城市排水系統(tǒng)信息智能化構建與應用

一、研究背景

當前，城市排水系統(tǒng)存在各種問題：一是排水管網(wǎng)建設不完善，部分區(qū)域雨污合流，污水收集與處理設施匱乏，導致水質(zhì)劣化；二是運維管理效率低下，傳統(tǒng)排水管理依賴人工巡檢，存在數(shù)據(jù)收集不及時、處理效率低等問題；三是應急響應能力不足，面對暴雨等極端天氣，排水系統(tǒng)難以迅速響應，導致城市內(nèi)澇頻發(fā)。

二、研究意義

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術的快速發(fā)展，城市排水系統(tǒng)的智能化建設成為可能。通過數(shù)字化手段，可以實現(xiàn)排水設施的智能監(jiān)測、智能診斷和智能控制，提高排水效率和運行穩(wěn)定性，降低環(huán)境污染和管理成本。本文旨在探討廣州南沙排水泵站信息智能化構建與應用的具體路徑和效果。

三、城市排水系統(tǒng)信息智能化基礎

隨著城市化進程的加速和信息技術的發(fā)展，城市排水系統(tǒng)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)與機遇。信息智能化作為提升排水系統(tǒng)管理效率、增強應急響應能力、改善水環(huán)境質(zhì)量的關鍵手段，正逐步成為城市排水系統(tǒng)建設的重要方向。以下將從主要技術理論基礎、技術支撐等方面對城市排水系統(tǒng)信息智能化的基礎進行闡述。

（一）主要理論基礎

物聯(lián)網(wǎng)是通過智能感知、識別技術與普適計算等通信感知技術，將各種信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡。在城市排水系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術可以應用于排水管網(wǎng)、泵站、污水處理廠等基礎設施的監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)排水設施的全面感知和動態(tài)監(jiān)測。大數(shù)據(jù)技術則可以對海量排水數(shù)據(jù)進行深度挖掘與分析，為排水系統(tǒng)的科學決策和精細管理提供有力支持。

地理信息系統(tǒng)（GIS）以其強大的空間數(shù)據(jù)處理能力，為城市排水系統(tǒng)的空間分析和可視化展示提供了重要工具。通過GIS技術，可以構建排水管網(wǎng)的三維模型，實現(xiàn)管網(wǎng)布局、運行狀態(tài)等信息的直觀展示和查詢。而建筑信息模型（BIM）技術則進一步將排水設施的物理屬性、功能特性等信息集成到數(shù)字模型中，為排水系統(tǒng)的全生命周期管理提供基礎數(shù)據(jù)支持。

智慧水務是智慧城市的重要組成部分，旨在通過信息化手段提升水務行業(yè)的整體效能和服務水平。在城市排水系統(tǒng)中，智慧水務理念強調(diào)以用戶為中心，利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術，實現(xiàn)排水系統(tǒng)的智能化管理、自動化控制和優(yōu)化調(diào)度。通過構建智慧排水系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對排水設施的遠程監(jiān)控、智能預警和快速響應，提高排水系統(tǒng)的運行效率和安全性。

（二）技術支撐

首先傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術的核心部件之一，能夠?qū)崟r監(jiān)測和采集排水設施的運行數(shù)據(jù)。在城市排水系統(tǒng)中，可以部署各種類型的傳感器，如液位傳感器、流量傳感器、水質(zhì)傳感器等，以實現(xiàn)對排水管網(wǎng)、泵站、污水處理廠等基礎設施的全面監(jiān)測。同時，物聯(lián)網(wǎng)設備如RFID標簽、智能儀表等也可以應用于排水系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集和傳輸。

其次數(shù)據(jù)中心是存儲和處理海量排水數(shù)據(jù)的關鍵設施，通過構建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，可以實現(xiàn)對排水數(shù)據(jù)的集中管理和共享利用。云平臺則提供了更加靈活和高效的數(shù)據(jù)處理和分析能力，支持大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等高級應用。在城市排水系統(tǒng)中，可以利用云平臺構建排水數(shù)據(jù)分析和決策支持系統(tǒng)，為排水系統(tǒng)的科學決策和精細管理提供有力支持。

最后，智能化控制系統(tǒng)是城市排水系統(tǒng)信息智能化的核心組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)排水設施的自動化控制和優(yōu)化調(diào)度。通過集成先進的控制算法和模型，智能化控制系統(tǒng)可以根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史運行數(shù)據(jù)，對排水設施的運行狀態(tài)進行智能分析和預測，并自動調(diào)整控制策略以實現(xiàn)最優(yōu)運行效果。同時，智能化控制系統(tǒng)還可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和故障診斷等功能，提高排水系統(tǒng)的可靠性和安全性。

綜上所述，城市排水系統(tǒng)信息智能化理論基礎涉及物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)技術、GIS與BIM技術及智慧水務理念等多個方面。通過這些理論基礎的支撐和技術手段的應用，可以推動城市排水系統(tǒng)的智能化建設和發(fā)展，提高排水系統(tǒng)的運行效率和安全性，為城市水環(huán)境治理和智慧城市建設提供有力保障。

四、廣州南沙排水泵站現(xiàn)狀分析

（一）排水泵站數(shù)量及分布

根據(jù)公開信息，南沙區(qū)在多個項目中涉及到了排水泵站的建設，如南沙區(qū)農(nóng)村生活污水治理運維服務項目、南沙樞紐區(qū)塊二期土地平整工程等，這些項目均包含了一定數(shù)量的排水泵站。這些排水泵站分布廣泛，南沙區(qū)的排水泵站廣泛分布于各個鎮(zhèn)街和重點區(qū)域，以確保在暴雨等極端天氣下能夠及時有效地排除積水，防止內(nèi)澇。如：在南沙區(qū)農(nóng)村生活污水治理運維服務項目中，涉及大量的農(nóng)村生活污水收集管網(wǎng)和污水處理設施，其中就包括了300多個污水處理設施。這些污水處理設施對于收集和處理農(nóng)村生活污水起著至關重要的作用。在南沙樞紐區(qū)塊二期土地平整工程中，也設置了排水泵站以應對土地平整過程中產(chǎn)生的排水需求。這些泵站的具體數(shù)量和分布情況可能因工程進展和實際需求而有所調(diào)整。

（二）存在的問題與挑戰(zhàn)

1.城市排水能力不足

在暴雨天氣下，南沙區(qū)的部分區(qū)域容易出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象，積水嚴重，影響居民生活和交通出行。這主要是由于排水泵站的排水能力不足，無法及時將雨水排出。例如，在“龍舟水”期間（每年端午節(jié)前后，廣州降水較多），南沙區(qū)多次發(fā)布暴雨預警信號，部分區(qū)域如欖核鎮(zhèn)、東涌鎮(zhèn)等錄得大量降水，導致內(nèi)澇現(xiàn)象嚴重。盡管有關部門迅速安排應急搶險隊伍進行排水作業(yè)，但部分區(qū)域積水仍難以在短時間內(nèi)消退。排水泵站在暴雨期間需要超負荷運行以應對大量的排水需求，這不僅增加了設備的損耗和故障率，還可能影響排水效率。

城市排水能力不足還體現(xiàn)為內(nèi)澇現(xiàn)象嚴重影響城市交通運行，部分道路因積水而無法通行，給市民出行帶來不便。積水還可能對周邊建筑物和基礎設施造成損害，如地下車庫被淹、商鋪受損等。對于居民來說，內(nèi)澇還可能影響生活用水和用電安全，給日常生活帶來困擾。

2.智能化與信息化建設待提升

廣州南沙排水泵站智能化與信息化建設亟待提升：首先，部分排水泵站尚未建立完善的信息化系統(tǒng)，導致泵站運行數(shù)據(jù)無法實時上傳至監(jiān)控中心，難以實現(xiàn)遠程監(jiān)控和集中管理。信息化系統(tǒng)的缺失使得泵站運維人員需要頻繁前往現(xiàn)場進行巡檢和數(shù)據(jù)記錄，增加了工作負擔和成本；其次，智能設備應用不足，排水泵站中智能設備的普及率較低，如智能傳感器、智能控制閥門等設備的應用不足，導致泵站運行過程中的數(shù)據(jù)采集、處理和控制能力有限。缺乏智能設備的支持，泵站難以實現(xiàn)自動化控制和智能優(yōu)化調(diào)度，影響了排水效率和穩(wěn)定性；再次，數(shù)據(jù)分析和決策支持能力有限，信息化水平不高導致泵站運行數(shù)據(jù)積累不足，難以進行深入的數(shù)據(jù)分析和挖掘，無法為泵站的優(yōu)化運行和決策支持提供有力依據(jù)。缺乏先進的數(shù)據(jù)分析工具和算法支持，泵站運維人員難以從海量數(shù)據(jù)中提取有價值的信息，影響了泵站管理的科學性和精準性；最后，系統(tǒng)整合與信息共享不暢、智能化與信息化投入不足。排水泵站之間的信息化系統(tǒng)可能存在孤島現(xiàn)象，系統(tǒng)之間缺乏整合和互聯(lián)互通，導致信息共享不暢?？绮块T、跨領域的信息共享機制不健全，使得泵站運維人員在處理復雜問題時難以獲取全面的信息和支持。

五、廣州南沙排水泵站信息智能化構建與應用

廣州南沙排水泵站信息智能化構建涉及多個具體事項和措施，這些措施旨在提高泵站運行效率、降低運行成本、提升管理水平，并實現(xiàn)對泵站設備的遠程監(jiān)控、故障預警、數(shù)據(jù)分析、智能調(diào)度等功能。

（一）廣州南沙排水泵站信息智能化構建

廣州南沙排水泵站信息智能化構建主要包括設計目標、構架設計原則、系統(tǒng)架構組成、關鍵技術及安全保障等多方面。

1.設計目標

為了通過智能化手段提高泵站運行效率，減少人力和物力成本；通過確保泵站設備的安全運行，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在故障；實現(xiàn)泵站運行的自動化、遠程監(jiān)控和智能調(diào)度?？偟膩碚f設計目標是通過信息智能化保證泵站的高效、安全運行。

2.構架設計原則

系統(tǒng)應能夠長時間穩(wěn)定運行，具備故障自診斷和恢復能力（高可靠性）；能夠靈活擴展，以適應未來泵站規(guī)模和設備數(shù)量的增加（高可擴展性）；支持多種通信協(xié)議和設備接口，方便與不同廠家的設備進行對接（高靈活性）；具備完善的安全機制，保護數(shù)據(jù)不被非法訪問和篡改（安全性）。

3.系統(tǒng)架構組成

包括數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡通信層、數(shù)據(jù)處理層、應用服務層及用戶交互層。數(shù)據(jù)采集層中，傳感器網(wǎng)絡包括水位傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，用于實時采集泵站運行數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集模塊負責將傳感器采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行初步處理。網(wǎng)絡通信層中通信網(wǎng)絡采用穩(wěn)定可靠的通信網(wǎng)絡（如光纖、4G/5G等），實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集層與數(shù)據(jù)處理層之間的數(shù)據(jù)傳輸，而通信協(xié)議則支持多種通信協(xié)議（如Modbus、IEC61850等），確保與不同廠家的設備進行無縫對接。在數(shù)據(jù)處理層，數(shù)據(jù)處理中心負責接收來自數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)，并進行進一步的處理和分析；數(shù)據(jù)庫則存儲泵站運行的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，為智能調(diào)度和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。應用服務層的監(jiān)控與報警系統(tǒng)實時監(jiān)測泵站設備的運行狀態(tài)和關鍵參數(shù)，當發(fā)現(xiàn)異常時及時報警，而智能調(diào)度系統(tǒng)則根據(jù)泵站的實際需求和運行狀況，自動調(diào)整設備的運行參數(shù)和模式，實現(xiàn)智能調(diào)度。數(shù)據(jù)分析與決策支持系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)分析技術對歷史數(shù)據(jù)進行查詢、對比和分析，為科學決策和優(yōu)化管理制度提供數(shù)據(jù)支持。在用戶交互層，Web端平臺提供網(wǎng)頁版的管理界面，方便管理人員隨時隨地掌握泵站運行狀況并進行遠程操作；開發(fā)手機應用程序，實現(xiàn)移動端的監(jiān)控和管理功能。

4.關鍵技術

廣州南沙排水泵站信息智能化構建的關鍵技術涉及物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)分析技術、云計算技術及人工技能技術。主要體現(xiàn)為通過物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)泵站設備的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享，利用大數(shù)據(jù)分析技術對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，提高泵站運行的智能化水平，通過云計算技術提供強大的計算能力和存儲能力，支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理和分析，運用人工智能技術實現(xiàn)泵站設備的智能調(diào)度和故障預測等功能。

5.安全性

廣州南沙排水泵站信息智能化構建還應考慮安全性。首先需要對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息加密即對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密處理，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性；其次訪問權限的控制，應設置嚴格的訪問控制機制，防止未經(jīng)授權的訪問和篡改，最后還需備份與恢復，定期對數(shù)據(jù)進行備份和恢復測試，確保數(shù)據(jù)的完整性和可用性。

總體來說廣州南沙排水泵站信息智能化構建涉及系統(tǒng)架構設計、數(shù)據(jù)采集與處理、設備控制與維護、網(wǎng)絡建設、監(jiān)控與報警系統(tǒng)、智能調(diào)度與優(yōu)化等多個方面。這些措施的實施將有助于提高泵站運行效率、降低運行成本、提升管理水平，并為城市排水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供有力保障。

（二）廣州南沙排水泵站信息智能化的應用（結(jié)合實際案例分析）

案例一：南沙區(qū)9座大型污水提升泵站信息化改造項目

該項目通過引入智能運維技術，實現(xiàn)了泵站設備的遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、故障預警和自動調(diào)控等功能。改造后，泵站運維效率和管理水平顯著提升，設備維修和人力投入成本大幅降低。同時，通過實時數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析，系統(tǒng)能夠提前發(fā)現(xiàn)潛在故障并采取措施進行預防，減少了因設備故障導致的停產(chǎn)時間。這一項目的成功實施，不僅提高了排水公司的經(jīng)濟效益，還增強了社會服務能力。

案例二：南沙街鹿頸村工業(yè)園污水提升泵站故障預警機制

在該案例中，物聯(lián)網(wǎng)設備實時監(jiān)測泵站的水位數(shù)據(jù)，并在達到警戒值時觸發(fā)預警機制。這一機制的成功應用，使得水務管理人員能夠在第一時間獲知泵站異常情況并采取措施進行處置。這一過程中，不僅避免了污水外溢等環(huán)境問題的發(fā)生，還減少了因故障處理不及時導致的經(jīng)濟損失。這一案例充分展示了智能化技術在應急響應方面的重要作用。

1.運維管理效率顯著提升

近年來，廣州南沙區(qū)的排水泵站通過引入智能化技術，實現(xiàn)了運維管理的顯著提升。以排水公司屬下的9座大型污水提升泵站為例，通過信息化系統(tǒng)Web端和手機APP的建設與運行，實現(xiàn)了泵站設備的遠程監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、故障預警及自動調(diào)控等功能。這些功能不僅減少了人工巡查和記錄的工作量，還提高了數(shù)據(jù)處理的準確性和實時性。例如，工作人員現(xiàn)在可以通過系統(tǒng)實時查看泵站的運行狀態(tài)、降雨量、排污柵前后水位等關鍵數(shù)據(jù)，從而及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理。

2.應急響應能力顯著增強

在應急響應方面，智能化系統(tǒng)也發(fā)揮了重要作用。以南沙街鹿頸村工業(yè)園的一處污水提升泵站為例，當泵站出現(xiàn)故障導致管網(wǎng)污水持續(xù)上漲時，后臺信息系統(tǒng)能夠及時接收到物聯(lián)網(wǎng)設備發(fā)送的警戒水位數(shù)據(jù)，并觸發(fā)預警機制，提醒相關人員迅速前往現(xiàn)場進行緊急排水。這種實時的預警和響應機制，極大地縮短了應急響應時間，減少了潛在的環(huán)境風險。

3.經(jīng)濟效益與社會效益顯著

從經(jīng)濟效益來看，智能化建設顯著降低了排水泵站的運維成本。通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，泵站能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在故障，避免了因設備損壞導致的停產(chǎn)和維修費用。此外，智能化系統(tǒng)還能優(yōu)化泵站的運行參數(shù)，提高排水效率，減少能耗。從社會效益來看，智能化建設提高了排水泵站的運行可靠性和穩(wěn)定性，保障了居民的生活安全和城市的環(huán)境質(zhì)量。

4.存在的問題

受傳統(tǒng)觀念影響，部分工作人員對智能化技術的接受度不高，仍然依賴傳統(tǒng)的辦公方式；泵站管理能力尚待提高，泵站自動化系統(tǒng)建成后，存在重建設輕管理的現(xiàn)象，導致系統(tǒng)維護不及時、數(shù)據(jù)失真等問題。

5.可持續(xù)優(yōu)化建議

針對智能化技術的應用，組織專項培訓活動，提高工作人員的技術水平和應用能力。同時，加強宣傳力度，提高員工對智能化技術的認識和接受度。建立健全泵站自動化系統(tǒng)的維護和管理制度，明確責任分工和操作流程。加強對監(jiān)測儀表和設備的保養(yǎng)和維護工作，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。與高校、科研機構等合作，引入專業(yè)團隊進行技術指導和支持。通過產(chǎn)學研合作的方式，不斷提升泵站智能化建設的水平和質(zhì)量。關注行業(yè)動態(tài)和技術發(fā)展趨勢，積極引入新技術、新設備和新方法。通過持續(xù)的技術創(chuàng)新，推動泵站智能化建設向更高層次發(fā)展。

六、結(jié)論與展望

廣州南沙作為粵港澳大灣區(qū)的重要區(qū)域，正加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟核心產(chǎn)業(yè)，大力推進制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。在排水系統(tǒng)方面，南沙已通過高新信息智能化技術為排水管理裝上“智慧大腦”，實現(xiàn)排水系統(tǒng)的全面感知、動態(tài)監(jiān)測、科學決策和精細管理。本文旨在全面探討廣州南沙排水泵站信息智能化構建與應用的現(xiàn)狀、效果及未來展望，為城市排水系統(tǒng)的智能化建設提供有益的參考和借鑒。城市排水系統(tǒng)將著重于提升系統(tǒng)的智能化、集成化和可持續(xù)性。通過深度整合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等技術，實現(xiàn)排水系統(tǒng)的全面感知、智能預警、精準調(diào)度與高效管理。

作者單位：廣州南沙城市排水有限公司