、自動校核，并結(jié)合水量預(yù)測，將建模結(jié)果應(yīng)用于管網(wǎng)規(guī)劃、供水調(diào)度、事故時評估、消防時評估、管徑優(yōu)化、管網(wǎng)改造評估等實際生活中。

2.2 城市智慧水務(wù)的建設(shè)現(xiàn)狀

從現(xiàn)狀上看，包括我國在內(nèi)，很多國家已經(jīng)初步在都市建設(shè)工作中引入應(yīng)用了“智慧水務(wù)”相關(guān)技術(shù)和模式。從技術(shù)上看，“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的設(shè)計和建設(shè)帶有一定的共性特點，比較關(guān)注系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性、持續(xù)性，且能夠在現(xiàn)有技術(shù)條件下實現(xiàn)，難度不大。從效果上看，大部分地區(qū)的“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)可發(fā)揮預(yù)期價值，提升了管理效率、工作效益。從不足上看，我國“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)標準、具體要求各有不同，尚不能實現(xiàn)統(tǒng)一。此外，由于“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)建設(shè)大量應(yīng)用信息技術(shù)、設(shè)備，其成本依然較高，很多中小城市無法應(yīng)用該技術(shù)服務(wù)水務(wù)活動。

3 智慧水務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建分析

3.1 系統(tǒng)構(gòu)建思路

智慧水務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建，思路上關(guān)注多技術(shù)的聯(lián)用，重視以集成技術(shù)、PLC 邏輯控制器等，保證系統(tǒng)作業(yè)邏輯清晰，各部分功能也能得到有效履行。原則上看，系統(tǒng)構(gòu)建主要考慮三個方面要求，即適用性、易維護性、便捷性。（1）適用性是指“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)能夠滿足其服務(wù)區(qū)域給排水要求，且能夠從共性角度出發(fā)，滿足其他類似區(qū)域的水務(wù)管理需要；（2）易維護性是指“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)建設(shè)完成、投入使用后，后續(xù)管理工作仍可有序開展，在發(fā)現(xiàn)工作問題或例行維護時，無需投入過多資源、人力，即可完成維護等一般性工作；（3）便捷性是指“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)使用方便，用戶端和管理端使用的技術(shù)設(shè)備具有通用性，無需借助復(fù)雜的技術(shù)手段進行運營操作。

3.2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要重視邏輯清晰、簡化非必要環(huán)節(jié)，其主要結(jié)構(gòu)以及作業(yè)方式如圖1所示。

圖1 “智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of the "Smart Water" platform system

結(jié)合圖1 信息，可知“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)主要分為四個功能模塊，即服務(wù)端、管理端、輔助模塊、數(shù)據(jù)庫。（1）服務(wù)端包括用戶一端、管網(wǎng)各處、其他管理對象（如閥門、離心系統(tǒng)等），這些對象的信息依賴智能水表、傳感器以及其他終端收集對其進行搜集，并借助通信線路實時進行傳輸，最終匯總到“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)管理處；如果上述信息無異常，則由管理處進行匯總，錄入信息庫中；如果某一部分或幾個部分的信息存在問題，則由管理處下達處理指令，同時也將相關(guān)信息錄入數(shù)據(jù)庫，以備后用。（2）管理端主要承擔(dān)智能管理方面的功能，是智慧水務(wù)平臺系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，負責(zé)評估各終端信息（實時信息），其工作程序則由管理人員預(yù)先編寫、錄入，指導(dǎo)系統(tǒng)的總體運作。此外，管理處也負責(zé)一些其他工作，如數(shù)字化顯示器的嵌入管理、總線系統(tǒng)的接入管理等。（3）輔助模塊的功能較為多樣，包括可視化系統(tǒng)、外置存儲系統(tǒng)和設(shè)備、警報系統(tǒng)等，這些模塊以及其功能并非“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)關(guān)注的核心，主要作用在于豐富系統(tǒng)功能，使其使用性能得到進一步提升。如可視化系統(tǒng)可用于了解系統(tǒng)工作情況、遠程端設(shè)備工作情況、損壞管網(wǎng)的情況等，便于指導(dǎo)下一階段工作。（4）數(shù)據(jù)庫即“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫與管理端高度聯(lián)動，智能分析工作主要依賴數(shù)據(jù)庫提供的信息，同時整個系統(tǒng)產(chǎn)生的工作信息，也需要錄入數(shù)據(jù)庫中予以保存，以備下一階段系統(tǒng)管理、升級、參數(shù)調(diào)整使用。

3.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括智能技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)五個部分，也包括一些輔助性技術(shù)，如數(shù)字轉(zhuǎn)換技術(shù)、可視化技術(shù)、附加設(shè)備嵌入技術(shù)等。此外，“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)建設(shè)還依賴集成技術(shù)、信息技術(shù)提供基礎(chǔ)支持。從特點上看，各類基礎(chǔ)技術(shù)設(shè)計、運用方式比較成熟，其關(guān)鍵技術(shù)的運用更值得研究，尤其是智能技術(shù)。以管網(wǎng)漏水點的檢測為例，可采用降維分析的方式，做管網(wǎng)漏水點的檢測、分析。一般而言，當(dāng)管網(wǎng)出現(xiàn)漏水點時，其內(nèi)部水流的壓力會出現(xiàn)變化，較常規(guī)水平略低，因部分自來水只漏水點處流出，管網(wǎng)內(nèi)水流的水位也會相應(yīng)降低，水位、水壓是兩個帶有特異性變化的參數(shù)，可作為降維分析的直接對象。

在“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，可借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，調(diào)取管網(wǎng)正常工作模式下的水位、水壓參數(shù)，并納入到智能模塊，對智能工作系統(tǒng)組織降維訓(xùn)練，不考慮其他影響較小或無影響的參數(shù)（如水質(zhì)等），僅考慮水位和水壓參數(shù)的波動，在無漏水點的情況下，并在條件允許的情況下確保參數(shù)收集的覆蓋效應(yīng)，保證原始數(shù)據(jù)的豐富性，理論上大數(shù)據(jù)信息不宜少于1000 條，以避免覆蓋性不足、不能匹配分析需求的情況。完成原始信息收集后，將其代入智能模塊，對系統(tǒng)進行訓(xùn)練，并通過編寫程序的方式，使系統(tǒng)完成對訓(xùn)練信息的記憶，代入到信息庫中備用。實際工作中，通過接觸式傳感器收集管網(wǎng)內(nèi)的水流信息，包括水壓和水位，再將信息提供給管理中心，由智能模塊通過決策樹分析法，對相關(guān)信息進行分析，評估是否存在漏水點以及漏水點的準確位置。

管網(wǎng)內(nèi)管道水位、水壓信息，被內(nèi)置傳感器收集，并實時傳輸至遠程管理端，管理端以決策樹法進行分析。決策樹模式下，前期降維訓(xùn)練的信息被系統(tǒng)調(diào)出，決定著決策樹林的決策行為，如果傳感器收集所獲的信息不符合信息庫要求，水壓過小、水位過低，決策樹林中的決策樹大部分認為此情況屬于“漏水”，系統(tǒng)可根據(jù)決策樹的判斷，初步確定目標管道內(nèi)存在異常，并根據(jù)收集所獲信息、傳感器提供的實時信息做深入判斷，最終確定漏水點。如果決策樹認定傳感器提供的實時信息無異常、管網(wǎng)管道內(nèi)的水壓和水位無問題，則繼續(xù)進行信息收集，直到問題被發(fā)現(xiàn)（或確定管道無漏水情況）。智能技術(shù)的運用可以顯著提升“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的工作能力，是該系統(tǒng)建設(shè)、使用的關(guān)鍵。

4 智慧水務(wù)技術(shù)的前景展望

4.1 功能延伸

從發(fā)展的角度上看，智慧水務(wù)技術(shù)的前景較為廣闊，一方面其技術(shù)優(yōu)勢比較明顯，能夠提升水務(wù)管理活動、效率；另一方面該系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)依然存在優(yōu)化延伸的空間。就其功能延伸而言，服務(wù)用戶更顯迫切，如用戶對本階段用水信息存在異議，當(dāng)前只能通過聯(lián)絡(luò)水務(wù)服務(wù)者的方式獲取明細。未來可在用戶端設(shè)置多功能智能水表，每日記錄用戶用水信息，并做7 ～14 天的緩存，由用戶自行打印或下載，了解用水明細以及計費情況，進一步完善“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的服務(wù)能力，實現(xiàn)功能延伸。

4.2 能力優(yōu)化

“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的能力也會在未來進一步趨向優(yōu)化。如問題檢修，當(dāng)前智能分析模式依然存在不足，定位的準確性有限，可能出現(xiàn)誤動作等問題。未來“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)會尋求功能的改進，提升工作精度。仍以漏水點的檢測為例，當(dāng)前內(nèi)置傳感器提供的信息具有波動性，用戶用水情況、管網(wǎng)的內(nèi)徑大小以及水流流速均影響傳感器的信息收集質(zhì)量。在降維分析模式下，可對智能模塊進行優(yōu)化，考慮各類參數(shù)的影響，生成固定系數(shù)或動態(tài)系數(shù)，在智能判斷工作中考慮該系數(shù)作用，排除其他因素的干擾，精準進行漏水點的分析和定位。

4.3 成本控制

“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)建設(shè)對技術(shù)、資金、建設(shè)方式、設(shè)計理念均有一定要求，當(dāng)前很多中小城市不能應(yīng)用“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)，很大程度上受到資金因素的制約，未來“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)、智能水務(wù)技術(shù)的發(fā)展，可能進一步趨向低成本化。我國各地“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)運用漸趨普遍，這意味著技術(shù)推廣效果良好，新技術(shù)、新設(shè)備不再遙不可及，同時，普遍運用的“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)和智慧水務(wù)技術(shù)，也使其建設(shè)方式、設(shè)計思路趨向規(guī)范化和統(tǒng)一化，這也大大降低了各地單獨進行“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)建設(shè)的開支，可實現(xiàn)經(jīng)驗、技術(shù)的多地聯(lián)動和共享，從而削減“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的綜合成本，使智慧水務(wù)技術(shù)得到更廣泛的運用。

5 結(jié)語

綜上所述，“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的構(gòu)建具有一定的積極價值，其牽涉到的技術(shù)則比較多樣，需要結(jié)合平臺作業(yè)特點、需求具體選取和運用。城市智慧水務(wù)的建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)用戶用水全流程監(jiān)測、精準定位供水管網(wǎng)漏水點，并為水量調(diào)節(jié)分配、智慧供水管網(wǎng)模型建立與應(yīng)用提供支持。從現(xiàn)狀上看，大部分地區(qū)的智慧水務(wù)僅擁有上述部分功能，也有部分地區(qū)尚未進行智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)。未來工作中主要強調(diào)以既有技術(shù)為基礎(chǔ)組織智慧水務(wù)系統(tǒng)管理，關(guān)注結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、技術(shù)選取得當(dāng)，且便于管理。從發(fā)展的角度出發(fā)，智慧水務(wù)技術(shù)可能呈現(xiàn)出功能延伸、能力優(yōu)化和成本削減等趨勢，這也為其進一步運用提供了思路和空間。

引用

[1] 鐵瀛.基于大數(shù)據(jù)的智慧水務(wù)信息共享數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建分析[J].無線互聯(lián)科技,2022,19(23):24-26.

[2] 陳鈺,蔣新宇.基于DIKW體系的智慧水務(wù)建設(shè)規(guī)劃研究——以武漢市洪山區(qū)為例[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2022,43(20):29-31.