任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：大數(shù)據(jù)技術與水務產(chǎn)業(yè)深度融合是我國智慧水務發(fā)展的必然趨勢。 結合新時代背景下的水務工作開展的情 況，重點結合自身從事水務管理工作的實踐經(jīng)驗，多角度分析了智能水務信息共享數(shù)據(jù)中心的應用中注意要點， 并結合具體的水務業(yè)務實際需求分析了基于大數(shù)據(jù)的智慧水務信息共享數(shù)據(jù)中心的總體設計方案， 希望對今后全 面推動水務管理的數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展有所幫助。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)技術；智慧水務；水務管理；共享數(shù)據(jù)中心

0引言

智慧水務建設是指利用信息技術和智能化手段，對水資源的監(jiān)測、管理、調度和利用進行優(yōu)化和智能化的方式。一是，其能提高水資源管理效率：智慧水務建設可以實現(xiàn)對水資源的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)據(jù)分析和預測模型，能夠更準確地了解水資源的供需情況、水質狀況等。這有助于提高水資源的利用效率，合理安排水資源調度和分配，避免浪費和短缺現(xiàn)象的發(fā)生。二是，降低運營成本：智慧水務建設通過自動化和智能化的手段，可以對水廠、水泵站、供水管網(wǎng)等進行遠程監(jiān)控和運行管理，實現(xiàn)設備的自動化控制和故障預警，降低人力成本和運營維護費用。三是，提升服務質量：智慧水務建設可以為用戶提供更便捷、的水務服務。例如，通過智能水表實現(xiàn)遠程抄表和計費，方便用戶繳費和查詢用水情況；通過智能監(jiān)測系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)水質異常并采取相應措施，保障用戶用水的和健康。四是，推動可持續(xù)發(fā)展：智慧水務建設可以促進水資源的可持續(xù)利用和環(huán)境保護。通過的水資源管理和供需平衡，可以減少對自然水源的過度開發(fā)和污染，保護水生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)性。智慧水務建設的意義在于提高水資源管理效率，降低運營成本，提升服務質量，推動可持續(xù)發(fā)展。它是應對水資源管理和水環(huán)境挑戰(zhàn)的重要途徑，對于實現(xiàn)可持續(xù)的水資源利用和管理具有積的促進作用。

1智能水務信息共享數(shù)據(jù)的應用

1.1在供排水綜合信息共享平臺的應用

在基于信息技術的背景下，供排水綜合信息共享平臺能有效實現(xiàn)以下方面的功能。一是，數(shù)據(jù)集中存儲與管理：智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以作為一個化的數(shù)據(jù)存儲和管理平臺，集中存儲各種與供排水相關的數(shù)據(jù)，包括水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)、水質監(jiān)測數(shù)據(jù)、供水管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)、排水系統(tǒng)數(shù)據(jù)等。通過建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和格式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成和整合，為各相關單位和部門提供便捷的數(shù)據(jù)訪問和共享。二是，數(shù)據(jù)共享與交流：智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以提供數(shù)據(jù)共享和交流的平臺，促進不同單位和部門之間的數(shù)據(jù)交流與共享。相關單位可以將自己的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)，同時可以根據(jù)需要獲取其他單位的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)供排水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同管理。三是，數(shù)據(jù)分析與決策支持：智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以利用數(shù)據(jù)分析和挖掘技術，對存儲在其中的數(shù)據(jù)進行深入分析和處理。通過數(shù)據(jù)的可視化展示、統(tǒng)計分析和建模預測等手段，提供給決策者和管理者科學的數(shù)據(jù)支持和決策參考，幫助他們制定合理的供排水管理策略和決策。四是，故障監(jiān)測與預警：智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以實時監(jiān)測供排水系統(tǒng)的運行狀態(tài)和設備工況，并通過數(shù)據(jù)分析和模型預測技術，進行故障監(jiān)測和預警。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況或潛在故障，可以及時通知相關責任單位，采取相應的維修和處理措施，從而保障供排水系統(tǒng)的正常運行。五是，政府監(jiān)管與公眾參與：智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以作為政府監(jiān)管的重要工具，提供給政府部門的供排水數(shù)據(jù)和信息，以支持政府的監(jiān)管和決策工作。同時，也可以向公眾開放一部分數(shù)據(jù)，增加公眾對供排水系統(tǒng)運行情況的了解，促進公眾參與和監(jiān)督，實現(xiàn)水務治理的透明和公正。

智能水務信息共享數(shù)據(jù)在供排水綜合信息共享平臺中的應用可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲與管理、數(shù)據(jù)共享與交流、數(shù)據(jù)分析與決策支持、故障監(jiān)測與預警、政府監(jiān)管與公眾參與等功能，有助于提升供排水系統(tǒng)的管理效率和水務治理的水平。

1.2應用支撐平臺

(1)水務事件推理能力。智能水務信息共享數(shù)據(jù)的水務事件推理能力是指利用先進的數(shù)據(jù)分析和人工智能技術，對水務數(shù)據(jù)進行綜合分析和推理，從而揭示水務事件之間的潛在聯(lián)系、趨勢和規(guī)律。具體而言，通過對供排水系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)的監(jiān)測和分析，智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以識別和檢測水務事件中的異常情況，如供水管網(wǎng)壓力異常、水質超標、設備故障等?；谶@些異常數(shù)據(jù)，可以進行預警和警示，及早采取相應的措施，防止事態(tài)進一步惡化。當供排水系統(tǒng)發(fā)生故障或異常情況時，智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以利用數(shù)據(jù)分析和機器學習技術，對故障進行診斷和根因分析。通過分析相關數(shù)據(jù)和事件之間的關聯(lián)性，可以確定故障的具體原因，并提供相應的解決方案，故障處理和恢復過程?；跉v史數(shù)據(jù)和趨勢分析模型，智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以進行水務事件的預測和趨勢分析。通過分析數(shù)據(jù)中的規(guī)律和趨勢，可以預測未來可能發(fā)生的水務事件，如供水需求峰值、水資源短缺等，從而提前做好相應的準備和應對措施。

(2)水務事件協(xié)同能力。能水務信息共享數(shù)據(jù)中心的水務事件協(xié)同能力是指利用數(shù)據(jù)共享和協(xié)同處理技術，實現(xiàn)不同單位和部門之間對水務事件的協(xié)同處理和合作。智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以提供信息協(xié)同和共享的機制，促進各個單位之間的信息交流和共同處理。相關單位可以通過數(shù)據(jù)共享的信息，了解其他單位的水務事件情況、數(shù)據(jù)分析結果等，從而實現(xiàn)信息的共享和協(xié)同決策。智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以作為一個協(xié)同管理平臺，整合各個單位的水務事件管理系統(tǒng)和工作流程。通過共享事件數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，不同單位可以協(xié)同進行事件的監(jiān)測、分析、處理和反饋，實現(xiàn)對水務事件的協(xié)同管理和優(yōu)化響應。智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以作為統(tǒng)一指揮調度的，通過數(shù)據(jù)分析和決策支持技術，對水務事件進行綜合調度和協(xié)調。根據(jù)實時的數(shù)據(jù)和情報，可以指揮相關單位協(xié)同行動，優(yōu)化資源配置，提高水務事件的處理效率和應對能力。

(3)水務實景仿真能力。智能水務信息共享數(shù)據(jù)的水務實景仿真能力是指利用仿真技術和模型，通過對水務數(shù)據(jù)的模擬和虛擬化，實現(xiàn)對水務系統(tǒng)運行情況的真實還原和可視化展示。利用虛擬現(xiàn)實(VR)或增強現(xiàn)實(AR)技術，智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以將水務系統(tǒng)的運行場景進行可視化展示。通過虛擬現(xiàn)實設備或者應用程序，用戶可以身臨其境地觀察水流、設備運行狀態(tài)、水質變化等，更直觀地了解水務系統(tǒng)的運行情況。于水務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型和仿真平臺，智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以進行情景預測和優(yōu)化分析。通過設定不同的情景條件和參數(shù)，可以模擬水務系統(tǒng)在不同條件下的運行情況，并評估系統(tǒng)的性能和響應能力。這有助于優(yōu)化供排水系統(tǒng)的設計和運營策略，提前預測和應對潛在的問題。

(4)水務行政服務。智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以提供水務行政服務，為相關的行政部門和機構提供支持和便利。智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以利用數(shù)據(jù)分析和報告生成技術，對水務數(shù)據(jù)進行分析和處理，生成相關的報告和分析結果。這些報告可以包括水資源利用情況、供水質量評估、水務系統(tǒng)運行狀況等方面的分析和評估，為水務行政部門提供決策支持和參考。智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以作為一個協(xié)同管理平臺，協(xié)助水務行政部門管理和協(xié)調水務事件。智能水務信息共享數(shù)據(jù)可以為水務行政部門提供數(shù)據(jù)支持和分析，用于政策制定和規(guī)劃的參考。通過對水務數(shù)據(jù)的分析和評估，可以揭示問題和挑戰(zhàn)，為行政部門提供科學依據(jù)，制定合理的政策和規(guī)劃方案，推動水務管理和發(fā)展。

2基于大數(shù)據(jù)的智慧水務信息共享數(shù)據(jù)的總體設計

2.1水務感知網(wǎng)

在開展構建水務功能監(jiān)測網(wǎng)的過程中，通過水務工作和水質監(jiān)測相互結合，借助于人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測相互結合方式，能滿足具體實際需求。具體來說，結合自然水循環(huán)和社會水循環(huán)的情況，并從具體需求出發(fā)，發(fā)揮出水務感知網(wǎng)的優(yōu)勢來進行準確且的監(jiān)測工作，能保障監(jiān)測內容盡可能化覆蓋，滿足二十小時的不間斷的監(jiān)測目標。

2.2城鎮(zhèn)水務基礎信息

在構建智慧水務信息共享數(shù)據(jù)的過程中，為基礎性內容則是城鎮(zhèn)水務基礎信息，這樣涉及到相關的具體城鎮(zhèn)水務工作的方方面的內容以及相關的內容以信息，將數(shù)據(jù)化技術優(yōu)勢融入其中，能有效落實相應的水務工作的高質量發(fā)展，能明確相關的建供水項目信息、水源信息、監(jiān)測信息、水源地地理環(huán)境以及供水量遠程監(jiān)測與調控等方面的內容，能有助于開展后續(xù)的相關的水務工作，結合城鎮(zhèn)水務二次供水信息、二次供水水廠與所屬企業(yè)、二次供水量、二次供水用水情況，能有效開展水質跟蹤以及做好突發(fā)水質事件等方面的工作。

2.3水旱災害防御應用場景

結合具體的水旱災害防御工作開展的情況，能進行洪水監(jiān)測系統(tǒng)的，進一步保障系統(tǒng)中存在著雨水徑流模型、洪水預報分析模型和健康城市流域水樣模型等進一步豐富，并能滿足有效實時化預測洪水、災害風險、水優(yōu)化的要求，進而能結合需求來滿足動態(tài)管理的要求。并能結合實際的水的開發(fā)及操作的要求，能實現(xiàn)相應的預警、干旱預警的要求。結合實際需求，以保障滿足城市水基礎設施完善，并能有效開展一系列的洪水、洪水預警系統(tǒng)、規(guī)范洪水管理以及北部河流預警系統(tǒng)，能保障預警能力提升，并能開展相應的地圖升級、整個品牌，升級應用程序等活動，滿足系統(tǒng)平臺效能的提升，以保障視頻會議系統(tǒng)更好地應對水旱災害防御應用場景，實現(xiàn)總體災害應對能力和效率的提升。

2.4維保及時率提升

結合系統(tǒng)的強大功能，能滿足日?；\維泵房及相關設備的要求，涉及到相應的水箱清洗、設備日?，F(xiàn)場巡檢，并能結合工單來實現(xiàn)日常運維任務的周期性的派發(fā)工單，并能滿足結合信息技術優(yōu)勢來優(yōu)化配置運維人員，便于開展全流程的跟蹤及監(jiān)管工作。具體的管理環(huán)節(jié)，能針對存在的設備事故隱患問題，進行設備性能改變的提前預知，合理化控制設備故障率。另外，結合平臺秒級數(shù)據(jù)采集的情況，能進行異常性問題的自動診斷，便于明確供水異常問題，能實現(xiàn)供水事故發(fā)現(xiàn)及時率大大提升，有效縮短事故解除時間，實現(xiàn)用戶滿意度的提升。在實踐中，針對故障設備的問題，能立馬發(fā)出報警，結合工單系統(tǒng)自動派發(fā)帶著解決方案的自動工單落實到具體的運維人員，控制故障發(fā)生到開展維修僅需要兩小時。

2.5三個中心

在體系中，具體涉及到基礎能力、數(shù)據(jù)能力以及模型能力等三部分。充分利用信息技術優(yōu)勢，能實現(xiàn)全域數(shù)據(jù)的共享要求，加強數(shù)據(jù)智能化水平，更好地推動智慧水務業(yè)務的發(fā)展。同時，能構建通用化的基礎能力，進一步保障覆蓋智慧水務的相關業(yè)務，并能體現(xiàn)在出可集成、通用化等特點，滿足微服務化的部署要求，更好地從實際業(yè)務出發(fā)來實現(xiàn)相關各個層級、部門以及應用的快速搭建，能進一步控制應用構建成本，能實現(xiàn)應用建設質量的quan方位提升。同時，發(fā)揮出模型能力的作用，選擇合理化的模型計算，以保障通過數(shù)據(jù)分析、可視化技術等，進而保障水務管理工作在規(guī)劃、設計、建設和運行管理中能實現(xiàn)一定的智慧化輔助決策工作，實現(xiàn)水務智慧能力提升。

2.6智慧化

水務智能化發(fā)展則是必然趨勢，這就要求應結合信息技術優(yōu)勢，并能將其融入到水管理服務的實踐中，能滿足“智能供水設施"配套要求。在進行智能構建的過程中，能有效構建智能化平臺，并能進一步保障落實頂層業(yè)務應用程度的算法、接口等要求，保障智能化功能的實現(xiàn)。結合具體的本區(qū)域中存在的洪澇的情況來看，能充分發(fā)揮出物理網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、云計算環(huán)境、大數(shù)據(jù)分析技術等優(yōu)勢，進一步保障開展高水平的水生態(tài)管理、排污管理、供水管理等智能化決策要求，進而構建相關的專家數(shù)據(jù)庫、模型庫、案例庫，能更好地推動水務管理的智能化發(fā)展。

3 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

3.1平臺概述

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(chǎn)品生態(tài)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，保護污水廠運行安全可靠，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。

3.2平臺組成

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)、電氣安全、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。

3.3平臺拓撲圖

4.平臺子系統(tǒng)

4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

4.2電能質量監(jiān)測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

4.3電動機管理

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測和報警。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

4.4能耗管理

為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

4.5智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內、廠區(qū)照明的智能控制達到安全、節(jié)能的目的。

4.6電氣安全

4.6.1電氣火災監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

4.6.2消防應急照明和疏散指示

根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

4.6.3消防設備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

4.6.4 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

4.7 環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

4.8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

4.9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常。

相關平臺部署硬件選型清單

4.9.1.1.電力監(jiān)控、電能質量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

2.電氣火災監(jiān)控系統(tǒng)

5.結束語

綜上所述，在信息化時代背景下，大數(shù)據(jù)、云計算以及物聯(lián)網(wǎng)技術正在越來越多地應用在諸多領域中，在未來推動高質量的智慧水務信息平臺的建設過程中，應發(fā)揮出共享數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，能保障更好地通過精細化、動態(tài)化的方式來實現(xiàn)供水的全流程管理的要求，進而能發(fā)揮出數(shù)據(jù)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘的優(yōu)勢，進而能突顯出水務系統(tǒng)中的潛在價值，更好地推動相關水務業(yè)務發(fā)展的數(shù)字化、協(xié)同化和智慧化發(fā)展。

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作者簡介

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司，從事電氣相關及智慧水務系統(tǒng)研發(fā)工作。