基于信息化技术的节水智能监管

池宸星

（中国水利学会，北京100053）

建设智慧社会是我国在新时代把握信息化带来的重大机遇、以信息化推动经济社会发展的战略部署[1]。智慧社会要求加强信息基础设施建设，以智能化引领管理模式的变革，以智慧化提高社会管理及服务水平。智慧水利是智慧社会的重要组成部分，是水利信息化发展的新阶段[2]。随着最严格水资源管理制度深入推进，对节水监管能力提出更高要求，智慧水利引领的信息化建设是促进和带动水利行业提升社会管理和公共服务能力的必然选择，是节水“补短板、强监管”的重要途径。

1 节水监管亟需提升智能化应用水平

多年来，我国水利信息化建设取得了很大成就，为智慧水利建设奠定了坚实基础。随着信息化的发展与普及，农业、工业、城镇生活用水管理的信息化得到了一定的发展，各地开展了计量监测和水资源管理系统建设等工作。国家水资源监控能力项目的实施大幅提升了管理水平、积累了丰富的经验。智慧社会是对我国信息社会发展前景的前瞻性概括[3]。综合新信息技术的发展水平看，信息化技术在节水工作很多环节的应用尚处于起步、待开发和推广阶段，与智慧社会的需求仍存在差距。

监测计量能力不足，总量控制、定额管理、计划用水以及监督考核等难以真正落实[4]；用水计量监测覆盖率低，粗放的计量收费现象仍广泛存在，用水数据未实现在线采集实时监测和互联共享[5]；水资源调度手段不先进，各级调度管理信息化、自动化、智能化程度低，在日常调度工作及用水统计、信息报送等方面工作量大、效率低[6]；侧重硬件建设，缺乏对数据中有利于管理决策关键信息的高阶分析和挖掘功能[7]；农业节水工作除了涉及水利部门外，还涉及农业农村、发展改革、工信、住建等相关部门，有大量的工作需要协调相关部门共同完成，业务协同存在困难[5]；县域水资源信息化建设滞后，管理智能化落后与管理精细化要求形成矛盾制约[8]。

提高节水监管能力，需要加强监测计量体系和信息化建设，充分运用信息平台网络化、大数据、智能化的手段，切实提高节水计量、监测、统计、核查水平。[4]

2 基于信息化技术的节水智能监管

移动互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能等技术的兴起和应用，为节水监管提供了新的技术手段；泛在感知网络使用水设备的识别、定位、跟踪、监控和管理更加智能化；机器学习和深度学习等方法使管理、决策、评估、监督更有科学依据。这些新技术、新理念、新模式与节水监管的不断渗透，促使节水管理和服务模式向“精细化”“智能化”发展和变革。精细化管理保证了用水和节水工作的顺利实施[5]。基于信息化技术的智能化应用，为精细化管理提供了支撑保障。

节水智能监管通过在线监测设备、移动互联网、物联网、泛在感知网络技术，实时感知用水系统的运行状态；通过优化的算法和模型及时分析和处理用水信息；通过可视化的方式整合管理部门与供排水设施，实现覆盖蓄、供、输、用、排等各涉水环节的动态、直观地全方位、全过程监管，从而达到“智能”的状态，辅助节水管理维护和决策。

综合来看，节水智能监管秉承了智慧水利内涵的3 个方面：新信息通信技术的应用，包括信息传感及物联网、移动互联网、云计算、大数据、人工智能等技术的应用；多源信息的监测与融合，包括管网、供排水设备、用水设施、气象、墒情等全要素监测信息的融合应用；系统集成及应用，指集信息监测分析、情景预测预报、科学调度决策与控制运用等功能于一体。[9]

3 节水智能监管设计组成

1）信息采集传输进行涉水信息智能感知。通过数据感知设备和数据采集器实现用水数据的智能测量、计量和交换。在用水设施前端安装的数据感知设备，包括智能远传水表、智能压力计、智能水位测控仪、土壤墒情监测仪等传感器。智能远传水表和智能压力计、智能水位测控仪用于计量水量和水压数据，土壤墒情监测仪用于监测土壤湿度。数据采集器采集、存储、汇总上传计量数据。前端感知设备采集的数据通过GPRS，4G，5G等传输网络，接入数据支撑平台。

2）数据支撑平台完成数据的分析处理。利用大数据、云计算等技术对用水数据进行全面汇聚整合，通过优化的算法和模型完成数据高效分析处理，利用机器识别、深度学习、智能视频分析技术对管网和用水设施监控数据进行智能分析，为用水管理提供全新的监管手段。

3）管理应用系统提供节水管理的综合应用。通过设计良好的人机交互界面和虚拟现实技术，提供灵活的数据查询方式、数据警报显示方式和功能分析模块，并将数据分析结果通过报表、图表等形式展示，形成趋势对比、预测，为用水高效管理和决策提供可靠依据。目前，在节水中应用较多的功能分析模块包括用水分析功能和漏水分析功能。用水分析功能通过对同一用水区间不同时间段的用水情况进行对比，结合设定的用水警报阈值，给出直观的横向、纵向对比数据，便于管理人员发现用水中存在的问题。漏水分析功能通常根据不同时间段设置漏水警报阈值，超过该阈值范围的，判断为怀疑漏水区域[10]。

4 节水智能监管的应用

1）管网管理。管网渗漏是节水监管最需要解决的日常问题之一。网格化动态分区的压力管理，控制管网压力运行在最经济的工作区间，减少自然爆管次数。实时获取的最新漏点情况，使漏点得到及时修复，有效降低管网漏损[11]。通过GIS系统地理空间数据服务实现直观的管网分布情况，有助于管道施工时准确布设，减少资金浪费和设施维护[12]。利用水力计算模型精确计算出接水所需管径与管道走向，降低接水费用。智能监管在管网规划和管理维护方面发挥越来越大的作用。

2）用水精量控制。智能监管以量化为基础。节水监管需要面对数量庞大的用水终端设备以及海量的用水在线监测数据，对数据处理能力的要求高。通过算法的优化和设计相应的数据模型，结合设备参数识别、多源数据综合分析、管网数据动态模拟和用水总量控制预警等数据处理，实现灌溉等用水设施的智能控制，达到用水精量控制的效果[13]。

3）用水决策。节水监管中计划用水的一项重要内容是水量的配置调度。在对水压、流量、水质、墒情、水厂、泵站、管网故障、总量控制预警等各种动态信息的在线监测基础上，通过供水管网模型的实时在线模拟，进行水资源的评估、诊断、预报、分配和调控，辅助用水实时调度决策，实现节约用水以及科学用水的目的。[14]设置数据自动发送，各级管理人员能够及时掌握蓄、供、输、用、排等状况，解决数据收集不全或者反应延期滞后带来的溢流弃水等问题，提高节水管理数据化决策能力。

4）业务管理。通过OA 业务审批流程，发起各项涉水业务审批与协调。通过蓄、供、输、用、排GIS 与收费系统和通信系统的接口，在完成调供停水等方案制作的同时，可实现对用户的即时通知等公众服务。通过OA 系统以及该系统和内网、外网的接口，同步实现按审批权限的业务信息在内网、外网的发布[15]。通过监管信息库实现监管业务全留痕。

5）数据产品。节水监管通常整合了供水生产、用水服务、水量管理、水质管理、内部管理等需求。大屏、PC 端和移动端的方式提供了灵活便捷的数据同步查阅方式。通过数据报表设计和管理，可以实现各种业务主题分析、资料填报、报表自动提取[10]，完成用水效率分析、水资源管理考核、公众水事服务等数据产品，大幅减少人员工作量，实现节水监管高效化。

6）信息共享。通过搭建信息共享服务平台，实现各部门之间、供水方与用水方之间、企业与政府之间的设施数据信息、管网信息、业务数据、监控数据、资产管理的发布和共享。在农业灌溉中，气象数据为按需灌水和雨水资源利用提供参考[13]。信息的共享为水资源节约的协同合作以及节水管理职能的划分、权限管理、数据更新、安全管理等方面提供依据和支撑。

信息化技术在节水监管“精细化”“智能化”中发挥的作用越来越重要。在具体应用时，要以实际状况作为着手点，采取合理的措施，根据实际需求科学规划，实现智能节约高效地应用。