論智慧水務(wù)平臺科研數(shù)據(jù)管理及人工智能技術(shù)的應(yīng)用

張巖，張磊

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司）

1 相關(guān)理論基礎(chǔ)概述

1.1 智慧水務(wù)的定義與特征

智慧水務(wù)是指將傳統(tǒng)水務(wù)與現(xiàn)代信息化技術(shù)進(jìn)行深度融合，以提高水務(wù)的管理和服務(wù)水平，具有三方面特征。

1）水務(wù)感知的智慧

充分利用現(xiàn)代傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對自然界水體的全面準(zhǔn)確實(shí)時監(jiān)測，形成強(qiáng)大的水利物聯(lián)網(wǎng)；

2）水務(wù)業(yè)務(wù)的智慧

充分利用云計(jì)算等技術(shù)，對傳統(tǒng)水務(wù)的全領(lǐng)域進(jìn)行智能化管理，切實(shí)提高水利水務(wù)建設(shè)和管理水平；

3）水務(wù)人的智慧

加快水務(wù)改革發(fā)展，使水務(wù)更好地為人類生活、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步提供強(qiáng)有力支撐保障，促進(jìn)水務(wù)一體化，并充分利用新一代信息傳媒技術(shù)，將這種支撐保障和水利水務(wù)的科技文化為社會公眾提供定制服務(wù)。

智慧水務(wù)將通過互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)和軟硬件，聚合各類社會信息，為政府、企業(yè)、市民提供無處不在的信息化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)無所不能、可為感知的綠色智能水務(wù)。

1.2 智慧水務(wù)平臺科研數(shù)據(jù)管理及人工智能技術(shù)應(yīng)用的原則

1）循序漸進(jìn)原則

城市智慧水務(wù)建設(shè)工程的規(guī)模是比較大的。在城市智慧水務(wù)工程建設(shè)過程中，一定要循序漸進(jìn)，以確保所有建設(shè)環(huán)節(jié)的建設(shè)質(zhì)量。從整體角度來合理規(guī)劃智慧水務(wù)工程的建設(shè)工作，制定完善的建設(shè)制度，提高建設(shè)效率，確保建設(shè)質(zhì)量與技術(shù)質(zhì)量。

2）有效利用信息資源原則

在城市智慧水務(wù)數(shù)據(jù)管理平臺中，常常涉及到非常多的數(shù)據(jù)信息，所以一定要有效利用信息資源，這是極為重要的。在搭建城市智慧水務(wù)數(shù)據(jù)管理平臺過程中，一定要實(shí)現(xiàn)公共信息資源的共享，能夠公開化處理城市水務(wù)信息，以能夠有效利用信息資源。

3）加強(qiáng)運(yùn)維管理原則

在城市智慧水務(wù)系統(tǒng)中，盡管主要運(yùn)用自動化、智能化設(shè)備與技術(shù)，不過當(dāng)設(shè)備在運(yùn)行過程中，仍需要對設(shè)備的運(yùn)維管理及智能化系統(tǒng)與自動化系統(tǒng)給予高度重視，確保城市智慧水務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的高質(zhì)量與高效率。

1.3 城市智慧水務(wù)的建設(shè)重點(diǎn)

1）綜合整理城市智慧水務(wù)系統(tǒng)

①在綜合整理數(shù)據(jù)資源時，一定要對智慧水務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行深入分析，對綜合整理過后的數(shù)據(jù)資源結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，同時又想改造上層應(yīng)用系統(tǒng)，以能夠穩(wěn)定運(yùn)用智慧水務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資源。

②綜合整理應(yīng)用系統(tǒng)。目前在城市智慧水務(wù)系統(tǒng)中，具有通過利用各種技術(shù)語言、平臺而構(gòu)建的應(yīng)用系統(tǒng)，所以需要深入分析其中存在的不同之處，然后將對其進(jìn)行有效整合，使之處于相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，

確保能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行所有應(yīng)用系統(tǒng)，進(jìn)而促使應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的提高。

2）科學(xué)升級城市智慧水務(wù)系統(tǒng)

針對大數(shù)據(jù)設(shè)備與大數(shù)據(jù)技術(shù)，一直處于不斷研發(fā)過程中。一般來說，新研發(fā)出來的大數(shù)據(jù)設(shè)備與技術(shù)在應(yīng)用方面存在許多優(yōu)勢，在對城市智慧水務(wù)建設(shè)過程中，應(yīng)深入分析系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，并找出其中存在的問題。然后科學(xué)分析智慧水務(wù)系統(tǒng)，科學(xué)、合理規(guī)劃城市智慧水務(wù)系統(tǒng)內(nèi)容，以制定出完善的系統(tǒng)升級方案。

3）重新建立信息系統(tǒng)

針對現(xiàn)有的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)，當(dāng)對其進(jìn)行改造、升級需要投入較高的成本時，在這種情況下，可以選擇重新建立信息系統(tǒng)。在統(tǒng)一的系統(tǒng)開發(fā)平臺、標(biāo)準(zhǔn)、布局條件下，應(yīng)對相關(guān)軟硬件的兼容性問題進(jìn)行充分分析，對系統(tǒng)開發(fā)效率進(jìn)行提高。

1.4 智能化監(jiān)測與管理

智慧水務(wù)系統(tǒng)以“洞察、深知、篤行”為思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，以移動互聯(lián)為工具進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、以大數(shù)據(jù)為手段進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、以KPI門戶為統(tǒng)領(lǐng)進(jìn)行形象展示、以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行科學(xué)決策、以高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)數(shù)據(jù)中心的一體化、科學(xué)化、決策智能化的信息平臺。監(jiān)管部門可借助智慧水務(wù)系統(tǒng)更加精細(xì)化和動態(tài)化的規(guī)范和管理水務(wù)業(yè)務(wù)的各個環(huán)節(jié)，從而達(dá)到智能化監(jiān)測與管理的目標(biāo)。

智慧水務(wù)系統(tǒng)給用戶帶來的不僅是信息化水平的提升，更重要的是可以強(qiáng)化綜合管控水平、完善績效評估能力、提升決策分析能力、提高應(yīng)急處置效率。其普遍效益體現(xiàn)在：

1）強(qiáng)化綜合管控能力

通過智慧水務(wù)系統(tǒng)可構(gòu)建完整的業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，可幫助規(guī)范業(yè)務(wù)流程，明確職責(zé)分工，實(shí)現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)的全流程信息化監(jiān)管，有效強(qiáng)化綜合管控能力。

2）決策能力更具科學(xué)化

智慧水務(wù)系統(tǒng)通過關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)學(xué)建模和數(shù)值仿真、全部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的智能化分析，為管理人員進(jìn)行決策分析提供科學(xué)依據(jù)。

3）部門形象進(jìn)一步提升

智慧水務(wù)系統(tǒng)結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)及建模仿真結(jié)果，可對重大風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，改變了事后處理的被動模式。同時可通過對外門戶的建設(shè)實(shí)現(xiàn)重要信息發(fā)布、民眾互動反饋等功能，將進(jìn)一步提升監(jiān)管部門的形象和服務(wù)質(zhì)量。

2 案例分析

2.1 工程簡介

工程以服務(wù)于天津市中新生態(tài)城水環(huán)境流域?yàn)楣δ芏ㄎ?，采用技術(shù)先進(jìn)、布點(diǎn)靈活，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、GIS、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的信息技術(shù)手段，以現(xiàn)有管理工作為基礎(chǔ)，建設(shè)河網(wǎng)水系智慧水務(wù)管理工程，實(shí)現(xiàn)對生態(tài)城水環(huán)境流域水系水環(huán)境的日常監(jiān)測、綜合管理、統(tǒng)計(jì)分析、科學(xué)預(yù)測、智能預(yù)警、應(yīng)急處置等功能，為生態(tài)城水環(huán)境流域水系的環(huán)境綜合整治、建設(shè)生態(tài)文明和智慧城市提供保障和支撐。

本次智慧水務(wù)管理系統(tǒng)建設(shè)范圍為中新生態(tài)城城區(qū)水環(huán)境流域，包括水文監(jiān)測系統(tǒng)工程建設(shè)、水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)工程建設(shè)和防洪排澇控制系統(tǒng)工程建設(shè)。

2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)及任務(wù)

設(shè)計(jì)利用自動化和信息技術(shù)統(tǒng)籌管理設(shè)計(jì)范圍內(nèi)排水、污水處理、中水回用、水質(zhì)檢測等業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一配置，統(tǒng)一調(diào)度，統(tǒng)一管理”這一目標(biāo)，建設(shè)完善智能的自動化信息平臺，構(gòu)建一體化的調(diào)度管理平臺，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的運(yùn)營一體化。同時，工程在建設(shè)過程中可預(yù)留通信接口，將來可被納入“智慧城市”的大數(shù)據(jù)平臺，使其成為“智慧城市”不可或缺的一部分。

本工程具體任務(wù)包含但不限于以下內(nèi)容。

1）運(yùn)行數(shù)據(jù)集中監(jiān)管

包括跨地域采集所有廠站及管網(wǎng)的實(shí)時數(shù)據(jù)、由人工錄入或?qū)氲姆绞秸蠌S級化驗(yàn)室及在線儀表的檢測數(shù)據(jù)、整合執(zhí)勤班組、運(yùn)行管理人員日常錄入的數(shù)據(jù)。

2）海量數(shù)據(jù)的優(yōu)化

包括檢索性能優(yōu)越，查看測點(diǎn)全年數(shù)據(jù)曲線、歷史數(shù)據(jù)可長期存儲，數(shù)據(jù)壓縮比例＞=10倍、支持在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫，為長期海量數(shù)據(jù)存儲設(shè)計(jì)，支持集團(tuán)級數(shù)據(jù)中心。

3）在線運(yùn)行監(jiān)控

包括在線工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)時監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)監(jiān)控、報(bào)表監(jiān)控、移動監(jiān)控與查詢。

4）調(diào)度管理平臺

即實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息管理及調(diào)度管理平臺。

2.3 中新生態(tài)城周邊流域現(xiàn)狀問題

2.3.1 監(jiān)測與管理問題

1）不具備數(shù)據(jù)在線監(jiān)測預(yù)警體系

目前生態(tài)城市各條水體的水質(zhì)檢測大多通過采樣化驗(yàn)的方法實(shí)現(xiàn)，在線監(jiān)測設(shè)備不足，不能實(shí)時了解水質(zhì)情況，只能進(jìn)行事后處理，不能進(jìn)行事前分析，做到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)。需建立在線監(jiān)測體系，部署數(shù)據(jù)采集傳輸裝置并配套建設(shè)數(shù)據(jù)中心機(jī)房，通過智慧水務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)等數(shù)據(jù)的實(shí)時在線監(jiān)測和進(jìn)一步分析。

2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析效率較低

由于缺乏數(shù)據(jù)在線監(jiān)測預(yù)警體系，生態(tài)城市各水體的數(shù)據(jù)只能通過檢測化驗(yàn)后進(jìn)行人工統(tǒng)計(jì)、分析，帶來數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不及時、存在錯誤率等問題，不能真實(shí)反映黑臭水體整治工作的效果。需建立在線分析體系，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)等數(shù)據(jù)的自動匯總和分析。

3）決策分析能力不足

由于缺乏區(qū)域排水模型、水質(zhì)擴(kuò)散模擬、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)手段、完善的應(yīng)急與處置體系，導(dǎo)致生態(tài)城市監(jiān)管部門對水系統(tǒng)的運(yùn)行決策分析能力不足。例如當(dāng)水體出現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)并產(chǎn)生黑臭時，無法判斷是由上下游哪方整治單位工作不到位所造成的。

4）聯(lián)動監(jiān)管能力滯后

生態(tài)城市園林局及各行政區(qū)政府分別負(fù)責(zé)權(quán)屬范圍內(nèi)黑臭水體的整治工作。對于分別處在同一條水體兩岸的不同整治單位，存在著整治監(jiān)管權(quán)屬不清的問題。故需建立聯(lián)動監(jiān)管平臺，實(shí)現(xiàn)黑臭水體相關(guān)信息在關(guān)聯(lián)單位的順暢傳遞。

另外對黑臭水體整治工作有著統(tǒng)一監(jiān)管、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的職責(zé)，也需要聯(lián)動監(jiān)管平臺實(shí)現(xiàn)市政府對各整治單位整治效果的集中監(jiān)視信息共享和溝通交流。

2.4 生態(tài)城市流域綜合整治策略

2.4.1 建立水務(wù)工作數(shù)據(jù)中心

生態(tài)城市智慧水務(wù)系統(tǒng)將通過實(shí)時采集并存儲，黑臭水體監(jiān)控?cái)嗝?、污水廠、管網(wǎng)、排澇泵站、調(diào)蓄池、攔河壩、海綿設(shè)施的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，為黑臭水體整治工作成果的監(jiān)管及考核提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐和指導(dǎo)。

2.4.2 形成涉水部門信息聯(lián)絡(luò)中心

通過智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，將最終形成生態(tài)城市涉水部門的信息聯(lián)絡(luò)中心。實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)突發(fā)事件響應(yīng)速度、改善監(jiān)督跟進(jìn)效率和共享聯(lián)絡(luò)信息等目標(biāo)。將為各涉水部門之間的信息溝通、存儲、匯總和分析提供有效手段。

2.4.3 充分借助模型仿真技術(shù)

黑臭水體的整治涉及水量平衡、海綿城市建設(shè)、生態(tài)岸線建設(shè)、截污管網(wǎng)建設(shè)、水生態(tài)恢復(fù)等一系列工作。存在著考慮因素較多、建設(shè)規(guī)劃復(fù)雜等問題。生態(tài)城市智慧水務(wù)系統(tǒng)將通過建模和數(shù)值仿真技術(shù)，結(jié)合實(shí)地情況完成整治工作的建模仿真，最終實(shí)現(xiàn)黑臭水體整治工作的先期模擬和后期評估，實(shí)現(xiàn)智能分析、科學(xué)決策。

2.4.4 形成基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的移動式監(jiān)管

移動式監(jiān)管以信息化為支撐，強(qiáng)化監(jiān)管目標(biāo)、規(guī)范監(jiān)管流程、提升監(jiān)管水平，按照“廠、站、網(wǎng)、點(diǎn)”聯(lián)動的監(jiān)管工作思路，利用移動終端，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管的信息化、智能化、即時化、公開化，將為監(jiān)管人員提供便捷化、移動化、智能化的監(jiān)管工具，為構(gòu)建現(xiàn)代行業(yè)監(jiān)管模式開辟一條新的道路。

3 結(jié)語

目前，城市智慧水務(wù)是一種新的城市管理建設(shè)理念，通過有效運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)于大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能夠有效提升城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量。通過利用城市智慧水務(wù)系統(tǒng)，可以智能化管控、監(jiān)測城市水資源的管理內(nèi)容，能夠有效利用城市水資源，有效避免發(fā)生水災(zāi)。