江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 江蘇江陰 214443

隨著新時期治水方針的逐步落實，水利現(xiàn)代化、智能化建設已開啟，物聯(lián)網(wǎng)、圖像識別、數(shù)字孿生等新技術的成熟，也為智慧水務體系的搭建提供了技術保障，新時代治水新思路正逐步得到落實。本文對智慧水務的總體架構與包含的建設內容進行研究，力圖為智慧水務體系搭建及項目建設提供部分借鑒。

新時期治水方針要求將傳統(tǒng)水務與現(xiàn)代信息化技術進行，提升涉水業(yè)務管理能力和水平，使水務參與相關方及社會公眾享受到水務的智慧化服務，實現(xiàn)防汛減災、水管理、水資源利用等方面的涉水業(yè)務綜合管控。當前水務監(jiān)測體系已基本實現(xiàn)對水文信息采集、水資源水環(huán)境信息采集、工情信息采集、工程信息采集以及監(jiān)控站點等覆蓋，但由于分屬不同業(yè)務部門，在不同時期建設，導致實時數(shù)據(jù)未得到很好整合，未能發(fā)揮整體效益，具體表現(xiàn)為監(jiān)測站點布設缺乏統(tǒng)籌考慮，監(jiān)測手段單一，缺少創(chuàng)新監(jiān)測手段應用，以及數(shù)據(jù)資源整合利用程度低，業(yè)務應用不夠深化靈活等。因此，在新一代信息技術賦能下，搭建智慧水務體系，成為了必然趨勢，也具備了可落地基礎。

2.1 智慧水務內涵

站在水務管理部門的視角，智慧水務即緊密圍繞水、水資源、水環(huán)境、水工程、水事務、水公共服務6大核心業(yè)務的需求，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、數(shù)字孿生等新一代信息技術，推進涉水業(yè)務智能應用，提升信息整合共享和業(yè)務智能管理水平，驅動和支撐水務治理體系和治理能力現(xiàn)代化[1]。

(1)水。主要包括水災防御、飲用水管理兩部分內容。水災主要為雨季型洪水、臺風型洪水造成的雨澇，當有大洪水來時，通過模型進行預報預警，可以提前采取措施，預報各水庫水位，騰出庫容調蓄洪水，減輕庫區(qū)周邊和下游的防洪壓力。在后汛期，根據(jù)來水預測及時攔蓄洪尾水量，盡可能多的儲備水量。當預測來水量較少時，可根據(jù)水庫蓄水情況和需水量分析，提前采取抗旱措施，減少旱災的影響。飲水工程則是統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展，和提高民眾生活質量，城鄉(xiāng)經濟社會發(fā)展的重要民生基礎設施，城鄉(xiāng)飲用水密切關系到群眾的身體健康，防范飲水風險十分必要。通過對人飲工程增加水質和水位自動監(jiān)測，可實現(xiàn)城鄉(xiāng)飲水工程供水自動預警，同時加強城鄉(xiāng)飲水工程日常業(yè)務管理，提升城鄉(xiāng)供水和應急處置能力。(2)水資源。是指有利用價值且可被利用的水源，包括地表水及地下水等。在信息化中，水資源信息包括水質信息、監(jiān)測信息、供水廠監(jiān)測信息、排污口信息、取水戶信息、水庫信息、水電站信息、流量監(jiān)測信息、水利工程信息等。水資源優(yōu)化配置包含了水資源管理、供水管理、灌區(qū)管理的綜合優(yōu)化。(3)水環(huán)境。主要通過監(jiān)測站網(wǎng)進行監(jiān)測，監(jiān)測站網(wǎng)是指在流域內或者區(qū)域內，由適量的水質監(jiān)測實驗室與地表水、地下水、大氣降水水質站組成的監(jiān)測信息收集系統(tǒng)。在水環(huán)境管理及保護上，又可分為河湖長制綜合管理、采砂管理、水土保持管理等。(4)水工程。包括涉水的水利工程建設管理、水利工程運行管理。(5)水事務。即以水行政事件為主線，涉及到的對象、業(yè)務流程等，主要為水行政執(zhí)法，包括執(zhí)法對象、執(zhí)法巡查管理、執(zhí)法辦案管理、案件辦理管理、執(zhí)法隊伍和裝備管理、執(zhí)法指揮調度等。(6)水公共服務。即水務部門面向公眾提供的涉水政務服務，通過互聯(lián)網(wǎng)、移動端、辦理窗口、戶外展示引導等提供，主要包括行政審批事項處理、公眾水務事項解答、公眾水務事項投訴處理、公眾預報預警、公眾節(jié)水教育、公眾河湖治理宣傳教育、引導公眾參與河湖治理、公眾水情教育等。

2.2 智慧水務總體架構

智慧水務建設可按照“四橫兩縱"總體架構進行，即基礎設施、水務大數(shù)據(jù)、應用支撐平臺、智能應用，以及機制保障、技術保障。智慧水務整體架構圖。

基礎設施包括水務智能感知網(wǎng)和基礎運行環(huán)境。

(1)水務智能感知網(wǎng)。水務智能感知網(wǎng)即運用無人機、無人船、物聯(lián)網(wǎng)、5G等新一代技術，通過構建“空-天-地-水"監(jiān)測感知網(wǎng)，實現(xiàn)水務要素全感知，區(qū)域感知全覆蓋、感知手段全應用，支撐水務工作。智能感知網(wǎng)需要在傳統(tǒng)水雨情、水資源、工情監(jiān)測站點基礎上，強化無人機、無人船等技術的綜合應用，豐富采集種類、加密采集覆蓋、整合采集站點、規(guī)范采集數(shù)據(jù)，進一步加強水文、水資源、水環(huán)境、水工程、農村水利等方面的信息采集，提高信息的完備性、真實性和時效性，滿足精細化水務業(yè)務管理應用要求。廣義上說，水務智能感知網(wǎng)包括河道監(jiān)測站網(wǎng)、人飲工程監(jiān)測站網(wǎng)、在建水利工程監(jiān)測站網(wǎng)、水庫及水電站監(jiān)測站網(wǎng)。

(2)基礎運行環(huán)境。1)水務大數(shù)據(jù)。建設水務大數(shù)據(jù)，可豐富數(shù)據(jù)資源，實現(xiàn)各部門數(shù)據(jù)資源整合共享，提升數(shù)據(jù)共享和服務能力。2)水務模型。基本的公共服務基礎模型，方便應用軟件開發(fā)時在其上層更捷地搭建業(yè)務應用流程和構造信息門戶，水務模型為應用層提供統(tǒng)一的支撐服務。應用支撐平臺為應用層提供統(tǒng)一的支撐服務，是實現(xiàn)水務事件推理、水務事件協(xié)同、水務實景仿真、水務時空分析、水務行政服務等公共服務的基礎平臺。智慧應用為基于模型構建的應用，包括水專題、水資源優(yōu)化專題、水環(huán)境保護專題等，配合綜合決策大屏、移動應用平臺和統(tǒng)一門戶使用。3)機制體制保障。標準規(guī)范的機制建設是工程建設重要的基礎性工作，是實現(xiàn)智慧水務運行管理的目標，保證信息交換、共享和應用支持性和可行性的重要前提。4)技術保障。技術應用是系統(tǒng)運行的支柱，貫穿于整個體系架構各層的建設過程中。

3.1 智能感知網(wǎng)

根據(jù)水務業(yè)務應用建設需求，以水雨情、水資源、工情監(jiān)測站點為核心基礎，強化無人機、無人船等技術的綜合應用。智能感知網(wǎng)具體建設為河道監(jiān)測站網(wǎng)、人飲工程監(jiān)測站網(wǎng)、在建水利設施監(jiān)測站網(wǎng)、水庫監(jiān)測站網(wǎng)等。監(jiān)測數(shù)據(jù)包括水位、流量、雨量、濁度、酸堿度、余值、實時畫面等。

3.2 水務大數(shù)據(jù)

(1)水務數(shù)據(jù)資源目錄。水務數(shù)據(jù)資源目錄建設是開展數(shù)據(jù)共享的重要手段和途徑，各級在建立數(shù)據(jù)資源目錄時，應保持基本維度分類體系的一致，并在水務數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一的目錄服務系統(tǒng)，解決各自領域范圍的數(shù)據(jù)資源目錄管理與發(fā)布。根據(jù)水務系統(tǒng)的實際情況，水務數(shù)據(jù)資源目錄可分為基礎數(shù)據(jù)目錄、監(jiān)測數(shù)據(jù)目錄、業(yè)務數(shù)據(jù)目錄。(2)制定數(shù)據(jù)標準規(guī)范體系。按照“一數(shù)一源"的原則，進行相關標準規(guī)范制定，主要包括數(shù)據(jù)庫設計規(guī)范、數(shù)據(jù)加工存儲規(guī)范、數(shù)據(jù)資源共享規(guī)范、數(shù)據(jù)接入規(guī)范等。(3)數(shù)據(jù)資料制作。數(shù)據(jù)資料制作包括河湖現(xiàn)場全景圖、城鄉(xiāng)供水三維場景、線上虛擬館等。

3.3 應用支撐平臺

(1)水務事件推理能力。可分為洪水預報模型、水庫來水及調度模型、圖像分析模型等。洪水預報模型的構建是為了實現(xiàn)將實時或預報水雨情數(shù)據(jù)作為輸入，通過預報模型，來實現(xiàn)對流域內重要節(jié)點的洪水過程的預報。水庫來水預報及調度模型則通過選取水庫并運用相關建模技術，搭建水庫來水預報模型、工程調度模型、水資源優(yōu)化配置模型。圖像分析模型即由具備智能分析功能的設備組成的智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以按需求監(jiān)控。(2)水務事件協(xié)同能力。通過搭建一個統(tǒng)一的綜合集成門戶，在實現(xiàn)統(tǒng)一認證、單點登錄的同時，可以根據(jù)登錄用戶的身份，確定用戶的權限，自動呈現(xiàn)不同的功能界面。另外，將應用及展示需求通過界面整合集成到門戶中，如將水務數(shù)據(jù)、水務一張圖、水務綜合決策大屏、水科學保障專題、水資源優(yōu)化配置專題、水環(huán)境保護專題、水工程精細調度專題、水事務管理專題和水公共服務專題集成在一起。(3)水務實景仿真能力。可分為實景及數(shù)字孿生等，實景即通過720°全景技術對各場景點進行多角度環(huán)視拍攝取景，使用軟件進行圖片拼合等處理，將平面照及計算機圖變?yōu)槿埃糜谔摂M現(xiàn)實瀏覽。數(shù)字孿生為新一代信息技術，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射、虛實交互，為水務業(yè)務管理呈現(xiàn)可視化場景，輔助水務管理決策。(4)水務時空分析。通過搭建GIS平臺，為業(yè)務管理提供地圖信息的操作、瀏覽和管理等功能。(5)水務行政服務。主要包括門戶和智能問答等，門戶可通過分權分域設置，對不同角色、不同級別、不同崗位用戶所關注的信息做不同呈現(xiàn)，做到千人千面。智能問答面向內部工作人員和社會公眾用戶，以問答形式，定位用戶所需要的提問知識，為用戶提供個性化的信息服務。

3.4 水務專題應用

(1)水科學保障專題。聚焦水災防御工作需要，圍繞預案、預報、預警、預演等因素建設，實現(xiàn)與水災防御工作精細化管理要求。預案應做到結構化管理，由靜態(tài)預案向動態(tài)預案轉變。預報則通過多模型耦合方式，由經驗預報向科學預報過渡。通過自動監(jiān)測預警和預警回執(zhí)，打造預警工作的閉環(huán)流程。在人飲工程上增加水質和水位自動監(jiān)測，實現(xiàn)飲水工程供水自動預警，提升供水和應急處置能力。(2)水資源優(yōu)化配置專題。基于GIS平臺的展示基礎，實現(xiàn)水質、監(jiān)控、水位、雨量等監(jiān)測站點以及水文局、氣象局、環(huán)境局共享的監(jiān)測站點等監(jiān)測數(shù)據(jù)的疊加展示，為水質、水資源業(yè)務協(xié)同、水資源優(yōu)化配置、動態(tài)評價、供水監(jiān)控預警、供水運營管理、供水統(tǒng)計分析、灌區(qū)管理等應用服務。(3)水環(huán)境保護專題。聚焦河湖長制管理、采砂管理、水土保持管理等應用，建設投訴、采砂計劃管理、采砂許可證管理、采砂量動態(tài)監(jiān)控、水土流失情況分析及呈現(xiàn)、政策法規(guī)宣傳等模塊。(4)水工程精細調度專題。引入信息化手段，將招投標管理、工程資料、工資支付、工程過程等文件數(shù)字化，實現(xiàn)工程業(yè)務數(shù)字化，同時基于GIS平臺，將在建項目、已建項目、規(guī)劃項目做疊加展示，實現(xiàn)工程全景可視化、工程自動預警、調度管理可視化等目標。(5)水事務管理專題。以水行政事件為主線，主要建設執(zhí)法監(jiān)視、執(zhí)法巡查計劃制定和下達、執(zhí)法信息(包括執(zhí)法隊伍、執(zhí)法艇、執(zhí)法車、執(zhí)法裝備等)的動態(tài)更新、調度指揮等模塊。(6)水事務公共服務專題。建設審批事項服務、智能問答、公眾投訴服務、水務信息服務、水務資訊、節(jié)水宣傳等模塊。(7)移動應用，開發(fā)移動應用系統(tǒng)，通過移動辦公，實現(xiàn)、隨時隨地信息查詢和辦公管理。

3.5 基礎資源及網(wǎng)絡

包括應用服務器，數(shù)據(jù)庫服務器，數(shù)據(jù)采集服務器，數(shù)字孿生應用服務器，線上虛擬館應用服務器，以及存儲、網(wǎng)絡、等設備，一般結合建設及租用成本、自身維護能力綜合分析，可采用租用外部云資源的方式建設。

3.6 體系

信息系統(tǒng)要求的體系，包括系統(tǒng)物理、網(wǎng)絡、信息、系統(tǒng)、運行、制度等。

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。

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、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)權限可以適用于水務后勤部門管理需要。