周穎

江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司 江蘇江陰 214432

摘要:智慧水務(wù)具有實時監(jiān)測、動態(tài)調(diào)控、及時預(yù)警、動態(tài)模擬、預(yù)報預(yù)測、仿真模擬等特點，不僅是順應(yīng)信息化和城鎮(zhèn)化發(fā)展趨勢的需要，而且可以為全國一體化在線政務(wù)服務(wù)平臺建設(shè)管理、服務(wù)模式、流程優(yōu)化積累經(jīng)驗。文章以深圳寶安區(qū)為例，通過對該區(qū)當(dāng)前水務(wù)狀況的總結(jié)分析，指出了水務(wù)管理業(yè)務(wù)現(xiàn)狀存在的主要問題，提出以“一張網(wǎng)、兩支撐、三門戶、四應(yīng)用、四體系"為總體框架的智慧水務(wù)系統(tǒng)，同時提出了“數(shù)據(jù)預(yù)處理、異常值檢測、空缺值填補(bǔ)"三階段水務(wù)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可為推動類似地區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞:深圳寶安區(qū)；智慧水務(wù)系統(tǒng)；框架構(gòu)建；水務(wù)數(shù)據(jù)；處理技術(shù)

１ 寶安區(qū)水務(wù)現(xiàn)狀

     河流基本情況:寶安區(qū)共有66條河涌，66條河涌分屬茅洲河及珠江口沿海河涌兩大水系，總長254km，流域總面積532km²。全區(qū)水環(huán)境狀況有以下幾個特點:一是水質(zhì)污染嚴(yán)重，主要污染物為氨氮、總磷和陰離子表面活性劑；二是感潮河流多66條河流有50條為感潮型河流，感潮河段占總河長約50%，影響面積達(dá)176km²，約占全區(qū)總面積的45%；三是防洪達(dá)標(biāo)率低，全區(qū)河道有168km未達(dá)防洪標(biāo)準(zhǔn)，占總長的66%。

水庫基本情況:寶安區(qū)共有12座水庫，其中市管水庫2座，區(qū)管水庫10座，中型水庫3座小(1)型水庫7座，小(2)型水庫2座。鐵崗水庫石巖水庫、羅田水庫作為主要在用集中式生活飲用水水源，寶安區(qū)主要飲用水源水質(zhì)良好，全區(qū)飲用水源水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為100%。鐵崗水庫、石巖水庫羅田水庫水質(zhì)類別為亞類，水質(zhì)為優(yōu)，水庫水質(zhì)保持穩(wěn)定。

     泵站基本情況:全區(qū)共有132座泵站，包括現(xiàn)狀排澇泵站、規(guī)劃排澇泵和污水泵站，現(xiàn)狀排澇泵站104座，抽排規(guī)模697.05m/s；規(guī)劃排澇泵站17座，抽排規(guī)模565.28m/s；規(guī)劃泵站建成后總抽排規(guī)模1262.33m/s。污水泵站11座，總抽排規(guī)模185.7萬。

     排水管網(wǎng)情況:全區(qū)目前已市場化委托運營的排水管網(wǎng)共6732km，其中市政排水管網(wǎng)2882km。社區(qū)排水管網(wǎng)3475km，其他道路排水管網(wǎng)375km。水閘基本情況:寶安區(qū)一共有63個水閘，大部分服役年限為10~30年。

     水質(zhì)凈化廠情況:寶安區(qū)已建水質(zhì)凈化廠6座，設(shè)計污水處理能力116.5萬m/d人工濕地情況:寶安區(qū)已建成4個石巖、黃麻布、塘頭河和牛城人工濕地及快滲工程，總規(guī)模為8.8萬m'/d。

     水廠基本情況:寶安區(qū)共有深水寶安水務(wù)有限公司有限公司及松崗自來水公司2家供水企業(yè)，共有水廠9座，水廠總設(shè)計規(guī)模達(dá)176萬m/d，實際日平均供水規(guī)模為110.3萬m/d。

易澇點情況:目前寶安共有29個易澇點區(qū)域，35個易積水點區(qū)域。

2 存在的主要問題

     當(dāng)前，寶安區(qū)水務(wù)管理業(yè)務(wù)現(xiàn)狀主要存在以下問題:①監(jiān)測點位缺失，水務(wù)設(shè)施狀態(tài)不明；②整體規(guī)劃滯后、分散建設(shè)、資源有待進(jìn)一步整合；③局內(nèi)系統(tǒng)割裂，數(shù)據(jù)共享困難；④橫向系統(tǒng)未對接，業(yè)務(wù)聯(lián)動難實現(xiàn)；⑤系統(tǒng)缺失老舊，業(yè)務(wù)覆蓋不完善；⑥數(shù)據(jù)價值未發(fā)揮，智慧決策待實現(xiàn)。

3 智慧水務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建

      為進(jìn)一步提升寶安區(qū)水務(wù)監(jiān)管智能化、智慧化水平，結(jié)合寶安區(qū)水務(wù)局實際情況，堅持“統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，繼承優(yōu)化、整建結(jié)合，共建共享、共享，聚焦應(yīng)用、服務(wù)，安全可靠、發(fā)布"的設(shè)計原則，充分利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、3S和5D等技術(shù)，構(gòu)建寶安區(qū)智慧水務(wù)系統(tǒng)，本系統(tǒng)可簡述為“一張網(wǎng)、、兩支撐三門戶、四應(yīng)用、四體系"，根據(jù)項目的建設(shè)任務(wù)和設(shè)計邊界，本項目的設(shè)計對象和范圍如下:

     一張網(wǎng):一張網(wǎng)承擔(dān)信息的采集和匯集。主要包括水庫安全監(jiān)控、地表水監(jiān)測、易澇點監(jiān)測、排水管網(wǎng)監(jiān)測、泵站遠(yuǎn)程監(jiān)控、視頻監(jiān)控等。

     兩支撐:包括智慧水務(wù)信息資源分系統(tǒng)和智慧水務(wù)應(yīng)用支撐分系統(tǒng)。智慧水務(wù)信息資源分系統(tǒng)將傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，主要包括監(jiān)測信息數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)信息數(shù)據(jù)庫。智慧水務(wù)應(yīng)用支撐分系統(tǒng)通過組裝可復(fù)用業(yè)務(wù)構(gòu)件的方式來打造智慧水務(wù)的各種智慧應(yīng)用系統(tǒng)，同時，對外提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口和服務(wù)接口，將面向不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境發(fā)布不同的服務(wù)接口。四應(yīng)用:包括水務(wù)管理分系統(tǒng)、綜合管理分系統(tǒng)、智慧管控分系統(tǒng)和決策支持分系統(tǒng)4個分系統(tǒng)，涵蓋區(qū)水務(wù)局水務(wù)監(jiān)管業(yè)務(wù)、綜合管理業(yè)務(wù)、公眾服務(wù)、決策支持，能夠為區(qū)水務(wù)局提供業(yè)務(wù)支持三門戶:包括內(nèi)網(wǎng)辦公門戶、移動應(yīng)用門戶公共服務(wù)門戶。公共服務(wù)門戶將采用局內(nèi)已建的寶安水務(wù)局門戶網(wǎng)站，并與項目系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。四體系:包括政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、信息安全和運營服務(wù)體系。

     以寶安區(qū)管控水務(wù)分為載體，基于“智慧寶安管控指揮+10個街道辦+126個社區(qū)+主要職能部門分"的“1+10+126+N"的智慧寶安建設(shè)運行平臺，綜合運用智慧寶安大數(shù)據(jù)資源，通過數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)寶安區(qū)水務(wù)局向上對寶安區(qū)管控、向下對各科室的“上下級聯(lián)動"，打通上級單位對下級單位的監(jiān)督監(jiān)控、事件分撥、協(xié)同指揮和應(yīng)急指揮，打通下級單位向上級的事件上報和數(shù)據(jù)上報，實現(xiàn)寶安區(qū)水務(wù)狀態(tài)的綜合展示、監(jiān)測預(yù)警、數(shù)據(jù)決策支持和聯(lián)動指揮。

4 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

4.1 水務(wù)數(shù)據(jù)分類及特點

     根據(jù)寶安區(qū)智慧水務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建思路，可將區(qū)水務(wù)數(shù)據(jù)劃分為監(jiān)測類、基礎(chǔ)類和管理類3類數(shù)據(jù)監(jiān)測類數(shù)據(jù)主要包括水質(zhì)、供排水、水位信息等基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)主要包括污水無處廠處理工藝、基礎(chǔ)設(shè)施以及傳感器參數(shù)等，管理類數(shù)據(jù)主要包括個河流之間的基本情況信息數(shù)據(jù)等。水務(wù)數(shù)據(jù)具有空間屬性和時間屬性，同時還具有數(shù)據(jù)規(guī)模量大，種類繁多，來源不統(tǒng)一等特點，很容易造成水務(wù)數(shù)據(jù)在采集過程中產(chǎn)生較多的“臟數(shù)據(jù)"，因而需要采取一定的技術(shù)手段對這些臟數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗。

5 預(yù)期經(jīng)濟(jì)及社會效益

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

(1)實現(xiàn)水質(zhì)實時監(jiān)測，提升執(zhí)法、管養(yǎng)效率，節(jié)約人員成本

     在傳統(tǒng)水務(wù)執(zhí)法監(jiān)察、水務(wù)設(shè)施養(yǎng)護(hù)巡檢模式下，由于無法實時獲取水質(zhì)水量數(shù)據(jù)、水務(wù)設(shè)施運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，不能及時發(fā)現(xiàn)問題，在日常監(jiān)管、管養(yǎng)維護(hù)過程中，投入大量人力物力以進(jìn)行地毯式的巡檢、管養(yǎng)維護(hù)作業(yè)，大大增加維護(hù)成本。本項目將建設(shè)易澇點、黑臭水體、排水管網(wǎng)泵站等在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時獲取黑臭水體、排水管網(wǎng)、泵站的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并提供實時監(jiān)測預(yù)警，可供執(zhí)法監(jiān)察、設(shè)備巡檢人員及時掌握環(huán)境的狀態(tài)，避免盲目執(zhí)法、巡檢，大大減少人員成本。

(2)實現(xiàn)水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)一管理，提升管理效率，節(jié)約管理成本

     寶安區(qū)智慧水務(wù)(一期)項目將改變傳統(tǒng)圖組存儲管網(wǎng)信息的方式，并將原有獨立、分散的排水設(shè)施信息整合到同一系統(tǒng)，形成統(tǒng)一的資產(chǎn)管理模式，有效減少由于資產(chǎn)狀況不清、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一等造成的數(shù)據(jù)無法共享，無法為業(yè)務(wù)管理提供數(shù)據(jù)支撐等問題，從而提升了管理效率，節(jié)約了管理成本，減少了大量不必要的人力和物力投人。

5.2 社會效益

(1)實現(xiàn)寶安區(qū)水務(wù)設(shè)施數(shù)字化管理

      通過本項目的建設(shè)，將完成排水相關(guān)的城市信息資源空間信息、動態(tài)信息和公共信息的處理、智理、分發(fā)、挖掘、共享、維護(hù)，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源池、基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)共享應(yīng)用實現(xiàn)排水設(shè)施數(shù)字化管理，為統(tǒng)籌資源布局,合理規(guī)劃城市發(fā)展英定堅實基礎(chǔ)。

(2)提升防澇監(jiān)測預(yù)警能力

      本項目開發(fā)設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)，可實時采集雨污水管道、泵站等排水設(shè)施的流量、液位等監(jiān)測數(shù)據(jù).并建設(shè)泵站自控系統(tǒng)，實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時顯示和數(shù)據(jù)分析，有效識別排水管網(wǎng)的水量變化規(guī)律和趨勢，當(dāng)出現(xiàn)污水漫造等管網(wǎng)異常情況時，可立即發(fā)出報警，輔助管理者及時采取措施，有效地減少污水溢流對于環(huán)境的損害。(3)提升社會服務(wù)質(zhì)量與效率

     通過本項目的建設(shè)，加強(qiáng)、河流污染、易澇點監(jiān)測，實時了解環(huán)境現(xiàn)狀，當(dāng)出現(xiàn)異常時及時進(jìn)行報警，有助于執(zhí)法監(jiān)察、維護(hù)人員根據(jù)情況采取相應(yīng)措 施;推進(jìn)污水管網(wǎng)優(yōu)化運行，有計劃的對污水管網(wǎng)的關(guān)鍵點進(jìn)行在線液位及流量監(jiān)控，實現(xiàn)排水管網(wǎng)異常報警和科學(xué)調(diào)度等功能。提升排水服務(wù)質(zhì)量，保障城市排水機(jī)制。

(4)推動政府?dāng)?shù)據(jù)開放進(jìn)程

       通過本項目的建設(shè)，實現(xiàn)為應(yīng)用提供身份識別信息聚合推送、權(quán)限管理等服務(wù)，各類應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)一向系統(tǒng)開放服務(wù)接口、提供資源，通過系統(tǒng)調(diào)用其他部門開放的服務(wù)，統(tǒng)一利用系統(tǒng)受理請求和提交服務(wù)。

6 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

6.1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(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護(hù)、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(qiáng)度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)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(xué)、精細(xì)的解決方案。

6.2平臺組成

      AcrelEMS智慧水務(wù)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(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)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(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

6.3平臺拓?fù)鋱D

6.4平臺子系統(tǒng)

6.4.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

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

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

6.4.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

      水務(wù)中大量的大功率電機(jī)、水泵變頻啟動導(dǎo)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(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

6.4.3電動機(jī)管理

     馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機(jī)的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，電動機(jī)保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和報警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機(jī)進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

6.4.4能耗管理

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

     將所有有關(guān)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(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

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

     能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進(jìn)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(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標(biāo)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(jìn)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(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

6.4.5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(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)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(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能的目的。

6.4.6電氣安全

     ①電氣火災(zāi)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(yù)警。

     ②消防應(yīng)急照明和疏散指示：根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)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。

      ③消防設(shè)備電源監(jiān)測：監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

     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(shè)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(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)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(dāng)終端設(shè)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。

6.4.7 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?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機(jī)或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

6.4.8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(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)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(dāng)前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進(jìn)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(jié)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(jī)容量。

6.4.9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(xì)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(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機(jī)、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)機(jī)、加藥泵、濃縮壓濾機(jī)、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機(jī)控制柜或低壓饋電柜安裝電動機(jī)保護(hù)，進(jìn)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(hù)、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護(hù)以及外部故障連鎖停機(jī)，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機(jī)自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

7 相關(guān)平臺部署硬件選型清單

8 結(jié)語

     寶安區(qū)是深圳的行政大區(qū)、產(chǎn)業(yè)大區(qū)和人口大區(qū)，充分利用新一代信息技術(shù)，采用松耦合架構(gòu)模式，構(gòu)建智能感知、數(shù)據(jù)融合和智慧應(yīng)用三大體系實現(xiàn)涉水事務(wù)感知、監(jiān)管及決策的全過程智能管控是寶安區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)的核心任務(wù)。文章根據(jù)寶安區(qū)當(dāng)前水務(wù)現(xiàn)狀，針對目前水務(wù)管理業(yè)務(wù)現(xiàn)狀存在的主要問題，初步構(gòu)建了以“一張網(wǎng)、兩支撐、三門戶、四應(yīng)用、四體系"為總體框架的智慧水務(wù)系統(tǒng)，同時提出了智慧水務(wù)數(shù)據(jù)清洗“三階段"設(shè)計方案，可為推動寶安區(qū)智慧水務(wù)建設(shè)提供參考。

【參考文獻(xiàn)】

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作者簡介：

周穎，女，江蘇安科瑞微電網(wǎng)研究院有限公司，從事電氣相關(guān)及智慧水務(wù)系統(tǒng)研發(fā)工作；