海綿城市理念下的智慧水務(wù)建設(shè)研究

馬珂

（中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司）

1 引言

我國既是一個人口大國，也是一個農(nóng)業(yè)大國，用水量需求較高，有限的水資源很難滿足需求?！昂＞d城市”理念的提出，為水資源充分利用開辟了新的思路[1]。該建設(shè)理念將城市看作一塊海綿，根據(jù)大自然環(huán)境變化吸水，將此部分水資源存儲下來，經(jīng)過滲水和凈水處理，轉(zhuǎn)化為可供人們使用的水資源，以此緩解城市水資源緊張的問題[2]。智慧水務(wù)是一套給排水管理體系，根據(jù)水資源利用和需求情況，下達水務(wù)服務(wù)命令，該體系的建設(shè)與海綿城市建設(shè)呼應(yīng)，是海綿城市建設(shè)的重要內(nèi)容[3]。目前，將海綿城市建設(shè)理念融入智慧水務(wù)建設(shè)的研究較少，本文嘗試對智慧水務(wù)管理體系展開深入探究。

2 智慧水務(wù)及特點

2.1 智慧水務(wù)概念

智慧水務(wù)是現(xiàn)代化建設(shè)背景下的一種新型管理方式，引入了信息采集技術(shù)和傳輸技術(shù)，經(jīng)過高效計算，判斷當(dāng)前水務(wù)狀況，擬定需要實施的服務(wù)內(nèi)容。與普通服務(wù)相比，這種服務(wù)方式效率更高，覆蓋面比較廣，可及時發(fā)現(xiàn)和處理問題，操作更智能化。

2.2 智慧水務(wù)特點

1）感知比較全面

智慧水務(wù)運用了感知技術(shù)，對園區(qū)各個覆蓋水源的區(qū)域進行信息采集。其中，使用到的設(shè)備包括液位傳感器、溫度傳感器等，將這些傳感器布設(shè)在下立交、泵站、污水處理場等多個區(qū)域，同時構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)體系，將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸出去。

2）互聯(lián)互通更加廣泛

為了提高水務(wù)管理及服務(wù)效率，智慧水務(wù)借助網(wǎng)絡(luò)通信平臺，建立各個管理機構(gòu)和現(xiàn)場信息采集模塊的通信連接，同時也可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺為廣大人民群眾解決水務(wù)問題。

3）水務(wù)管理決策智能化

智慧水務(wù)融合了大數(shù)據(jù)技術(shù)，同時運用專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘等手段，對當(dāng)前水務(wù)狀況展開分析與決策，有效提高了水務(wù)管理的可行性。與普通水務(wù)管理方法相比，這種方式所做出的決策更加可靠。

4）公共服務(wù)水平較高

由于智慧水務(wù)引入了物聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上建立通信渠道，用戶可以通過登錄互聯(lián)網(wǎng)訪問平臺，向水務(wù)管理部門提出服務(wù)需求。這種服務(wù)方式更加便捷，使整個服務(wù)過程變得可視化，有助于提升服務(wù)質(zhì)量。

由于智慧水務(wù)存在上述特點，這些特點正是海綿城市建設(shè)的需求。因此，在海綿城市建設(shè)理念下，探究智慧水務(wù)建設(shè)方案存在較大研究價值。

3 海綿城市理念下的園區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)方案

3.1 園區(qū)智慧水務(wù)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

按照智慧水務(wù)運行不同的功能和水務(wù)管理、服務(wù)執(zhí)行的順序，本系統(tǒng)分為5個層次，分別是水務(wù)感知層、信息傳輸層、水務(wù)信息管理層、水務(wù)管理業(yè)務(wù)層、智能分析與管理建議生成層。其中，水務(wù)感知層主要用來采集水務(wù)信息，以不同功能類型傳感器作為信息采集裝置。信息傳輸層是系統(tǒng)信息的搬運工，將當(dāng)前數(shù)據(jù)信息發(fā)送至指定位置。水務(wù)信息管理層，是對采集到的水務(wù)信息展開全面分析，為下一個層次業(yè)務(wù)命令下達奠定基礎(chǔ)。水務(wù)管理業(yè)務(wù)層是根據(jù)當(dāng)前信息整理情況，判斷所屬業(yè)務(wù)類別，而后交由最后一個層次智能分析，生成水務(wù)管理建議。

3.2 智慧水務(wù)系統(tǒng)層次設(shè)計

1）水務(wù)感知層

該層次的創(chuàng)建主要是運用傳感器、移動終端等設(shè)備，對需要監(jiān)測的水務(wù)區(qū)域進行實時監(jiān)測。其中，使用到的主要儀器見表1。

表1 水務(wù)感知測量儀器表

根據(jù)各項儀器的使用說明，合理安裝，為設(shè)備供電，開啟作業(yè)模式后，開始采集雨量信息，同時對河道水質(zhì)變化情況進行監(jiān)測。

2）信息傳輸層

為了提高水務(wù)服務(wù)效率，在短時間內(nèi)掌握現(xiàn)場水務(wù)狀況，本系統(tǒng)借助互聯(lián)網(wǎng)平臺，建立了信息傳輸層?，F(xiàn)場采集設(shè)備匯聚信息后，利用無線傳輸設(shè)備，將信息發(fā)送出去，而后經(jīng)過移動、電信等網(wǎng)絡(luò)基站轉(zhuǎn)接，再發(fā)送至智慧水務(wù)管理中心。為了便于管理人員隨時查看信息，本系統(tǒng)在信息接收端增加了服務(wù)器，由該服務(wù)器同時向管理中心和管理人員使用的智能手機發(fā)送水務(wù)信息，大大提高了傳輸效率?；咀鳛閭鬏攲拥闹匾M成部分，建議根據(jù)本地區(qū)實際網(wǎng)絡(luò)部署情況，合理選取無線網(wǎng)絡(luò)。

3）水務(wù)信息管理層

水務(wù)信息類型多變，信息格式存在差異，為了便于信息整理與分析，本系統(tǒng)增加了數(shù)據(jù)服務(wù)規(guī)范接口，在該接口設(shè)置不同格式轉(zhuǎn)換器，將多元化信息整理為標(biāo)準(zhǔn)化信息。嚴(yán)格按照水務(wù)服務(wù)管理標(biāo)準(zhǔn)，對各項信息的存儲與訪問進行管理。本系統(tǒng)的信息管理主要依靠系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，開發(fā)工具為SQL server軟件。利用該軟件創(chuàng)建數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，并填充水務(wù)信息，通過設(shè)置主鍵，創(chuàng)建各個表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)。當(dāng)需要調(diào)用水務(wù)信息時，按照查詢需求縮小查詢范圍，確定按照當(dāng)前條件查詢后，系統(tǒng)將自動生成查詢結(jié)果。

另外，本系統(tǒng)支持信息共享、修改、刪除、更新等多項操作。其中，信息共享服務(wù)指將一部分水務(wù)信息上傳至共享平臺，按照不同的保密需求進行處理，將信息上傳至不同共享文件區(qū)域，需要查看的用戶輸入密鑰，或者直接下載即可。對于保密性越高的文件，對身份驗證次數(shù)就會越多，從而為水務(wù)信息管理平臺提供安全訪問保障。

4）水務(wù)管理業(yè)務(wù)層

水務(wù)管理層是系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)，該層中布設(shè)了GIS系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)確定雨水和污水管理位置，同時利用該系統(tǒng)對水務(wù)建設(shè)進行規(guī)劃。通過模擬分析，不斷優(yōu)化城市水務(wù)建設(shè)規(guī)劃方案，使其得以滿足海綿城市建設(shè)需求。其中，在模擬分析操作中引入了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過數(shù)據(jù)挖掘提取對水務(wù)管理幫助較大的信息，作為水務(wù)管理工作開展的依據(jù)。

另外，該層次還添加了數(shù)據(jù)采集監(jiān)控功能和方案模擬管理功能，前者是對數(shù)據(jù)采集期間各項設(shè)備的作業(yè)狀態(tài)進行監(jiān)控，該功能的添加主要是收集設(shè)備作業(yè)信息，同時將這些信息與標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)參數(shù)范圍進行對比，如果超出正常作業(yè)范圍，則立即修復(fù)故障設(shè)備。后者是對當(dāng)前整理的信息結(jié)果進行總結(jié)，通過搭建模擬仿真體系，對當(dāng)前的水務(wù)監(jiān)測區(qū)域的實際情況進行模擬，使信息展示效果得以提升，從而為智能分析創(chuàng)造便利條件。

5）智能分析與管理建議生成

該層次功能的設(shè)計，通過調(diào)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，對比當(dāng)前水務(wù)狀況是否發(fā)生異常，根據(jù)對比結(jié)果，確定水務(wù)異常位置，同時根據(jù)數(shù)據(jù)庫中存儲的治理經(jīng)營信息，自動生成水務(wù)管理建議，此部分內(nèi)容可以作為水務(wù)管理工作部署的依據(jù)。一般情況下，系統(tǒng)運行期間遇到罕見的水務(wù)問題，會生成一些情況比較相近的判斷結(jié)果和治理建議。為了不斷完善系統(tǒng)功能，為海綿城市建設(shè)提供更為可靠且全面的水務(wù)管理信息，本系統(tǒng)支持?jǐn)?shù)據(jù)更新，將新的水務(wù)狀況和治理策略錄入數(shù)據(jù)庫中，更新即可使用。

4 園區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)方案應(yīng)用分析

4.1 工程概況

本園區(qū)工程建設(shè)在城市的周邊地區(qū)，覆蓋面積為13.8km2，園區(qū)所處城市水資源短缺較為嚴(yán)重。該工程內(nèi)部建有污水處理廠，為了避免對大自然環(huán)境造成污染，要求對工廠的污水排放情況進行嚴(yán)格監(jiān)督與管理，使其達到再用水標(biāo)準(zhǔn)。該工程所處地區(qū)氣候多變，伴有暴雨、雷陣雨等氣象，也存在長期不降雨情況。海綿城市建設(shè)理念的提出，對本工程建設(shè)來說是一次巨大挑戰(zhàn)。

4.2 應(yīng)用效果分析

本工程運用本研究設(shè)計的智慧水務(wù)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)采集水務(wù)相關(guān)信息，并將這部分信息有效整理，并從中提取重要信息，生成水務(wù)管理建議。為了檢驗系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性，本研究以系統(tǒng)整理結(jié)果模擬可視化效果、水務(wù)問題診斷與處理建議生成可行性作為效果分析對象，提出系統(tǒng)應(yīng)用效果分析。如圖1所示為系統(tǒng)跟蹤劑濃度分布輸出結(jié)果，表2為系統(tǒng)運行水務(wù)問題診斷與處理建議生成可行性統(tǒng)計結(jié)果。

表2 系統(tǒng)運行水務(wù)問題診斷與處理建議生成可行性統(tǒng)計結(jié)果

圖1 跟蹤劑濃度分布輸出結(jié)果

圖1中輸出的跟蹤劑濃度滿足水務(wù)管理可視化需求。因此，本系統(tǒng)開發(fā)有助于水務(wù)問題分析。

以往設(shè)計的水務(wù)管理系統(tǒng)診斷與建議相符程度均在85%以下，而本文提出的智慧水務(wù)系統(tǒng)相符度在97%以上，有效改善了水務(wù)管理體系。

5 結(jié)語

本文建立在海綿城市建設(shè)背景下，提出城市水務(wù)建設(shè)管理問題研究。為了提高水務(wù)管理水平，本研究引入智能化建設(shè)思想，利用大數(shù)據(jù)、傳感器、可視化等多項技術(shù)，打造智慧水務(wù)系統(tǒng)。實踐結(jié)果顯示，本系統(tǒng)能夠為水務(wù)管理提供可靠的管理建議。