水務(wù)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型典型場景研究

陳 干，劉 月

（上海邁詢智能科技有限公司，上海 200030）

0 引言

隨著國家和公眾對水環(huán)境的高度關(guān)注、智慧城市和智慧水務(wù)的發(fā)展，如何以新興信息技術(shù)為手段、以水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的整合和協(xié)同為目標，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型的規(guī)劃和建設(shè)，打造安全、聯(lián)動、自愈的新型數(shù)字化企業(yè)，是水務(wù)企業(yè)面臨的重要課題。

1 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標

水務(wù)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型以數(shù)據(jù)治理和安全為基礎(chǔ)，通過新興信息技術(shù)與水務(wù)全產(chǎn)業(yè)鏈的深度融合，實現(xiàn)水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化；以智慧供水管網(wǎng)管理、智能水表、水務(wù)超級大腦等為核心應(yīng)用，形成集采集設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)展現(xiàn)于一體的智慧水務(wù)架構(gòu)，構(gòu)建智慧水務(wù)生態(tài)圈。

2 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的典型場景

2.1 水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化

水務(wù)上下游生產(chǎn)運行彼此依賴，生產(chǎn)全鏈條管理對經(jīng)營管理至關(guān)重要。目前，基于可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、傳 感 器 的 生產(chǎn)控制局域網(wǎng)已成規(guī)模，已具備基礎(chǔ)應(yīng)用平臺和歷史數(shù)據(jù)積累等基礎(chǔ)。水務(wù)行業(yè)通過建立統(tǒng)一的海量數(shù)據(jù)管理平臺，對各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一采集，實現(xiàn)原水、制水、供水、排水、污水全鏈條的數(shù)據(jù)接入和歸集，打通生產(chǎn)設(shè)備之間、應(yīng)用系統(tǒng)之間、管理運維人員之間的信息通道，提高水務(wù)數(shù)據(jù)的全過程追溯能力。

在設(shè)備互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通的基礎(chǔ)上，水務(wù)企業(yè)要充分利用PLC、傳感器的感知能力和基層生產(chǎn)單位的邊緣計算能力，增強對全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)管理、運行狀況的態(tài)勢感知能力，查找生產(chǎn)運行管理的薄弱環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)經(jīng)營效率，促進水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的資源整合。

2.2 智慧供水管網(wǎng)管理

供水管網(wǎng)運行管理水平的高低，涉及城市的資源、環(huán)境、能耗等眾多方面的有效管控和利用，直接關(guān)系著城市的承載能力和運行效率。建立智慧供水管網(wǎng)管理平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的接入、數(shù)據(jù)抽取和整合、數(shù)據(jù)分析場景、業(yè)務(wù)監(jiān)控與處理等多個環(huán)節(jié)。智慧供水管網(wǎng)管理平臺的具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧供水管網(wǎng)管理平臺架構(gòu)

基于數(shù)據(jù)接口進行應(yīng)用系統(tǒng)的接入，匯聚數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、調(diào)度管理系統(tǒng)、營業(yè)收費系統(tǒng)、供水服務(wù)熱線等應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，針對不同數(shù)據(jù)源系統(tǒng)的差異，可采用微服務(wù)架構(gòu)搭建業(yè)務(wù)功能模塊，通過松耦合的通信和服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制，利用適配器來屏蔽差異。

針對應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行抽取、整合、校對，進行統(tǒng)一的存儲和管理。智慧供水管網(wǎng)管理平臺的數(shù)據(jù)包括管網(wǎng)水量／壓力異常、漏損異常、供水熱線記錄、設(shè)備報警、水質(zhì)異常、管網(wǎng)操作記錄等。

平臺可提供基于多樣化的場景分析，如漏損分析、爆管分析、水質(zhì)分析、異常操作／運行分析、客戶服務(wù)等。漏損分析用新技術(shù)實時監(jiān)控管網(wǎng)的“跑冒滴漏”，可基于國際水協(xié)的方法進行水平衡分析，實現(xiàn)客戶水量的逐級同步產(chǎn)銷差計算。

場景分析的結(jié)果可應(yīng)用于業(yè)務(wù)監(jiān)控和業(yè)務(wù)處理，實現(xiàn)傳統(tǒng)的人工經(jīng)驗決策向智慧化決策的轉(zhuǎn)型。

2.3 智能水表系統(tǒng)及應(yīng)用

目前，公用事業(yè)企業(yè)均開始使用智能表計，如智能水表、智能燃氣表、智能電表等。但智能表計的覆蓋率存在差異，電力企業(yè)基本實現(xiàn)了智能表計全覆蓋，水務(wù)企業(yè)的智能表計覆蓋率還有很大的提升空間。

2.3.1 智能水表

智能水表是水務(wù)行業(yè)物聯(lián)感知的關(guān)鍵應(yīng)用，其通信方式包括有線方式、通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS） 、LoRa、NB-IoT 等，不同通信方式的智能水表系統(tǒng)組成不同，可從智能水表系統(tǒng)組成、采集模式、故障報警、集中器及備用方案等方面，選擇典型的運營商和水表廠商，開展不同通信方式如LoRa WAN、NB-IoT 等的網(wǎng)絡(luò)信號和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的聯(lián)合測試和驗證，形成多主體、多技術(shù)、少投入的聯(lián)合研究模式，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋、硬件配套及通信成本，確定智能水表通信方式的最優(yōu)方案。水務(wù)企業(yè)要制定智能水表抄表系統(tǒng)技術(shù)標準，改變過去水表廠商自成標準的局面，為水表大數(shù)據(jù)的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。

水表大數(shù)據(jù)的應(yīng)用包括以客戶體驗為核心，提供全渠道的數(shù)字化客戶服務(wù)，通過分析形成個人、企業(yè)、政府的客戶畫像，根據(jù)畫像特征提供個性化、多元化服務(wù)。

2.3.2 多表合一

盡管水、電、氣、熱企業(yè)的抄收管理與智能表計技術(shù)模式不盡相同，但打造統(tǒng)一的公用事業(yè)計費和繳費體系是大勢所趨。通過“多表合一”系統(tǒng)建設(shè)，實現(xiàn)水、電、氣、熱企業(yè)集采集抄，將各行業(yè)客戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一整合上傳至“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧城市服務(wù)平臺，有利于進一步提升水、電、氣、熱企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，降低企業(yè)綜合運營成本，進一步滿足政府、企業(yè)及客戶對用能服務(wù)的不同需求。

憑借水、電、氣、熱企業(yè)龐大的客戶基礎(chǔ)和連續(xù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過“多表合一”系統(tǒng)的用能數(shù)據(jù)，還可以進一步挖掘其數(shù)據(jù)價值。開展電、水、氣、熱抄表數(shù)據(jù)聯(lián)動分析和交叉比對，及時發(fā)現(xiàn)存在的差異情況，實現(xiàn)用能異常的閉環(huán)處理與管理。根據(jù)用能平均值開展消費趨勢分析，如識別不用電但用氣量較大、不用電但用水量較大等疑似居民煤氣泄漏和漏水問題；識別只用水不用電、只用氣不用水等疑似竊電、竊水嫌疑，從而形成用能異常的聯(lián)動分析和處理機制，強化企業(yè)、居民等用能的異常管理和風(fēng)險防控。

2.4 水務(wù)超級大腦

水務(wù)超級大腦以智慧賦能為目標，覆蓋人、水、廠等核心要素，構(gòu)建水務(wù)運營數(shù)字孿生模型，打造黑燈工廠。

按照水務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的管理方式，識別各核心要素存在問題，如設(shè)備維護成本高、工藝依賴手工、設(shè)備運行耗能高、加藥配比難平衡等，以問題為導(dǎo)向開展人工智能（Artificial Intelligence，AI） 建模及應(yīng)用，構(gòu)建水務(wù)超級大腦，如建立水質(zhì)、水量控制和設(shè)備預(yù)防性維護模型，實現(xiàn)安全可靠、降本增效的目標；建立礬花檢測分割的AI 模型，實現(xiàn)水下礬花的自主識別；建立水質(zhì)模型，實現(xiàn)水質(zhì)的預(yù)測和優(yōu)化；建立排水干管進水?dāng)?shù)據(jù)分析模型，實現(xiàn)后端處理與前端輸送的聯(lián)動；建立污水處理生物相診斷模型，沉淀結(jié)構(gòu)化鏡檢數(shù)據(jù)，運用圖像識別技術(shù)和算法推理分析，結(jié)合常規(guī)檢測數(shù)據(jù)，優(yōu)化活性污泥的維護管理，提升污水管理處置的準確性和預(yù)見性。

2.5 城市精細化管理

水務(wù)安全生產(chǎn)是基本民生保障，水務(wù)局、防汛指揮中心、環(huán)保局、城市大數(shù)據(jù)中心均有監(jiān)管、應(yīng)急聯(lián)動的要求，水務(wù)企業(yè)基于公共數(shù)據(jù)資源整合方案，編制數(shù)據(jù)資源目錄，通過數(shù)據(jù)交換平臺的對接，建立數(shù)據(jù)資源的定期歸集機制和數(shù)據(jù)服務(wù)，涉及城市所有客戶的各類用水?dāng)?shù)據(jù)，如原水公司、制水公司提供水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)等，排水公司提供雨量、積水、泵站運營數(shù)據(jù)等，污水公司提供污水處理數(shù)據(jù)等，通過數(shù)據(jù)的整合保障支撐智慧城市的建設(shè)。

配合政府優(yōu)化營商環(huán)境，建設(shè)統(tǒng)一的平臺對接“一網(wǎng)通辦”政務(wù)服務(wù)平臺，深化拓展供水服務(wù)，如階梯水電氣一戶多人口申請、二手房交易結(jié)合水電氣過戶等，推動城市運行與治理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提高辦事效率。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合終端設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)平臺，通過遠程用水?dāng)?shù)據(jù)的采集、上傳和分析，進行獨居老人的用水異常監(jiān)控和預(yù)警，便于工作人員提供精準幫助，關(guān)注獨居老人的生活安全，通過智能水表助力智慧養(yǎng)老，通過技術(shù)體現(xiàn)人文關(guān)懷。

3 數(shù)據(jù)治理及安全支撐

建立系統(tǒng)、完整的數(shù)據(jù)治理體系，并通過數(shù)據(jù)治理平臺固化數(shù)據(jù)治理的成果，實現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)全鏈條的數(shù)據(jù)治理和服務(wù)。

數(shù)據(jù)治理體系包括數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)流程、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)集成等。通過主數(shù)據(jù)平臺提供主數(shù)據(jù)服務(wù)，通過企業(yè)數(shù)據(jù)總線為應(yīng)用系統(tǒng)、業(yè)務(wù)中臺、數(shù)據(jù)中臺提供數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)治理體系與平臺流程架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)治理體系與平臺流程架構(gòu)

此外，水務(wù)企業(yè)需以網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全為重點，增強網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)防護和整體風(fēng)險感知能力，以存儲安全、數(shù)據(jù)脫敏等為手段，開展數(shù)據(jù)全生命周期的安全管理。

4 新型產(chǎn)品和服務(wù)

開展技術(shù)、產(chǎn)品、模式的創(chuàng)新和應(yīng)用，圍繞數(shù)字化轉(zhuǎn)型進行廣泛、深度的交流和共創(chuàng)，形成效率更高、質(zhì)量更優(yōu)的產(chǎn)品和成果，滿足業(yè)務(wù)和管理發(fā)展的更高要求。

①水箱智能監(jiān)控產(chǎn)品：通過智能門磁、無源鎖控系統(tǒng)對水箱進行封閉管理，實時監(jiān)控水箱的異動。②數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品：深度挖掘企業(yè)管理、生產(chǎn)運營、外部生態(tài)等各領(lǐng)域數(shù)據(jù)價值，利用跨平臺、跨機構(gòu)、跨域的大數(shù)據(jù)融合優(yōu)勢，進行智能精準分析和預(yù)測，構(gòu)建智慧中樞，從內(nèi)部應(yīng)用延伸到外部共享，拓展商業(yè)價值和社會價值。

打破客戶對水務(wù)企業(yè)的傳統(tǒng)認知，改變低頻單一的產(chǎn)品觸達和客戶體驗，并借助平臺融合到協(xié)同發(fā)展的大格局、大生態(tài)，提高數(shù)字產(chǎn)業(yè)在主營業(yè)務(wù)中的收入比重。

5 結(jié)語

數(shù)字化、智能化水平是衡量水務(wù)企業(yè)競爭力的重要標準，也是影響水務(wù)市場競爭格局、水務(wù)企業(yè)市場地位的重要因素。

數(shù)字化轉(zhuǎn)型能夠通過推動數(shù)字化平臺的演進升級，推動內(nèi)部、外部的數(shù)據(jù)融合和增值，提升水務(wù)企業(yè)的數(shù)字化、智能化水平。水務(wù)企業(yè)依托數(shù)字化平臺和數(shù)據(jù)運營，可以突破物理地域的邊界，探索產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新模式，衍生出多元化的商業(yè)模式。

但水務(wù)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型不可能一蹴而就，水務(wù)企業(yè)普遍面臨內(nèi)部機制活力不足、市場化經(jīng)營理念缺失、平臺管理能力需提升等問題，在轉(zhuǎn)型過程中，會面臨人才、資金、機制、組織、生態(tài)鏈等各方面的挑戰(zhàn)。對此，水務(wù)企業(yè)需具備數(shù)字化轉(zhuǎn)型的整體思維和技能，以業(yè)務(wù)場景建設(shè)為重點，實現(xiàn)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的雙向驅(qū)動，通過動態(tài)調(diào)整和持續(xù)優(yōu)化，不斷提升自身的數(shù)字化、智能化水平。