基于新技術(shù)的長江大保護智慧水務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用

郭劍橋 田甜 張坤林

摘要：指出了長江大保護智慧水務(wù)在提升水務(wù)服務(wù)智能高效的同時，更注重保障生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性。隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，為智慧水務(wù)的監(jiān)測感知、巡檢運維、污泥管控等方面的智慧應(yīng)用提供了支持。傳統(tǒng)的水務(wù)管理模式逐步發(fā)生較大改變，形成了技術(shù)驅(qū)動管理框、業(yè)務(wù)驅(qū)動管理模式、服務(wù)驅(qū)動管理模式的趨勢。

關(guān)鍵詞：長江大保護;智慧水務(wù);數(shù)字孿生;監(jiān)測感知;污泥治理

中圖分類號：F299

文獻標識碼：A?文章編號：1674-9944（2020）14-0071-02

1?引言

在“十五”到“十二五”之間，智慧水務(wù)的發(fā)展經(jīng)歷了起步萌芽、基本建設(shè)、業(yè)務(wù)應(yīng)用3個重要階段[1]。發(fā)展至今，國內(nèi)已出現(xiàn)了很多比較成熟的，能滿足基本業(yè)務(wù)的智慧水務(wù)系統(tǒng)。謝善斌等[2]深入討論了智慧水務(wù)的業(yè)務(wù)需要與應(yīng)用價值，楊哲等[3]對其在城市中的應(yīng)用進行了詳細的效益分析。

“十三五”期間，國家大力提倡新基建、數(shù)字中國，加上5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能的飛速發(fā)展，智慧水務(wù)也迎來了新的發(fā)展機遇。傳統(tǒng)的水務(wù)管理模式逐步發(fā)生改變，形成了技術(shù)驅(qū)動管理模式、業(yè)務(wù)驅(qū)動管理模式、服務(wù)驅(qū)動管理模式的趨勢[4]。

鄭浩等[5]提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備最佳自動運營管理，遠程控制維護等業(yè)務(wù)應(yīng)用。劉勛等[6]介紹了智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)的實際應(yīng)用成果。趙藝璇等[7]、舒秀霞等[8]對大數(shù)據(jù)的智慧水利應(yīng)用與實踐進行了探討。張勝雷等[9]提出了能適應(yīng)不同業(yè)務(wù)，持續(xù)改進的面向服務(wù)（SOA）的智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建思路。本文結(jié)合長江大保護智慧水務(wù)規(guī)劃、實施中的思考與實踐，對新技術(shù)飛速發(fā)展下的業(yè)務(wù)新應(yīng)用進行探討。

2?監(jiān)測感知數(shù)字孿生

隨著數(shù)字化的發(fā)展、新基建的建設(shè)完善，智慧水務(wù)的監(jiān)測感知從以往的抽樣監(jiān)測、重要典型區(qū)監(jiān)測向著全覆蓋、全感知的數(shù)字孿生發(fā)展。

2.1?遙感解譯

隨著5G、云計算、遙感自身技術(shù)等的發(fā)展，遙感解譯最高可以實現(xiàn)cm級的精度，并可以做到分鐘級的刷新速率，保證信息實時且準確。

基于人工智能圖像識別等，可以直接依靠遙感影像，分析出土地利用類型。結(jié)合人口分布、工業(yè)農(nóng)業(yè)分布等大數(shù)據(jù)分析，可以得到各分區(qū)污染源類型及其污染量。通過光譜分析、設(shè)定算法等，可以從面的程度對水體水質(zhì)進行分級、定性分析。

通過遙感解譯，可以做到對全流域、全水體的現(xiàn)狀分析與實時定性監(jiān)測，水體異常時可以第一時間發(fā)現(xiàn)，并分析溯源，為其他業(yè)務(wù)提供支持。

2.2?無人巡檢船

傳統(tǒng)的水質(zhì)取樣一般有兩種，沒有測站時，依靠人工采樣，選取典型點位進行檢測，往往只能實現(xiàn)有限的點位，有限的時間覆蓋;有測站時，在典型、重要斷面上建立水質(zhì)站，獲取水質(zhì)信息，可以做到時間全覆蓋，但依然只能監(jiān)測有限點位。

基于5G、物聯(lián)網(wǎng)、無人駕駛等技術(shù)的發(fā)展，無人巡檢船應(yīng)運而生。無人巡檢船可以自動水上巡檢，實時傳輸水質(zhì)、水下地形等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整片水域的時間與空間的全感知、全覆蓋，實現(xiàn)監(jiān)測從點到面的突破。還可以對水中的垃圾、漂浮物等進行清理，遇到大型雜物時，自動發(fā)送信號，通知人工進行處理，提高巡河效率，節(jié)省成本。

2.3?水指紋圖鑒

基于數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立水指紋圖鑒分析庫，可以從龐大的數(shù)據(jù)要素中，提取出有用的信息加以利用。

水環(huán)境污染有多種來源，比如農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、大氣、底泥等，每種來源所造成的水污染會有一定的特征，比如光譜特性，各水質(zhì)指標含量百分比等，可以根據(jù)這些不同的特征，建立水指紋圖鑒分析庫。在水質(zhì)監(jiān)測實時全感知的基礎(chǔ)上，結(jié)合周邊企業(yè)分布、人口密度、環(huán)境情況等進行大數(shù)據(jù)分析，做到快速分類定位、第一時間識別污染來源。

隨著數(shù)據(jù)的積累與技術(shù)進一步發(fā)展，識別精度可以進一步提升，杜絕居民自排、企業(yè)偷排等傳統(tǒng)監(jiān)測難以識別的點狀不定時排污情況。

3?巡檢運維新應(yīng)用

傳統(tǒng)的智慧水務(wù)巡檢、運維，借助BS、MS系統(tǒng)與GPS等技術(shù)，比傳統(tǒng)水務(wù)服務(wù)有了大大提升，但還是存在人員過多、操作繁瑣、業(yè)務(wù)不夠智能等問題。基于新技術(shù)的發(fā)展，對于巡檢、運維的智慧化應(yīng)用有了更多的可能。

3.1?智能派單

工單派發(fā)是在水務(wù)運維日常工作中至關(guān)重要的一部分。在傳統(tǒng)的水務(wù)運維場景中，巡檢、問題申報、檢修、維修等繁瑣的派發(fā)流程，需要多人申請、批準、執(zhí)行，往往導致不能第一時間解決問題。

結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，對在崗的檢修、維修人員建立人才能力庫，錄入并分析出每個人的技能（比如管網(wǎng)維修能力、泵站維修能力等）、解決不同問題的估計時長等;還可以將多人進行組合，形成小組的能力分析庫。對管網(wǎng)等設(shè)施的問題進行建庫，針對監(jiān)測數(shù)據(jù)的不同異常情況，可以自動分析出是由哪種問題造成的。

結(jié)合GIS與物聯(lián)網(wǎng)，對管網(wǎng)設(shè)施進行定位，分析問題所需要的相關(guān)維修設(shè)備;對在崗的檢修、維修人員進行定位，并記錄其當前的工作狀態(tài)（比如空閑、正忙預(yù)計還需多久完工等）。

結(jié)合人工智能，當發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)設(shè)置出現(xiàn)問題后，系統(tǒng)會結(jié)合問題類型，檢修與維修人員的技能、工作狀態(tài)、距離遠近等進行綜合分析，將最合適的人員或小組與問題進行匹配，實現(xiàn)智能派單。

智能派單技術(shù)，不僅節(jié)省人力物力、節(jié)約溝通成本、減少返工，還大大提高了工作效率，可以保證問題可以快速、安全地得到解決，使水務(wù)運維真正智能化。

3.2?設(shè)備智慧輔助維護

在設(shè)施維護、維修場景中，對維修工程師的技能要求很高。傳統(tǒng)的水務(wù)公司，一名新員工往往需要花費長時間的培訓與實際鍛煉之后，才能成長為一名能獨當一面的能手。借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，可以建立一套傻瓜式輔助維護系統(tǒng)，一步一步地對維修過程進行提示。新員工借助輔助維護系統(tǒng)，相當于擁有一個經(jīng)驗豐富的師父，可以使其快速成長，掌握各類問題的解決方法。不僅可以縮短新員工的培訓周期，也可以提高工作效率，減少成本。

還可以借助AR/VR技術(shù)，對地下管網(wǎng)及設(shè)施進行建模及直觀展示?？梢缘谝粫r間快速看清問題本質(zhì)，提高檢修效率，減少運維成本，減少實地開挖檢修對生態(tài)環(huán)境的破壞。

4?污泥智慧管控系統(tǒng)

國內(nèi)外眾多學者，已對污水廠的污水管控系統(tǒng)做了研究，如陳賀添等[10]，對污水處理智能化運營建設(shè)思路進行了探討。隨著時代的發(fā)展，在水環(huán)境治理中，除了傳統(tǒng)的污水治理，對污泥治理的相關(guān)問題漸漸浮現(xiàn)出來。比如，污水廠污水收集、處理后，產(chǎn)生的污泥可能含有有害物質(zhì);污泥沒有合理的去向及配套的產(chǎn)業(yè)鏈等。長江大保護智慧水務(wù)深度實踐“泥水并重”的科學治水理念，要求對污泥處理實現(xiàn)智慧化管控。

污泥智慧管控系統(tǒng)，對污泥處理形成智慧化、流程化管控，實現(xiàn)節(jié)能增效、為技術(shù)決策提供支持。

4.1?污泥設(shè)施管理

對污水處理廠、污泥收集點、污泥處置廠、污泥去向等污泥全生命周期所有相關(guān)設(shè)施進行數(shù)字孿生，實現(xiàn)統(tǒng)一管理。

4.2?污泥數(shù)據(jù)庫

構(gòu)建污泥樣品庫，建立城鎮(zhèn)多源污泥泥質(zhì)、泥量數(shù)據(jù)庫，建立污泥特征圖譜。對不同城市、不同區(qū)域、不同來源的污泥進行建庫分析，識別有機質(zhì)含量、含砂量、重金屬、有毒有害物質(zhì)等的分布、濃度水平及變化規(guī)律。

4.3?污泥處置與評估

建立污泥處置工藝庫，闡明典型污泥處理處置工藝流程中污泥重金屬及有毒有害物質(zhì)的削減規(guī)律和去除效果。建立評估知識庫，對不同污泥處置工藝應(yīng)對不同特征的污泥的處置效果進行分析，實現(xiàn)對污泥特性和處置效能的全面評估。

4.4?污泥一張圖

實現(xiàn)污泥的收集、過程處理、再利用全流程跟蹤，一張圖展示污泥設(shè)施、污泥流向、污泥特性、污泥處置效能等信息，可直觀了解城市污泥處置總體情況，為城鎮(zhèn)污泥統(tǒng)一管理提供依據(jù)。

5?結(jié)語

智慧水務(wù)在中國已有十幾年的發(fā)展，產(chǎn)生了很多成熟的業(yè)務(wù)、功能。隨著新基建、新技術(shù)的發(fā)展，智慧水務(wù)業(yè)務(wù)也會越來越智能化、高效化。真正做到實時監(jiān)測的全覆蓋、全感知;實現(xiàn)運維的智能派單、少人值守、智慧輔助;實踐“泥水并重”，對污泥全流程進行一張圖展示，全過程跟蹤，以確保高效處理，變廢為寶。

參考文獻：

[1]張小娟，唐?錨，劉?梅，等. 北京市智慧水務(wù)建設(shè)構(gòu)想[J]. 水利信息化，2014（1）：69～73.

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[3]楊?哲. 智慧水務(wù)系統(tǒng)在城市供水中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)新導報，2016（11）：36～38.

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[5]鄭?浩，饒志華，方祿發(fā)，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計[J].科技廣場，2016（7）：185～188.

[6]劉?勛，趙?勇，雷新民. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能水務(wù)建設(shè)中的應(yīng)用研究[J]. 給水排水，2014（11）：110～115.

[7]趙藝璇. 基于大數(shù)據(jù)的智慧水利應(yīng)用及其技術(shù)探討[J]. 人民黃河，2020（6）：1～9.

[8]舒秀霞，張曙光. 大數(shù)據(jù)背景下廊坊市智慧水務(wù)建設(shè)的實踐與思考[J]. 河北水利，2017（8）.

[9]張勝雷，秦耀民，康?萍，等. 面向服務(wù)的水務(wù)大數(shù)據(jù)中心構(gòu)建技術(shù)研究[J]. 建設(shè)科技，2018（1）：18～20，27.

[10]陳賀添，李?偉，丁日新，等. 污水處理廠智能化運營平臺搭建思路探討 [J]. 給水排水，2016（S1）：293～296.