论智慧水务平台科研数据管理及人工智能技术的应用

张岩，张磊

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司）

1 相关理论基础概述

1.1 智慧水务的定义与特征

智慧水务是指将传统水务与现代信息化技术进行深度融合，以提高水务的管理和服务水平，具有三方面特征。

1）水务感知的智慧

充分利用现代传感技术，实现对自然界水体的全面准确实时监测，形成强大的水利物联网；

2）水务业务的智慧

充分利用云计算等技术，对传统水务的全领域进行智能化管理，切实提高水利水务建设和管理水平；

3）水务人的智慧

加快水务改革发展，使水务更好地为人类生活、经济发展、社会进步提供强有力支撑保障，促进水务一体化，并充分利用新一代信息传媒技术，将这种支撑保障和水利水务的科技文化为社会公众提供定制服务。

智慧水务将通过互联网、物联网、无线网络和软硬件，聚合各类社会信息，为政府、企业、市民提供无处不在的信息化服务，实现无所不能、可为感知的绿色智能水务。

1.2 智慧水务平台科研数据管理及人工智能技术应用的原则

1）循序渐进原则

城市智慧水务建设工程的规模是比较大的。在城市智慧水务工程建设过程中，一定要循序渐进，以确保所有建设环节的建设质量。从整体角度来合理规划智慧水务工程的建设工作，制定完善的建设制度，提高建设效率，确保建设质量与技术质量。

2）有效利用信息资源原则

在城市智慧水务数据管理平台中，常常涉及到非常多的数据信息，所以一定要有效利用信息资源，这是极为重要的。在搭建城市智慧水务数据管理平台过程中，一定要实现公共信息资源的共享，能够公开化处理城市水务信息，以能够有效利用信息资源。

3）加强运维管理原则

在城市智慧水务系统中，尽管主要运用自动化、智能化设备与技术，不过当设备在运行过程中，仍需要对设备的运维管理及智能化系统与自动化系统给予高度重视，确保城市智慧水务系统运行的高质量与高效率。

1.3 城市智慧水务的建设重点

1）综合整理城市智慧水务系统

①在综合整理数据资源时，一定要对智慧水务系统之间的数据关联关系进行深入分析，对综合整理过后的数据资源结构进行确定，同时又想改造上层应用系统，以能够稳定运用智慧水务系统中的数据资源。

②综合整理应用系统。目前在城市智慧水务系统中，具有通过利用各种技术语言、平台而构建的应用系统，所以需要深入分析其中存在的不同之处，然后将对其进行有效整合，使之处于相同的网络环境中，

确保能够协调运行所有应用系统，进而促使应用系统服务质量的提高。

2）科学升级城市智慧水务系统

针对大数据设备与大数据技术，一直处于不断研发过程中。一般来说，新研发出来的大数据设备与技术在应用方面存在许多优势，在对城市智慧水务建设过程中，应深入分析系统的实际运行情况，并找出其中存在的问题。然后科学分析智慧水务系统，科学、合理规划城市智慧水务系统内容，以制定出完善的系统升级方案。

3）重新建立信息系统

针对现有的城市智慧水务系统，当对其进行改造、升级需要投入较高的成本时，在这种情况下，可以选择重新建立信息系统。在统一的系统开发平台、标准、布局条件下，应对相关软硬件的兼容性问题进行充分分析，对系统开发效率进行提高。

1.4 智能化监测与管理

智慧水务系统以“洞察、深知、笃行”为思路进行设计，以移动互联为工具进行实时监测、以大数据为手段进行数据分析、以KPI门户为统领进行形象展示、以数学模型为基础进行科学决策、以高标准建设数据中心的一体化、科学化、决策智能化的信息平台。监管部门可借助智慧水务系统更加精细化和动态化的规范和管理水务业务的各个环节，从而达到智能化监测与管理的目标。

智慧水务系统给用户带来的不仅是信息化水平的提升，更重要的是可以强化综合管控水平、完善绩效评估能力、提升决策分析能力、提高应急处置效率。其普遍效益体现在：

1）强化综合管控能力

通过智慧水务系统可构建完整的业务信息系统，可帮助规范业务流程，明确职责分工，实现水务业务的全流程信息化监管，有效强化综合管控能力。

2）决策能力更具科学化

智慧水务系统通过关键业务的数学建模和数值仿真、全部业务数据的智能化分析，为管理人员进行决策分析提供科学依据。

3）部门形象进一步提升

智慧水务系统结合相关数据及建模仿真结果，可对重大风险事件进行预警预报，改变了事后处理的被动模式。同时可通过对外门户的建设实现重要信息发布、民众互动反馈等功能，将进一步提升监管部门的形象和服务质量。

2 案例分析

2.1 工程简介

工程以服务于天津市中新生态城水环境流域为功能定位，采用技术先进、布点灵活，结合物联网、GIS、大数据等先进的信息技术手段，以现有管理工作为基础，建设河网水系智慧水务管理工程，实现对生态城水环境流域水系水环境的日常监测、综合管理、统计分析、科学预测、智能预警、应急处置等功能，为生态城水环境流域水系的环境综合整治、建设生态文明和智慧城市提供保障和支撑。

本次智慧水务管理系统建设范围为中新生态城城区水环境流域，包括水文监测系统工程建设、水环境监测系统工程建设和防洪排涝控制系统工程建设。

2.2 设计目标及任务

设计利用自动化和信息技术统筹管理设计范围内排水、污水处理、中水回用、水质检测等业务，实现“统一配置，统一调度，统一管理”这一目标，建设完善智能的自动化信息平台，构建一体化的调度管理平台，实现设计范围内的运营一体化。同时，工程在建设过程中可预留通信接口，将来可被纳入“智慧城市”的大数据平台，使其成为“智慧城市”不可或缺的一部分。

本工程具体任务包含但不限于以下内容。

1）运行数据集中监管

包括跨地域采集所有厂站及管网的实时数据、由人工录入或导入的方式整合厂级化验室及在线仪表的检测数据、整合执勤班组、运行管理人员日常录入的数据。

2）海量数据的优化

包括检索性能优越，查看测点全年数据曲线、历史数据可长期存储，数据压缩比例＞=10倍、支持在线监测数据库、历史数据库，为长期海量数据存储设计，支持集团级数据中心。

3）在线运行监控

包括在线工艺数据、设备运行情况实时监控、数据分析监控、数据统计监控、报表监控、移动监控与查询。

4）调度管理平台

即实现应急信息管理及调度管理平台。

2.3 中新生态城周边流域现状问题

2.3.1 监测与管理问题

1）不具备数据在线监测预警体系

目前生态城市各条水体的水质检测大多通过采样化验的方法实现，在线监测设备不足，不能实时了解水质情况，只能进行事后处理，不能进行事前分析，做到风险预警预报。需建立在线监测体系，部署数据采集传输装置并配套建设数据中心机房，通过智慧水务系统实现水质等数据的实时在线监测和进一步分析。

2）数据统计分析效率较低

由于缺乏数据在线监测预警体系，生态城市各水体的数据只能通过检测化验后进行人工统计、分析，带来数据统计不及时、存在错误率等问题，不能真实反映黑臭水体整治工作的效果。需建立在线分析体系，实现水质等数据的自动汇总和分析。

3）决策分析能力不足

由于缺乏区域排水模型、水质扩散模拟、风险预警预报手段、完善的应急与处置体系，导致生态城市监管部门对水系统的运行决策分析能力不足。例如当水体出现水质超标并产生黑臭时，无法判断是由上下游哪方整治单位工作不到位所造成的。

4）联动监管能力滞后

生态城市园林局及各行政区政府分别负责权属范围内黑臭水体的整治工作。对于分别处在同一条水体两岸的不同整治单位，存在着整治监管权属不清的问题。故需建立联动监管平台，实现黑臭水体相关信息在关联单位的顺畅传递。

另外对黑臭水体整治工作有着统一监管、统筹协调的职责，也需要联动监管平台实现市政府对各整治单位整治效果的集中监视信息共享和沟通交流。

2.4 生态城市流域综合整治策略

2.4.1 建立水务工作数据中心

生态城市智慧水务系统将通过实时采集并存储，黑臭水体监控断面、污水厂、管网、排涝泵站、调蓄池、拦河坝、海绵设施的关键数据，为黑臭水体整治工作成果的监管及考核提供详实的数据支撑和指导。

2.4.2 形成涉水部门信息联络中心

通过智慧水务系统的建设，将最终形成生态城市涉水部门的信息联络中心。实现加强突发事件响应速度、改善监督跟进效率和共享联络信息等目标。将为各涉水部门之间的信息沟通、存储、汇总和分析提供有效手段。

2.4.3 充分借助模型仿真技术

黑臭水体的整治涉及水量平衡、海绵城市建设、生态岸线建设、截污管网建设、水生态恢复等一系列工作。存在着考虑因素较多、建设规划复杂等问题。生态城市智慧水务系统将通过建模和数值仿真技术，结合实地情况完成整治工作的建模仿真，最终实现黑臭水体整治工作的先期模拟和后期评估，实现智能分析、科学决策。

2.4.4 形成基于“互联网+”的移动式监管

移动式监管以信息化为支撑，强化监管目标、规范监管流程、提升监管水平，按照“厂、站、网、点”联动的监管工作思路，利用移动终端，实现监管的信息化、智能化、即时化、公开化，将为监管人员提供便捷化、移动化、智能化的监管工具，为构建现代行业监管模式开辟一条新的道路。

3 结语

目前，城市智慧水务是一种新的城市管理建设理念，通过有效运用大数据技术于大数据业务，能够有效提升城市智慧水务系统的建设质量。通过利用城市智慧水务系统，可以智能化管控、监测城市水资源的管理内容，能够有效利用城市水资源，有效避免发生水灾。