海绵城市理念下的智慧水务建设研究

马珂

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司）

1 引言

我国既是一个人口大国，也是一个农业大国，用水量需求较高，有限的水资源很难满足需求。“海绵城市”理念的提出，为水资源充分利用开辟了新的思路[1]。该建设理念将城市看作一块海绵，根据大自然环境变化吸水，将此部分水资源存储下来，经过渗水和净水处理，转化为可供人们使用的水资源，以此缓解城市水资源紧张的问题[2]。智慧水务是一套给排水管理体系，根据水资源利用和需求情况，下达水务服务命令，该体系的建设与海绵城市建设呼应，是海绵城市建设的重要内容[3]。目前，将海绵城市建设理念融入智慧水务建设的研究较少，本文尝试对智慧水务管理体系展开深入探究。

2 智慧水务及特点

2.1 智慧水务概念

智慧水务是现代化建设背景下的一种新型管理方式，引入了信息采集技术和传输技术，经过高效计算，判断当前水务状况，拟定需要实施的服务内容。与普通服务相比，这种服务方式效率更高，覆盖面比较广，可及时发现和处理问题，操作更智能化。

2.2 智慧水务特点

1）感知比较全面

智慧水务运用了感知技术，对园区各个覆盖水源的区域进行信息采集。其中，使用到的设备包括液位传感器、温度传感器等，将这些传感器布设在下立交、泵站、污水处理场等多个区域，同时构建物联网体系，将采集到的数据信息传输出去。

2）互联互通更加广泛

为了提高水务管理及服务效率，智慧水务借助网络通信平台，建立各个管理机构和现场信息采集模块的通信连接，同时也可以通过网络平台为广大人民群众解决水务问题。

3）水务管理决策智能化

智慧水务融合了大数据技术，同时运用专家系统、数据挖掘等手段，对当前水务状况展开分析与决策，有效提高了水务管理的可行性。与普通水务管理方法相比，这种方式所做出的决策更加可靠。

4）公共服务水平较高

由于智慧水务引入了物联网、无线网络等技术，可以在网络平台上建立通信渠道，用户可以通过登录互联网访问平台，向水务管理部门提出服务需求。这种服务方式更加便捷，使整个服务过程变得可视化，有助于提升服务质量。

由于智慧水务存在上述特点，这些特点正是海绵城市建设的需求。因此，在海绵城市建设理念下，探究智慧水务建设方案存在较大研究价值。

3 海绵城市理念下的园区智慧水务建设方案

3.1 园区智慧水务系统框架结构

按照智慧水务运行不同的功能和水务管理、服务执行的顺序，本系统分为5个层次，分别是水务感知层、信息传输层、水务信息管理层、水务管理业务层、智能分析与管理建议生成层。其中，水务感知层主要用来采集水务信息，以不同功能类型传感器作为信息采集装置。信息传输层是系统信息的搬运工，将当前数据信息发送至指定位置。水务信息管理层，是对采集到的水务信息展开全面分析，为下一个层次业务命令下达奠定基础。水务管理业务层是根据当前信息整理情况，判断所属业务类别，而后交由最后一个层次智能分析，生成水务管理建议。

3.2 智慧水务系统层次设计

1）水务感知层

该层次的创建主要是运用传感器、移动终端等设备，对需要监测的水务区域进行实时监测。其中，使用到的主要仪器见表1。

表1 水务感知测量仪器表

根据各项仪器的使用说明，合理安装，为设备供电，开启作业模式后，开始采集雨量信息，同时对河道水质变化情况进行监测。

2）信息传输层

为了提高水务服务效率，在短时间内掌握现场水务状况，本系统借助互联网平台，建立了信息传输层。现场采集设备汇聚信息后，利用无线传输设备，将信息发送出去，而后经过移动、电信等网络基站转接，再发送至智慧水务管理中心。为了便于管理人员随时查看信息，本系统在信息接收端增加了服务器，由该服务器同时向管理中心和管理人员使用的智能手机发送水务信息，大大提高了传输效率。基站作为传输层的重要组成部分，建议根据本地区实际网络部署情况，合理选取无线网络。

3）水务信息管理层

水务信息类型多变，信息格式存在差异，为了便于信息整理与分析，本系统增加了数据服务规范接口，在该接口设置不同格式转换器，将多元化信息整理为标准化信息。严格按照水务服务管理标准，对各项信息的存储与访问进行管理。本系统的信息管理主要依靠系统数据库，开发工具为SQL server软件。利用该软件创建数据表结构，并填充水务信息，通过设置主键，创建各个表之间的关联关系，形成数据表结构。当需要调用水务信息时，按照查询需求缩小查询范围，确定按照当前条件查询后，系统将自动生成查询结果。

另外，本系统支持信息共享、修改、删除、更新等多项操作。其中，信息共享服务指将一部分水务信息上传至共享平台，按照不同的保密需求进行处理，将信息上传至不同共享文件区域，需要查看的用户输入密钥，或者直接下载即可。对于保密性越高的文件，对身份验证次数就会越多，从而为水务信息管理平台提供安全访问保障。

4）水务管理业务层

水务管理层是系统的核心结构，该层中布设了GIS系统，利用该系统确定雨水和污水管理位置，同时利用该系统对水务建设进行规划。通过模拟分析，不断优化城市水务建设规划方案，使其得以满足海绵城市建设需求。其中，在模拟分析操作中引入了数据挖掘技术，通过数据挖掘提取对水务管理帮助较大的信息，作为水务管理工作开展的依据。

另外，该层次还添加了数据采集监控功能和方案模拟管理功能，前者是对数据采集期间各项设备的作业状态进行监控，该功能的添加主要是收集设备作业信息，同时将这些信息与标准作业参数范围进行对比，如果超出正常作业范围，则立即修复故障设备。后者是对当前整理的信息结果进行总结，通过搭建模拟仿真体系，对当前的水务监测区域的实际情况进行模拟，使信息展示效果得以提升，从而为智能分析创造便利条件。

5）智能分析与管理建议生成

该层次功能的设计，通过调用系统数据库，对比当前水务状况是否发生异常，根据对比结果，确定水务异常位置，同时根据数据库中存储的治理经营信息，自动生成水务管理建议，此部分内容可以作为水务管理工作部署的依据。一般情况下，系统运行期间遇到罕见的水务问题，会生成一些情况比较相近的判断结果和治理建议。为了不断完善系统功能，为海绵城市建设提供更为可靠且全面的水务管理信息，本系统支持数据更新，将新的水务状况和治理策略录入数据库中，更新即可使用。

4 园区智慧水务建设方案应用分析

4.1 工程概况

本园区工程建设在城市的周边地区，覆盖面积为13.8km2，园区所处城市水资源短缺较为严重。该工程内部建有污水处理厂，为了避免对大自然环境造成污染，要求对工厂的污水排放情况进行严格监督与管理，使其达到再用水标准。该工程所处地区气候多变，伴有暴雨、雷阵雨等气象，也存在长期不降雨情况。海绵城市建设理念的提出，对本工程建设来说是一次巨大挑战。

4.2 应用效果分析

本工程运用本研究设计的智慧水务系统，利用该系统采集水务相关信息，并将这部分信息有效整理，并从中提取重要信息，生成水务管理建议。为了检验系统应用的可靠性，本研究以系统整理结果模拟可视化效果、水务问题诊断与处理建议生成可行性作为效果分析对象，提出系统应用效果分析。如图1所示为系统跟踪剂浓度分布输出结果，表2为系统运行水务问题诊断与处理建议生成可行性统计结果。

表2 系统运行水务问题诊断与处理建议生成可行性统计结果

图1 跟踪剂浓度分布输出结果

图1中输出的跟踪剂浓度满足水务管理可视化需求。因此，本系统开发有助于水务问题分析。

以往设计的水务管理系统诊断与建议相符程度均在85%以下，而本文提出的智慧水务系统相符度在97%以上，有效改善了水务管理体系。

5 结语

本文建立在海绵城市建设背景下，提出城市水务建设管理问题研究。为了提高水务管理水平，本研究引入智能化建设思想，利用大数据、传感器、可视化等多项技术，打造智慧水务系统。实践结果显示，本系统能够为水务管理提供可靠的管理建议。