智慧水務(wù)在于都縣城鄉(xiāng)供水一體化工程中的應(yīng)用分析

何 斐

(江西省于都縣水利局，江西 贛州 342300)

0 引言

2020年中央一號文件提出“有條件的地區(qū)將城市管網(wǎng)向農(nóng)村延伸，推進(jìn)城鄉(xiāng)供水一體化”[1]。城鄉(xiāng)供水一體化的實施一方面提高了農(nóng)村飲水安全和保障程度，另一方面隨著管網(wǎng)延伸，對水源、水質(zhì)和漏損的監(jiān)控管理難度也呈現(xiàn)指數(shù)級增加。實施城鄉(xiāng)供水一體化工程，完善智慧水務(wù)建設(shè)，是解決管網(wǎng)漏損，維修、抄表收費(fèi)困難及水源水質(zhì)監(jiān)測不及時的有效措施。于都縣通過智慧水務(wù)建設(shè)，顯著增強(qiáng)了城鄉(xiāng)供水安全保障程度，為供水工程高效運(yùn)營和管理提供了關(guān)鍵作用。

1 項目概況

于都縣全縣23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，共計357個行政村，涉及總?cè)丝?9.05萬人，國土總面積2 893 km2。城鄉(xiāng)一體化工程主要分為縣城水廠供水區(qū)、多鄉(xiāng)鎮(zhèn)聯(lián)合供水區(qū)和單鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)?；┧畢^(qū)。工程按照“城鄉(xiāng)一體、統(tǒng)籌規(guī)劃、國有控股、集約經(jīng)營”的思路，以城鄉(xiāng)供水一體化為引領(lǐng)，打破行政區(qū)劃壁壘和城鄉(xiāng)供水分化的格局，整合區(qū)域水務(wù)資源、資產(chǎn)、資本要素，統(tǒng)籌城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村協(xié)調(diào)發(fā)展，重點推進(jìn)大水源、大水廠、大管網(wǎng)建設(shè)，運(yùn)用先進(jìn)實用的水處理工藝與消毒技術(shù)，以及自動化控制與現(xiàn)代信息技術(shù)等，建立從源頭到龍頭的飲水安全保障體系，以全面提高供水質(zhì)量與管理水平，實現(xiàn)城鄉(xiāng)供水跨越式發(fā)展。規(guī)劃至2025年，集中供水人口91.43萬人(其中農(nóng)村部分76.26萬人)，自來水供水人口89.15萬人(其中農(nóng)村部分73.97萬人)，集中供水率97.63%(其中農(nóng)村97.15%)，自來水普及率97.50%(其中農(nóng)村97.00%)。

2 于都縣供水信息管理系統(tǒng)分析

智慧水務(wù)平臺涵蓋生產(chǎn)調(diào)度“一張圖”管理、工程管理、抽檢督導(dǎo)、水質(zhì)安全管理、公眾投訴管理，以及統(tǒng)計分析、考核評估、線上協(xié)作等服務(wù)。

2.1 建設(shè)思路

根據(jù)于都縣供水管網(wǎng)實際情況，遵循“頂層設(shè)計，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，全局整合，資源共享”的建設(shè)理念，構(gòu)建于都縣供水管網(wǎng)信息化建設(shè)的一體化格局，以基礎(chǔ)工程設(shè)施、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)中心的建設(shè)為核心，以信息資源開發(fā)、整合為著力點，以支持業(yè)務(wù)應(yīng)用為目的，軟硬件同步規(guī)劃，分期建設(shè)，以試點帶動、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計、安全運(yùn)行和人才培養(yǎng)為保障，為供水信息化建設(shè)持續(xù)開展提供技術(shù)支撐，實現(xiàn)水務(wù)信息化帶動水務(wù)現(xiàn)代化，提升于都縣供水管理的字體現(xiàn)代化管理水平。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)立足當(dāng)前于都縣城鄉(xiāng)供水信息采集與展示需要，并能夠根據(jù)供水業(yè)務(wù)特點靈活搭建配置各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，為用戶提供定制化業(yè)務(wù)功能模塊，滿足用戶不同階段對供水系統(tǒng)的可視化、智能化管理需要。系統(tǒng)架構(gòu)總體分層見圖1。

圖1 于都縣城鄉(xiāng)供水智慧水務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2.1 物聯(lián)感知層

于都縣城鄉(xiāng)供水系統(tǒng)物聯(lián)感知層運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在取水點、供水管網(wǎng)主干管分支、管網(wǎng)末梢等關(guān)鍵節(jié)點布設(shè)物聯(lián)傳感設(shè)備，采集監(jiān)控管網(wǎng)運(yùn)行實時狀態(tài)信息，以獲取第一手運(yùn)行工況信息。

2.2.2 基礎(chǔ)設(shè)施層

完善于都縣城鄉(xiāng)供水智慧水務(wù)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層。將智慧水務(wù)管理系統(tǒng)各類型服務(wù)器、通訊網(wǎng)絡(luò)和安全防護(hù)類硬件資源進(jìn)行整合，構(gòu)建虛擬化的系統(tǒng)資源池和安保資源池，為智慧水務(wù)管理系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源服務(wù)，包含計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)和安全等。

2.2.3 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)資源層包含供水管理涉及的各類信息化資源，包括于都縣基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、城鄉(xiāng)供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)以及維修業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、工程信息數(shù)據(jù)、表務(wù)數(shù)據(jù)、營收數(shù)據(jù)、客戶數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，還包括從其他部門或互聯(lián)網(wǎng)渠道獲取的各類基礎(chǔ)資源。數(shù)據(jù)層構(gòu)成了智慧水務(wù)管理分析平臺的基礎(chǔ)。信息服務(wù)實現(xiàn)對各類信息資源的集成、管理、分發(fā)和運(yùn)維，保障各類數(shù)據(jù)資源的充分匯總、應(yīng)用權(quán)限的有序管理，信息資源的高效分發(fā)以及資源服務(wù)的平穩(wěn)運(yùn)維。

2.2.4 綜合展示層

綜合展示層實現(xiàn)各類信息資源的集中展示，其采用各類前端展示技術(shù)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的交互展示與數(shù)據(jù)應(yīng)用，是供水信息化建設(shè)的主要展示應(yīng)用載體。

2.3 信息管理系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)主要作用于對空間上分布較廣的各類生產(chǎn)設(shè)施和管網(wǎng)設(shè)施數(shù)據(jù)的錄入、存儲、查詢、分析、顯示和發(fā)布，是于都縣智慧水務(wù)管理系統(tǒng)主要子系統(tǒng)。管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)優(yōu)化以GIS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)為核心，實現(xiàn)于都縣城鄉(xiāng)供水管網(wǎng)數(shù)據(jù)的全面共享，供水管網(wǎng)圖文檔案的統(tǒng)一管理，供水管網(wǎng)新建錄入以及其他相關(guān)屬性資料的管理、查詢、分析、統(tǒng)計和輸出。并結(jié)合數(shù)學(xué)模型分析，實現(xiàn)于都縣城鄉(xiāng)供水管網(wǎng)的專業(yè)化管理和分析，為供水管網(wǎng)規(guī)劃管理、調(diào)度和應(yīng)急搶修提供決策支持和輔助管理。同時，將已有管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、二次供水管控平臺相關(guān)功能進(jìn)行融合，將DMA分區(qū)進(jìn)一步細(xì)化至四至五級，實現(xiàn)分區(qū)網(wǎng)格化管理；增加數(shù)據(jù)分析的深度，提供更直觀的異常情況提醒；增加管網(wǎng)維護(hù)搶修管理、管網(wǎng)工程管理功能。

2.4 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

2.4.1 數(shù)據(jù)中心建設(shè)

按照于都城鄉(xiāng)供水區(qū)劃分，隨著工程建設(shè)和生產(chǎn)管理的進(jìn)行，伴隨著日益龐大的空間數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和報表數(shù)據(jù)等，為避免重復(fù)建設(shè)和數(shù)據(jù)孤島問題的發(fā)生，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理和綜合利用，規(guī)劃建設(shè)云數(shù)據(jù)中心。

2.4.2 調(diào)度中控中心建設(shè)

中控中心是綜合信息管理平臺的核心，是運(yùn)值管理人員、相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)知悉、直接指揮各項運(yùn)行調(diào)度管理工作的重要場所，起到核心和中樞的作用。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，一個現(xiàn)代化的中控中心除了要滿足傳統(tǒng)的信息展示要求外，還應(yīng)具有舒適的環(huán)境、清晰的聲音圖像演示功能。它由大屏幕顯示系統(tǒng)、數(shù)字會議系統(tǒng)、中控系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)建成后可更高效、實時地決策及指揮，可大大提高工作效率和簡化復(fù)雜的操作，適合所有人士使用而不需要具備專業(yè)知識。

2.4.3 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

無線網(wǎng)絡(luò)：分布式部署的監(jiān)測站點和線材工作人員手持終端數(shù)據(jù)通過當(dāng)?shù)剡\(yùn)營商的物聯(lián)網(wǎng)接入。光纖專網(wǎng)：站點遠(yuǎn)程控制和視頻監(jiān)控通過光纖專網(wǎng)進(jìn)行平臺交互通信。局域網(wǎng)：內(nèi)部數(shù)據(jù)訪問通過局域網(wǎng)鏈接。

2.4.4 供水綜合管理平臺

綜合管理平臺建成后將實現(xiàn)制水廠、泵站、管網(wǎng)等設(shè)施在線運(yùn)行數(shù)據(jù)的集成顯示、圖表展示、歷史數(shù)據(jù)曲線展示、關(guān)鍵RPI指標(biāo)實時監(jiān)測點數(shù)據(jù)展示。

2.4.5 生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)

根據(jù)項目總體建設(shè)和分區(qū)建設(shè)成果，以流量壓力監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)總結(jié)城鄉(xiāng)供水規(guī)律，配合水力學(xué)模型仿真，實現(xiàn)全局生產(chǎn)調(diào)度管理，以優(yōu)化水資源配置。

2.4.6 產(chǎn)銷差管理系統(tǒng)

產(chǎn)銷差管理系統(tǒng)將在一期計量分區(qū)規(guī)劃建設(shè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合城鄉(xiāng)供水一體化管理工作需求和管網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，通過評估篩選出產(chǎn)銷差突出的區(qū)域進(jìn)行重點管控，有針對性的逐步降低管網(wǎng)產(chǎn)銷差，并長期納入平臺監(jiān)控以維持較低水平。

2.5 DMA分區(qū)漏損控制系統(tǒng)

于都縣供水管網(wǎng)漏損管理系統(tǒng)基于DMA漏損管理技術(shù)，通過城鄉(xiāng)供水信息管理系統(tǒng)建設(shè)的流量壓力監(jiān)測點數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合智能水表的部署，實現(xiàn)分區(qū)計量管理和產(chǎn)銷差獨(dú)立校核，實現(xiàn)分區(qū)漏損評估、水量平衡分析、漏水報警等功能，對評估篩選出漏水問題突出的區(qū)域進(jìn)行重點管控，有針對性地逐步降低管網(wǎng)產(chǎn)銷差，并長期納入平臺監(jiān)控以維持在低水平。

系統(tǒng)建成后，可在線監(jiān)測DMA分區(qū)管網(wǎng)壓力、流量變化，并對異常工況，如新增漏損、壓力異常波動等進(jìn)行報警；系統(tǒng)對于存在遠(yuǎn)程營收系統(tǒng)的可實現(xiàn)在線核算分區(qū)產(chǎn)銷差，暫不具備建立模型條件的可通過水量平衡算法分析給出估算值，同時可制定區(qū)域產(chǎn)銷差控制進(jìn)度計劃并跟蹤。系統(tǒng)配備有移動段系統(tǒng)，可實現(xiàn)現(xiàn)場人員巡查管理功能，同時子系統(tǒng)也具備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢等功能，工作流程如圖2所示。

圖2 DMA分區(qū)漏損控制系統(tǒng)工作流程圖

3 結(jié)語

于都縣城鄉(xiāng)供水智慧水務(wù)平臺的建設(shè)解決了供水各子系統(tǒng)信息孤島的限制，提升了整個供水系統(tǒng)的供水效益和運(yùn)營管理效率。于都縣信息化管理平臺通過定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對城鄉(xiāng)供水一體化工程、水源、制水廠、泵站、管網(wǎng)和大用戶等基礎(chǔ)信息納入統(tǒng)一信息化管理體系范圍，分級設(shè)立水質(zhì)、流量、壓力等多指標(biāo)監(jiān)控參數(shù)，構(gòu)建全流程監(jiān)管的城鄉(xiāng)供水一張圖綜合管理平臺。建立GIS系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、在線監(jiān)測、營收系統(tǒng)、產(chǎn)銷差管理等應(yīng)用框架，幫助水務(wù)部門和上級監(jiān)管單位及時掌握水質(zhì)、水量等運(yùn)行信息，保障城鄉(xiāng)供水系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。同時，通過智慧水務(wù)應(yīng)用工程建設(shè)，探索了符合于都縣地方供水特點的精細(xì)化供水信息化應(yīng)用模式。