淺談城市智慧水務建設存在的問題及改進措施

任運業

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代化城市建設的重要部分。智慧水務建設具有水資源調整功能，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。

關鍵詞：城市；智慧水務建設

水利工程是經濟發展的基礎支撐，加強智慧水務建設，是智慧社會的重要部分，是新時代節水發展的更高階段，是實施節水業務需求的重要抓手。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。

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，打造涵蓋信息和時空尺度的信息感知網絡。建立水環境生態水監測系統，檢測水資源、河流、湖泊和污水。建立水資源監測能力，實現源水供應、水廠供應、二次供水、城市生態供水和農田灌溉用水的全自動監測。建立覆蓋全區的監測系統，對河流、泵站、水壩、堤防和易發洪水點的水情進行全自動監測。智慧水務的監測系統支持各種監控數據傳輸，并執行物聯網業務網絡、移動無線和運營網絡的物聯網網絡。利用云計算和虛擬化新技術，構建集水信息采集、存儲、分析和數據挖掘于一體的大數據中心，將水利水務工程基礎信息、視頻監控集成到數據中心，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。以水管理聯動為模型進行實時監測、未來預測、綜合控制、資源調度和水環境改善的協同調控。

2 智慧水務建設要求和支撐

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

　　近年來，水環境信息學的發展，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，并為傳統工程向現代工程轉變奠定良好的基礎。傳統的防洪方法是加大雨水排水系統管徑，為了在大雨或長時間降雨的情況下增加水系統的承載能力。但工程措施成本髙、施工時間長，使得城市內澇問題難以在短期內得到改善。從管理的角度來看，在智能化發展理念下，水務管理發生了創新變革，經濟效益和管理效率有所提升。同時，智慧水務的發展將更好地促進城市管理工作并帶動經濟發展。推進傳統水務管理模式的變革升級，推動傳統水務管理模式向智慧模式轉變，能夠準確地反映水務行業的生產、經營和服務，實現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。通過平臺聯通和數據交換，加強了相關水務管理部門之間的協作，提高了水務管理工作效率和質量。在水利工程系統中實現透明化和公共服務的相關性。智慧水務系統內置互動平臺，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，提高社會公眾的參與度。提供在線業務處理和信息咨詢等服務，以提高服務質量和公眾滿意度。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，給排水用戶的數據能夠真實反映生活和生產狀況，以及城市發展狀況。給排水信息與大數據對接，可快速分析信息，支持城市內部功能結構調整和城市規劃建設管理。同時，智慧水務建設發展需要與給排水技術與信息技術的融合，創造巨大的潛在市場。

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據，水資源管理人員必須根據實際情況，制定合理智能的水資源分類指標體系。根據水務管理，要以產業經濟、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劃，合理的調整建設和管理方案。推廣一些行之有效的管理措施，調整系統建設方向，為智慧城市的建設做出必要的貢獻。通過大數據分析，對前端監控問題進行計算分析，得出分析結果。考慮構建多模型管理體系和對于未來開發的集成化服務，為未來智慧水務建設開發中的新模型提供統一的管理服務，避免新模型消耗大量的工作量。分析結果可應用于預警指標系統，提供預警參數的配置，對于超過閾值的信息將通過監控預警進行告警，確保最終的跟蹤信息也可以統一顯示。在預報預警計算過程中，需要不斷更新系統收集監測信息和水系要素等反饋信息，并結合水文氣象預報信息確保預警系統的不斷優化分析結果。

3.2加強智慧水務信息規劃

　　加強水務信息智能化規劃，對各系統進行更新，對系統中的子系統進行整體更新。由于不同部門的相關水務信息難以整合，這使得系統的管理變得困難。因此,在水務部門的系統中應加入信息傳輸功能，以便在信息采集中形成統一的采集形式。針對不同的信息，水務管理系統應具有統一收集管理和統計分析的功能。

3.3提高數據預測的準確性

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

3.4構建物聯網下的智慧水務系統

　　互聯網的應用和發展也是物聯網產生的過程，物聯網的概念不僅僅指網絡系統，還包括特定的業務工作流和應用程序，是一種結合云計算、大數據、通信和傳感器技術來解決物與人交互的方式。可有效的實現物與物、物與人之間的遠程管理系統。智慧水務的應用是將傳感器檢測到的數據通過網絡傳輸到應用系統，實時監控各種水務的運行狀態，將水務管理部門與供水、排水設施有效的互通，形成智慧水務物聯網。基于物聯網的綜合信息管理平臺，采用模擬模型形成智能管理系統，包括供水監測、防洪、廢水處理、數據采集和自動分析功能。智能水生產和運營集成GIS定位、視頻監控、數據分析和自動化服務管理系統等。數據分析處理以物聯網技術為核心與其他系統相連，消除了傳統水務無法共享資源的管理弊端，同時也消除了各領域單邊決策的弊端。因此 ，智慧水務建設，使水務系統決策更加精細化，有效的提高了水資源的利用率。

3.5物聯網智慧水云平臺的搭建

智慧水務中設備的多樣性及網絡環境的復雜性，意味著物聯網搭建的平臺將面臨諸多問題。通過智慧水務數據采集系統，在云計算平臺上采集數據，根據應用篩選有用信息并進行科學處理，優化整個智慧水務建設管理和服務流程。在此基礎上構建的云平臺可分為服務層、網絡層、平臺層和感知層。主要進行數據訪問，將采集到的數據發布到互聯網上。管理員可共享數據應用程序，以此來對各種智慧水務建設設施進行遠程控制，并實時的做到數據傳輸、存儲和處理，將復雜數據傳輸存儲后，通過需求進行分析，過濾有用數據和消息，提取的數據可以實時發送到不同的終端設備。同時，跨平臺的數據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測降雨和水位的目的等，并且對于城市干旱和洪水至關重要。建立云平臺資源，完善防汛抗旱體系和水資源管理，合理開發保護水生環境。將城市的水務工作都集成到一個平臺上，將數據移出傳統的孤島，相關管理部門之間可以形成統一的決策，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品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監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由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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運行狀況，并且根據權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

4.4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

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

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

4.4.2電能質量監測與治理

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

4.4.3電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、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、監測和報警。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

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域。

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統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排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，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、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

4.4.5智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

4.4.6電氣安全

①電氣火災監測：監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、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。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

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

④防火門監控系統：防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，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 環境監測

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，排除隱患，保持良好的水處理環境。

4.4.8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

4.4.9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、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。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、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

5 相關平臺部署硬件選型清單

6 結語

　　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，統一管理數據資源，開展水文資源的信息共享。按照規范的標準進行，同時進行自動化作業，數據分析和預警預報，可有效提高智慧水務調度效率。通過大數據制定最you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。以信息化和創新為導向，推動水利現代化發展，按照總體規劃、統一標準和資源共享為指導思想，持續推進城市智慧水務建設。智慧水務是水利不斷發展的產物，在城市發展和進步中發揮著重要作用。既能滿足居民生活需求，又能有效減輕洪澇災害，保障現代化城市的健康發展，促進水資源合理配置和利用，推動智慧城市建設的不斷發展。

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[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版

作者簡介：

任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司。