國(guó)内外智慧水務信息化建設與發展現狀

随着數據分(fēn)析應用在水務行業的滲透與發展，水務信息技術(shù)對行業的影(yǐng)響日(rì)趨顯著，利用自(zì)控、感知、智能等技術(shù)手段提升城(chéng)市水系統管理(lǐ)水平備受關注與重視。本文對國(guó)内外水務企業信息化現狀進行了闡述，并解析了國(guó)外信息化水系統相(xiàng)關技術(shù)及案例，希望給您帶來(lái)思考與幫助。

一、國(guó)内智慧水系統現狀調研與分(fēn)析

1.政策

(1)住建部、發改委2012年(nián)5月印發的《全國(guó)城(chéng)鎮供水設施改造與建設“十二五”規劃及2020年(nián)遠(yuǎn)景目标》提出：依靠科(kē)技，提升水平。加大(dà)科(kē)技對城(chéng)鎮供水發展的支撐力度，增強科(kē)技創新能力，推進生(shēng)産運行自(zì)動化、業務管理(lǐ)信息化，提升城(chéng)鎮供水行業的現代化水平。

(2)住建部辦公廳《關于開展國(guó)家智慧城(chéng)市試點工(gōng)作(zuò)的通知》(建辦科(kē)[2012]42号)提出：建設智慧城(chéng)市是貫徹黨中央、國(guó)務院關于創新驅動發展、推動新型城(chéng)鎮化、全面建成小康社會的重要舉措。各地要高度重視，抓住機(jī)遇，通過積極開展智慧城(chéng)市建設，提升城(chéng)市管理(lǐ)能力和服務水平，促進産業轉型發展。

(3)行業标準《城(chéng)鎮供水管網運行、維護及安全技術(shù)規程》(CJJ207-2013)提出要求：有條件(jiàn)的供水單位應開展管網優化調度工(gōng)作(zuò)，在保證城(chéng)鎮供水服務質量的前提下，應降低供水能耗。明确優化調度工(gōng)作(zuò)應包括：建立水量預測系統;建立調度指令系統;建立管網數學模型;建立調度預案庫;建立調度輔助決策系統。

(4)國(guó)務院印發《國(guó)家新型城(chéng)鎮化規劃(2014-2020年(nián))》智慧城(chéng)市建設方向第3條：發展智能水務，構建覆蓋供水全過程、保障供水質量安全的智能供排水和污水處理(lǐ)系統。發展智能管網，實現城(chéng)市地下空間、地下管網的信息化管理(lǐ)和運行監控智能化。發展智能建築，實現建築設施、設備、節能、安全的智慧化管控。

(5)國(guó)家發改委、住建部等八部委印發《關于促進智慧城(chéng)市健康發展的指導意見(jiàn)》(發改高技[2014]1770号)：智慧城(chéng)市是運用物聯網、雲計(jì)算、大(dà)數據、空間地理(lǐ)信息集成等新一代信息技術(shù)，促進城(chéng)市規劃、建設、管理(lǐ)和服務智慧化的新理(lǐ)念和新模式。建設智慧城(chéng)市，對加快(kuài)工(gōng)業化、信息化、城(chéng)鎮化、農業現代化融合，提升城(chéng)市可(kě)持續發展能力具有重要意義。

2.行業階段曆程

國(guó)内大(dà)部分(fēn)水務公司信息化技術(shù)的發展經曆了從(cóng)早期無紙化辦公、局域網、OA辦公系統建設到後期信息化技術(shù)在運營管理(lǐ)業務應用的跨越。水系統信息化主要歸納成4個階段曆程。

第一階段：水系統信息化的基礎建設，包括：基礎物聯網構建，數字化信息系統建設，如(rú)SCADA監測系統、營收系統等。

第二階段：完善信息化數據建設，建立GIS地理(lǐ)信息系統、以GIS爲基礎完善管網資産管理(lǐ)系統、完善SCADA在線監測系統等。

第三階段：實現信息化業務應用系統模塊、基于精準的管網資産數據實現分(fēn)區計(jì)量管理(lǐ)、基于GIS地理(lǐ)信息系統建立移動化巡查系統、建立離(lí)線水力模型及水質模型等應用。

第四階段：數據融合實現一體(tǐ)化信息調度平台，利用物聯網、實時水力模型、大(dà)數據分(fēn)析等技術(shù)，整合各類數據源的數據，建立數據中心，通過各類應用算法的支持實現智慧決策的實時綜合調度平台。

3.行業難點

中國(guó)近幾年(nián)發展起來(lái)的物聯網、互聯網等産業背後是海量數據的支持與發展。然而，這些互聯網産業在工(gōng)業界包括水務、環保行業的應用并未進行深度滲透交互，物聯網、互聯網技術(shù)對工(gōng)業企業管理(lǐ)、生(shēng)産模式的影(yǐng)響速度沒有這些互聯網技術(shù)本身(shēn)發展的那麽快(kuài)速，甚至還(hái)存在着一定的距離(lí)。比如(rú)：數據應用前的基礎構建不完善導緻的數據質量不高、各模塊之間數據沒有形成互聯互通，同時，工(gōng)業企業對物聯網、互聯網及大(dà)數據應用帶來(lái)的企業管理(lǐ)模式這種理(lǐ)念的轉變還(hái)存在不一緻的看(kàn)法等。當前行業内發展智慧水務，其主要難點體(tǐ)現在以下幾點：

(1)數據不完善問(wèn)題。數據不精準、不及時，會限制系統的應用，包括對數據分(fēn)析以及通過數據分(fēn)析提供的決策。國(guó)内己開展信息化建設的水務企業的技術(shù)水平大(dà)部分(fēn)處于上述的第二階段或者第三階段，具備了地理(lǐ)信息系統以及水力模型等信息化工(gōng)具，但(dàn)仍然有許多水務企業信息化的基礎建設還(hái)處于第一階段，甚至還(hái)在爲地理(lǐ)信息系統(GIS)數據的精準性做努力。處于第一階段的水務公司如(rú)果要實現智慧水務，至少需要完善地理(lǐ)信息系統，完善管網資産數據，建立SCADA監測系統，隻有基于SCADA監測系統、地理(lǐ)信息系統、管網資産數據才能建立精準的水力模型，才能跨越到第二、三階段的平台。沒有這樣完善、準确的基礎數據想要實現智慧水系統是不現實的。

(2)數據孤島問(wèn)題。從(cóng)當前國(guó)内水務行業的普遍問(wèn)題看(kàn)，雖然一些水務公司建立了各類模塊，但(dàn)是數據是孤立的，沒有實現共享。實現智慧水系統主要的瓶頸在于信息“孤島”的整合，信息互聯互通欠佳，限制、阻礙了更高層次的智慧應用。國(guó)内大(dà)部分(fēn)水務公司具備了幾個模塊數據源，例如(rú)：SCADA系統、地理(lǐ)信息系統GIS、管維系統、水力模型等，但(dàn)是卻無法實現實時調度、事(shì)故預警等效果，其原因是因爲數據并未實現有效的整合，即使有“數據中心”也隻是将各類源的數據從(cóng)一個模塊“機(jī)械”地拷貝或導入到另一個模塊數據庫中，當曆史數據過于龐大(dà)時，就(jiù)會導緻系統運行緩慢(màn)、數據丢失等各類問(wèn)題。因此，要想最終實現“智慧”的效果，首先要利用高效的數據管理(lǐ)軟件(jiàn)實現數據的統一、分(fēn)類、分(fēn)層管理(lǐ);其次，要重視算法研究的應用，即針對各類供排水生(shēng)産運營産生(shēng)的實際問(wèn)題(如(rú)爆管預警、漏損控制、水量預測、污水的溢流和滲漏等)通過數據分(fēn)析研究精準有效的算法，爲水系統平台提供有效的決策依據。

(3)智慧水務認知問(wèn)題。智慧水務推行的最終目的之一是實現企業管理(lǐ)架構與管理(lǐ)模式的調整。智慧水系統平台之所以可(kě)以實現“智慧”的效果，并不僅僅因爲它投入了傳感器等監測硬件(jiàn)，或者建立了龐大(dà)的軟件(jiàn)整合平台，它的智慧是在建立統一的數據中心前提下，通過對海量數據信息進行及時分(fēn)析與處理(lǐ)，從(cóng)而獲得(de)解決業務問(wèn)題的應用算法，将這些算法集成到軟件(jiàn)平台上應用，使數據分(fēn)析結果發揮“大(dà)腦”的作(zuò)用，起到預警、預測等效果，實現更加精細和動态的管理(lǐ)方式以支持水系統的整個生(shēng)産、管理(lǐ)和服務流程。

二、國(guó)外智慧水系統技術(shù)調研

1.國(guó)外水務公司信息化發展曆程

與國(guó)内快(kuài)速發展的形式相(xiàng)比，國(guó)外從(cóng)經驗模式到智能自(zì)控模式的轉變經過了一個較長的探索和發展曆程，國(guó)外的水務技術(shù)發展重點不是在市場上去(qù)尋找智慧系統模塊化或者現成軟件(jiàn)平台的方向，而更加注重于企業自(zì)身(shēn)數據的采集、分(fēn)析和應用，包括對硬件(jiàn)如(rú)何實現優化布局、如(rú)何采用科(kē)學技術(shù)解決實際運營難題、數據應用的分(fēn)析研究等等，經曆了一個從(cóng)生(shēng)産到研究、從(cóng)研究到應用的曆程。

2.國(guó)外技術(shù)現狀

大(dà)部分(fēn)國(guó)外智慧水系統由兩塊技術(shù)組成，即計(jì)算機(jī)輔助(IT)和業務技術(shù)支持(OT)，加強IT-OT的融合是國(guó)外水務公司信息化技術(shù)的主要工(gōng)作(zuò)，IT是提供水系統的IT技術(shù)，不僅僅是數據的采集，還(hái)需要可(kě)視化和分(fēn)析;OT是提供業務運營應用需求，并将業務需求進一步通過信息化方式實現應用。英國(guó)聯合水務的業務技術(shù)包括了監測和報告、事(shì)件(jiàn)檢測、事(shì)件(jiàn)預防、事(shì)件(jiàn)診斷、自(zì)動應急及優化等應用。

國(guó)外信息化的發展應用，除了在水系統本身(shēn)，還(hái)延伸到用戶用水量預測、分(fēn)析等服務。例如(rú)歐盟資助的iWIDGET智慧水務項目，研究内容不僅僅是在水系統方面的技術(shù)，更在于用戶消耗水量的數據分(fēn)析，分(fēn)析不同類型用水的實時數據、獲得(de)爲提高水費發票精準度和靈活性的信息、基于數據分(fēn)析獲取水的消費趨勢等。事(shì)實上越來(lái)越多發達國(guó)家對未來(lái)水務提倡的概念是：建立一個有彈性理(lǐ)念的水系統。也就(jiù)是通過對系統可(kě)能産生(shēng)的風(fēng)險進行評估，對系統接納風(fēng)險的能力進行評估，進而提出系統彈性恢複的建議(yì)措施。智慧水系統就(jiù)是實現彈性水系統的一個工(gōng)具和措施。

3.智慧水系統給國(guó)外水務公司帶來(lái)的好處

(1)舊金山(shān)公共事(shì)業局在系統維護方面每年(nián)爲員(yuán)工(gōng)節省9600 h。

(2)菲律賓邁尼拉德水務公司通過洩漏檢測的實時數據，每天回收6.4億升水。

(3)加拿大(dà)卡爾加裡(lǐ)城(chéng)市通過用大(dà)數據管理(lǐ)城(chéng)市防洪，實時掌握流量與水位，并能夠細化了解重要區域的詳情，整個系統采集的數據包括：流量、深度、水位、流向(分(fēn)流或合流)、溫度、濕度、雨(yǔ)量、天氣數據等，基于洪水風(fēng)險的預測，卡爾加裡(lǐ)市就(jiù)能完成分(fēn)流，有效地爲防洪排澇提供技術(shù)支持。

(4)Vitens公司：智慧水系統可(kě)以在2 min内實現爆管事(shì)件(jiàn)的識别。

(5)英國(guó)聯合水務：通過數據分(fēn)析可(kě)實現第二天的用水量預測。

(6)IBM工(gōng)業用戶：通過數據分(fēn)析提供的幫助，半導體(tǐ)制造工(gōng)廠(chǎng)的水和能源每年(nián)可(kě)以減少1000萬美元。

三、解決途徑

智慧水系統絕不是買軟件(jiàn)或硬件(jiàn)可(kě)以實現，而是要解決“know-how”的問(wèn)題。智慧水系統平台建設的組成包括硬件(jiàn)設備公司(提供智能水表，傳感器等)，軟件(jiàn)公司(提供實時數據平台軟件(jiàn))，還(hái)有提供系統全套産品的公司及科(kē)技互聯網企業。

1.建立有效的信息化團隊，深入信息化開發工(gōng)作(zuò)

水信息技術(shù)算法在整個系統平台中發揮着“大(dà)腦”的智慧作(zuò)用，是實現智慧水務不可(kě)缺少的一部分(fēn)内容，在數字信息化的環境下，企業己經無法通過購(gòu)買現有的軟件(jiàn)模塊或者通過長期依賴于咨詢機(jī)構提供的技術(shù)服務來(lái)維護技術(shù)的發展和可(kě)持續的應用，企業需要組建信息化建設團隊，包括數據分(fēn)析和信息工(gōng)程建設，存儲、利用生(shēng)産經營數據進行分(fēn)析，使數據發揮作(zuò)用，爲生(shēng)産運營提供可(kě)靠的支持。隻有企業深入參與開發建設，組建核心技術(shù)團隊，才能滿足未來(lái)的業務需求，自(zì)主的優化管理(lǐ)模式。企業要實現算法，可(kě)以通過于高校(xiào)、咨詢機(jī)構合作(zuò)，共同參與研發，以此提高企業自(zì)身(shēn)的技術(shù)水平。

2.選擇合适的數據開發平台

企業需要的是一個定制化的系統平台，還(hái)是一個持續的、可(kě)擴展二次開發的動态系統平台，這個問(wèn)題決定了企業信息化平台的建設思路(lù)。企業需要合理(lǐ)正确地認識到企業内部的數據類型，再根據數據類型選擇合适的數據庫開發平台。

借助于高效的實時數據平台軟件(jiàn)實現對各信息系統(不同時期、不同模塊)的整合與集成，實現對各信息系統中數據、信息的抽取和調用，從(cóng)而形成一個統一的信息共享平台。一個企業如(rú)果通過信息解決化手段實現數據、功能的靈活應用，也就(jiù)可(kě)以因管理(lǐ)職能劃分(fēn)導緻的業務不統一管理(lǐ)問(wèn)題。

水務行業己經進入數據信息時代，如(rú)何正确客觀地了解一個企業的現狀水平，以及現狀水平與先進技術(shù)之間的那段距離(lí)是企業邁入新台階的關鍵。先進的技術(shù)之所以是先進的，是因爲它發揮了解決問(wèn)題的效果，但(dàn)并不是所有先進的技術(shù)都(dōu)可(kě)以在照(zhào)搬照(zhào)套的模式下形成相(xiàng)同的效果，隻有正确了解客觀現狀，才能選擇适合的技術(shù)和發展模式，在探索中尋找到有效解決問(wèn)題的途徑。