淺談城市智慧水務建設存在的問題及改進措施

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定201801

摘要：隨著城市化進程的推進，城市水資源管理逐漸提高。智慧城市建設已成為現(xiàn)代化城市建設的重要部分。智慧水務建設具有水資源調(diào)整功能，可以幫助水資源管理及時采取糾正措施，避免災害的發(fā)生。文章針對城市智慧水務建設中的問題，提出了改進措施作為參考。

關(guān)鍵詞：城市；智慧水務建設

水利工程是經(jīng)濟發(fā)展的基礎支撐，加強智慧水務建設，是智慧社會的重要部分，是新時代節(jié)水發(fā)展的更高階段，是實施節(jié)水業(yè)務需求的重要抓手。引導智慧水務建設，是推進水務治理體系和治理能力的客觀要求。以智能應用為重點，形成特色的智慧水務系統(tǒng)。

1 智慧水務概念

智慧水務是利用傳感器和電子標簽等技術(shù)，打造涵蓋信息和時空尺度的信息感知網(wǎng)絡。建立水環(huán)境生態(tài)水監(jiān)測系統(tǒng)，檢測水資源、河流、湖泊和污水。建立水資源監(jiān)測能力，實現(xiàn)源水供應、水廠供應、二次供水、城市生態(tài)供水和農(nóng)田灌溉用水的全自動監(jiān)測。建立覆蓋全區(qū)的監(jiān)測系統(tǒng)，對河流、泵站、水壩、堤防和易發(fā)洪水點的水情進行全自動監(jiān)測。智慧水務的監(jiān)測系統(tǒng)支持各種監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸，并執(zhí)行物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務網(wǎng)絡、移動無線和運營網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡。利用云計算和虛擬化新技術(shù)，構(gòu)建集水信息采集、存儲、分析和數(shù)據(jù)挖掘于一體的大數(shù)據(jù)中心，將水利水務工程基礎信息、視頻監(jiān)控集成到數(shù)據(jù)中心，與氣象、國土資源和應急管理等部門進行信息共享，基于虛擬擴展模型可以分析供應、排放、污染和災害等。以水管理聯(lián)動為模型進行實時監(jiān)測、未來預測、綜合控制、資源調(diào)度和水環(huán)境改善的協(xié)同調(diào)控。

2 智慧水務建設要求和支撐

　　智慧水務對于推進生態(tài)文明建設具有重要的意義。在當前水資源和生態(tài)水環(huán)境的嚴峻形勢下，需要持續(xù)貫徹新管理理念，推進生態(tài)水文明建設，推進工業(yè)化、現(xiàn)代化的變革。建立水資源綜合治理體系，實現(xiàn)從源頭管控、多層級和多部門治理。全面提升技術(shù)開發(fā)水資源綜合管理能力，應對新形勢下水資源發(fā)展面臨的新挑戰(zhàn)。

　　近年來，水環(huán)境信息學的發(fā)展，對防洪抗旱、水資源管理工作有著重要意義。智慧水務建設可以提高水務部門、大型灌區(qū)和自來水公司等基層管理的信息化水平，整合信息資源，提升水資源管理效率和水平，并為傳統(tǒng)工程向現(xiàn)代工程轉(zhuǎn)變奠定良好的基礎。傳統(tǒng)的防洪方法是加大雨水排水系統(tǒng)管徑，為了在大雨或長時間降雨的情況下增加水系統(tǒng)的承載能力。但工程措施成本髙、施工時間長，使得城市內(nèi)澇問題難以在短期內(nèi)得到改善。從管理的角度來看，在智能化發(fā)展理念下，水務管理發(fā)生了創(chuàng)新變革，經(jīng)濟效益和管理效率有所提升。同時，智慧水務的發(fā)展將更好地促進城市管理工作并帶動經(jīng)濟發(fā)展。推進傳統(tǒng)水務管理模式的變革升級，推動傳統(tǒng)水務管理模式向智慧模式轉(zhuǎn)變，能夠準確地反映水務行業(yè)的生產(chǎn)、經(jīng)營和服務，實現(xiàn)從宏觀管理逐漸向微觀管理的覆蓋。通過智能模擬和智能控制等功能，為水務管理提供科學決策支持。通過平臺聯(lián)通和數(shù)據(jù)交換，加強了相關(guān)水務管理部門之間的協(xié)作，提高了水務管理工作效率和質(zhì)量。在水利工程系統(tǒng)中實現(xiàn)透明化和公共服務的相關(guān)性。智慧水務系統(tǒng)內(nèi)置互動平臺，通過在終端設備上共享水務信息，讓公眾可以查看和了解水務運行狀態(tài)，提高社會公眾的參與度。提供在線業(yè)務處理和信息咨詢等服務，以提高服務質(zhì)量和公眾滿意度。智慧水務建設可以為智慧城市管理和決策提供準確的信息，給排水用戶的數(shù)據(jù)能夠真實反映生活和生產(chǎn)狀況，以及城市發(fā)展狀況。給排水信息與大數(shù)據(jù)對接，可快速分析信息，支持城市內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)調(diào)整和城市規(guī)劃建設管理。同時，智慧水務建設發(fā)展需要與給排水技術(shù)與信息技術(shù)的融合，創(chuàng)造巨大的潛在市場。

3 智慧水務建設的措施

3.1制定科學的評價指標

智慧水務是否智慧取決于實踐和數(shù)據(jù)，水資源管理人員必須根據(jù)實際情況，制定合理智能的水資源分類指標體系。根據(jù)水務管理，要以產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟、基礎設施和支撐保障作為水務建設智能化評價指標，做好智慧水務建設規(guī)劃，合理的調(diào)整建設和管理方案。推廣一些行之有效的管理措施，調(diào)整系統(tǒng)建設方向，為智慧城市的建設做出必要的貢獻。通過大數(shù)據(jù)分析，對前端監(jiān)控問題進行計算分析，得出分析結(jié)果?？紤]構(gòu)建多模型管理體系和對于未來開發(fā)的集成化服務，為未來智慧水務建設開發(fā)中的新模型提供統(tǒng)一的管理服務，避免新模型消耗大量的工作量。分析結(jié)果可應用于預警指標系統(tǒng)，提供預警參數(shù)的配置，對于超過閾值的信息將通過監(jiān)控預警進行告警，確保最終的跟蹤信息也可以統(tǒng)一顯示。在預報預警計算過程中，需要不斷更新系統(tǒng)收集監(jiān)測信息和水系要素等反饋信息，并結(jié)合水文氣象預報信息確保預警系統(tǒng)的不斷優(yōu)化分析結(jié)果。

3.2加強智慧水務信息規(guī)劃

　　加強水務信息智能化規(guī)劃，對各系統(tǒng)進行更新，對系統(tǒng)中的子系統(tǒng)進行整體更新。由于不同部門的相關(guān)水務信息難以整合，這使得系統(tǒng)的管理變得困難。因此,在水務部門的系統(tǒng)中應加入信息傳輸功能，以便在信息采集中形成統(tǒng)一的采集形式。針對不同的信息，水務管理系統(tǒng)應具有統(tǒng)一收集管理和統(tǒng)計分析的功能。

3.3提高數(shù)據(jù)預測的準確性

　　提高智慧水務建設系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確性，首先要從數(shù)據(jù)采集入手，采集降水、氣候和用水數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)對用水進行分析。居民用水根據(jù)城市的不同模式、需求和廢水排放等，了解不合理利用水資源而引起的環(huán)境問題，制定正確的補救措施，利用智能系統(tǒng)數(shù)據(jù)預測城市洪澇高峰期，并讓相關(guān)部門進行預警。以便相關(guān)智慧水務管理部門提前準備，良好地利用水資源和降雨，實現(xiàn)更有效的水管理。

3.4構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)下的智慧水務系統(tǒng)

　　互聯(lián)網(wǎng)的應用和發(fā)展也是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生的過程，物聯(lián)網(wǎng)的概念不僅僅指網(wǎng)絡系統(tǒng)，還包括特定的業(yè)務工作流和應用程序，是一種結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)、通信和傳感器技術(shù)來解決物與人交互的方式?？捎行У膶崿F(xiàn)物與物、物與人之間的遠程管理系統(tǒng)。智慧水務的應用是將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳輸?shù)綉孟到y(tǒng)，實時監(jiān)控各種水務的運行狀態(tài)，將水務管理部門與供水、排水設施有效的互通，形成智慧水務物聯(lián)網(wǎng)?；谖锫?lián)網(wǎng)的綜合信息管理平臺，采用模擬模型形成智能管理系統(tǒng)，包括供水監(jiān)測、防洪、廢水處理、數(shù)據(jù)采集和自動分析功能。智能水生產(chǎn)和運營集成GIS定位、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和自動化服務管理系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)分析處理以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心與其他系統(tǒng)相連，消除了傳統(tǒng)水務無法共享資源的管理弊端，同時也消除了各領(lǐng)域單邊決策的弊端。因此 ，智慧水務建設，使水務系統(tǒng)決策更加精細化，有效的提高了水資源的利用率。

3.5物聯(lián)網(wǎng)智慧水云平臺的搭建

智慧水務中設備的多樣性及網(wǎng)絡環(huán)境的復雜性，意味著物聯(lián)網(wǎng)搭建的平臺將面臨諸多問題。通過智慧水務數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在云計算平臺上采集數(shù)據(jù)，根據(jù)應用篩選有用信息并進行科學處理，優(yōu)化整個智慧水務建設管理和服務流程。在此基礎上構(gòu)建的云平臺可分為服務層、網(wǎng)絡層、平臺層和感知層。主要進行數(shù)據(jù)訪問，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上。管理員可共享數(shù)據(jù)應用程序，以此來對各種智慧水務建設設施進行遠程控制，并實時的做到數(shù)據(jù)傳輸、存儲和處理，將復雜數(shù)據(jù)傳輸存儲后，通過需求進行分析，過濾有用數(shù)據(jù)和消息，提取的數(shù)據(jù)可以實時發(fā)送到不同的終端設備。同時，跨平臺的數(shù)據(jù)管理可以向多個管理部門顯示，支持多級預警，以此來達到防旱防洪和實時監(jiān)測降雨和水位的目的等，并且對于城市干旱和洪水至關(guān)重要。建立云平臺資源，完善防汛抗旱體系和水資源管理，合理開發(fā)保護水生環(huán)境。將城市的水務工作都集成到一個平臺上，將數(shù)據(jù)移出傳統(tǒng)的孤島，相關(guān)管理部門之間可以形成統(tǒng)一的決策，減少智慧水務管理工作的重復性,提髙智慧水務管理的效率。

4 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

4.1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

4.2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務后勤部門管理需要。

4.3平臺拓撲圖

4.4平臺子系統(tǒng)

4.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

4.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

4.4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家等指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

4.4.6電氣安全

①電氣火災監(jiān)測：監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

②消防應急照明和疏散指示：根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

③消防設備電源監(jiān)測：監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

④防火門監(jiān)控系統(tǒng)：防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

4.4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

5 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

6 結(jié)語

　　綜上所述，在城市建設智慧水務中，按照水利部標準進行整合，統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)資源，開展水文資源的信息共享。按照規(guī)范的標準進行，同時進行自動化作業(yè)，數(shù)據(jù)分析和預警預報，可有效提高智慧水務調(diào)度效率。通過大數(shù)據(jù)制定適合的方案，利用已有知識對信息進行分析、比較和判斷，提高洪水預報的準確性。以信息化和創(chuàng)新為導向，推動水利現(xiàn)代化發(fā)展，按照總體規(guī)劃、統(tǒng)一標準和資源共享為指導思想，持續(xù)推進城市智慧水務建設。智慧水務是水利不斷發(fā)展的產(chǎn)物，在城市發(fā)展和進步中發(fā)揮著重要作用。既能滿足居民生活需求，又能有效減輕洪澇災害，保障現(xiàn)代化城市的健康發(fā)展，促進水資源合理配置和利用，推動智慧城市建設的不斷發(fā)展。

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

劉細鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，從事電氣相關(guān)及智慧S水務系統(tǒng)研發(fā)工作