淺談基于大數據的智慧水務信息共享數據中心的研究與應用

安科瑞 鮑靜君

　　摘要：大數據技術與水務產業深度融合是我國智慧水務發展的必然趨勢。 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驗，多角度分析了智能水務信息共享數據中心的應用中注意要點， 并結合具體的水務業務實際需求分析了基于大數據的智慧水務信息共享數據中心的總體設計方案， 希望對今后全 面推動水務管理的數字化、信息化、智能化發展有所幫助。

　　關鍵詞：大數據技術；智慧水務；水務管理；共享數據中心

　　0引言

　　智慧水務建設是指利用信息技術和智能化手段，對水資源的監測、管理、調度和利用進行優化和智能化的方式。一是，其能提高水資源管理效率：智慧水務建設可以實現對水資源的實時監測和數據采集，通過數據分析和預測模型，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，避免浪費和短缺現象的發生。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、供水管網等進行遠程監控和運行管理，實現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；通過智能監測系統及時發現水質異常并采取相應措施，保障用戶用水的和健康。四是，推動可持續發展：智慧水務建設可以促進水資源的可持續利用和環境保護。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和污染，保護水生態系統的健康和可持續性。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，推動可持續發展。它是應對水資源管理和水環境挑戰的重要途徑，對于實現可持續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據的應用

　　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以下方面的功能。一是，數據集中存儲與管理：智能水務信息共享數據可以作為一個化的數據存儲和管理平臺，集中存儲各種與供排水相關的數據，包括水資源監測數據、水質監測數據、供水管網運行數據、排水系統數據等。通過建立統一的數據標準和格式，實現數據的集成和整合，為各相關單位和部門提供便捷的數據訪問和共享。二是，數據共享與交流：智能水務信息共享數據可以提供數據共享和交流的平臺，促進不同單位和部門之間的數據交流與共享。相關單位可以將自己的數據上傳到數據，同時可以根據需要獲取其他單位的數據，以實現供排水系統的數據共享和協同管理。三是，數據分析與決策支持：智能水務信息共享數據可以利用數據分析和挖掘技術，對存儲在其中的數據進行深入分析和處理。通過數據的可視化展示、統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據支持和決策參考，幫助他們制定合理的供排水管理策略和決策。四是，故障監測與預警：智能水務信息共享數據可以實時監測供排水系統的運行狀態和設備工況，并通過數據分析和模型預測技術，進行故障監測和預警。一旦發現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的正常運行。五是，政府監管與公眾參與：智能水務信息共享數據可以作為政府監管的重要工具，提供給政府部門的供排水數據和信息，以支持政府的監管和決策工作。同時，也可以向公眾開放一部分數據，增加公眾對供排水系統運行情況的了解，促進公眾參與和監督，實現水務治理的透明和公正。

　　智能水務信息共享數據在供排水綜合信息共享平臺中的應用可以實現數據集中存儲與管理、數據共享與交流、數據分析與決策支持、故障監測與預警、政府監管與公眾參與等功能，有助于提升供排水系統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據的水務事件推理能力是指利用先進的數據分析和人工智能技術，對水務數據進行綜合分析和推理，從而揭示水務事件之間的潛在聯系、趨勢和規律。具體而言，通過對供排水系統各類數據的監測和分析，智能水務信息共享數據可以識別和檢測水務事件中的異常情況，如供水管網壓力異常、水質超標、設備故障等?；谶@些異常數據，可以進行預警和警示，及早采取相應的措施，防止事態進一步惡化。當供排水系統發生故障或異常情況時，智能水務信息共享數據可以利用數據分析和機器學習技術，對故障進行診斷和根因分析。通過分析相關數據和事件之間的關聯性，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史數據和趨勢分析模型，智能水務信息共享數據可以進行水務事件的預測和趨勢分析。通過分析數據中的規律和趨勢，可以預測未來可能發生的水務事件，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)水務事件協同能力。能水務信息共享數據中心的水務事件協同能力是指利用數據共享和協同處理技術，實現不同單位和部門之間對水務事件的協同處理和合作。智能水務信息共享數據可以提供信息協同和共享的機制，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據共享的信息，了解其他單位的水務事件情況、數據分析結果等，從而實現信息的共享和協同決策。智能水務信息共享數據可以作為一個協同管理平臺，整合各個單位的水務事件管理系統和工作流程。通過共享事件數據和狀態信息，不同單位可以協同進行事件的監測、分析、處理和反饋，實現對水務事件的協同管理和優化響應。智能水務信息共享數據可以作為統一指揮調度的，通過數據分析和決策支持技術，對水務事件進行綜合調度和協調。根據實時的數據和情報，可以指揮相關單位協同行動，優化資源配置，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據的水務實景仿真能力是指利用仿真技術和模型，通過對水務數據的模擬和虛擬化，實現對水務系統運行情況的真實還原和可視化展示。利用虛擬現實(VR)或增強現實(AR)技術，智能水務信息共享數據可以將水務系統的運行場景進行可視化展示。通過虛擬現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、水質變化等，更直觀地了解水務系統的運行情況。于水務系統的數據模型和仿真平臺，智能水務信息共享數據可以進行情景預測和優化分析。通過設定不同的情景條件和參數，可以模擬水務系統在不同條件下的運行情況，并評估系統的性能和響應能力。這有助于優化供排水系統的設計和運營策略，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據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據可以利用數據分析和報告生成技術，對水務數據進行分析和處理，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據可以作為一個協同管理平臺，協助水務行政部門管理和協調水務事件。智能水務信息共享數據可以為水務行政部門提供數據支持和分析，用于政策制定和規劃的參考。通過對水務數據的分析和評估，可以揭示問題和挑戰，為行政部門提供科學依據，制定合理的政策和規劃方案，推動水務管理和發展。

　　2基于大數據的智慧水務信息共享數據的總體設計

　　2.1水務感知網

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

　　2.2城鎮水務基礎信息

　　在構建智慧水務信息共享數據的過程中，為基礎性內容則是城鎮水務基礎信息，這樣涉及到相關的具體城鎮水務工作的方方面的內容以及相關的內容以信息，將數據化技術優勢融入其中，能有效落實相應的水務工作的高質量發展，能明確相關的建供水項目信息、水源信息、監測信息、水源地地理環境以及供水量遠程監測與調控等方面的內容，能有助于開展后續的相關的水務工作，結合城鎮水務二次供水信息、二次供水水廠與所屬企業、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，能進行洪水監測系統的，進一步保障系統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、水優化的要求，進而能結合需求來滿足動態管理的要求。并能結合實際的水的開發及操作的要求，能實現相應的預警、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、規范洪水管理以及北部河流預警系統，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，滿足系統平臺效能的提升，以保障視頻會議系統更好地應對水旱災害防御應用場景，實現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場巡檢，并能結合工單來實現日常運維任務的周期性的派發工單，并能滿足結合信息技術優勢來優化配置運維人員，便于開展全流程的跟蹤及監管工作。具體的管理環節，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，結合平臺秒級數據采集的情況，能進行異常性問題的自動診斷，便于明確供水異常問題，能實現供水事故發現及時率大大提升，有效縮短事故解除時間，實現用戶滿意度的提升。在實踐中，針對故障設備的問題，能立馬發出報警，結合工單系統自動派發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、數據能力以及模型能力等三部分。充分利用信息技術優勢，能實現全域數據的共享要求，加強數據智能化水平，更好地推動智慧水務業務的發展。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務，并能體現在出可集成、通用化等特點，滿足微服務化的部署要求，更好地從實際業務出發來實現相關各個層級、部門以及應用的快速搭建，能進一步控制應用構建成本，能實現應用建設質量的提升。同時，發揮出模型能力的作用，選擇合理化的模型計算，以保障通過數據分析、可視化技術等，進而保障水務管理工作在規劃、設計、建設和運行管理中能實現一定的智慧化輔助決策工作，實現水務智慧能力提升。

　　2.6智慧化

　　水務智能化發展則是必然趨勢，這就要求應結合信息技術優勢，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務應用程度的算法、接口等要求，保障智能化功能的實現。結合具體的本區域中存在的洪澇的情況來看，能充分發揮出物理網絡、互聯網、云計算環境、大數據分析技術等優勢，進一步保障開展高水平的水生態管理、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據庫、模型庫、案例庫，能更好地推動水務管理的智能化發展。

　　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品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監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由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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運行狀況，并且根據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

　　4.1變電站綜合自動化系統及電力監控

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

　　監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

4.2電能質量監測與治理

　　水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、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

　　馬達監控實現水務中電機的保護、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、監測和報警。準確地反映出故障狀態、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

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域。

　　將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，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。

　　能耗數據統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、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

4.5智能照明控制

　　系統為污水廠、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，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能的目的。

4.6電氣安全

　　4.6.1電氣火災監測

　　監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、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。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

　　4.6.3消防設備電源監測

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

4.6.4 防火門監控系統

　　防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，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 環境監測

　　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，排除隱患，保持良好的水處理環境。

4.8分布式光伏監測

　　實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

　　平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

4.9工藝仿真監控

　　平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、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。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，實現電動機自動或遠程控制，監視、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.電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統

　　5.結束語

　　綜上所述，在信息化時代背景下，大數據、云計算以及物聯網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，應發揮出共享數據的優勢，能保障更好地通過精細化、動態化的方式來實現供水的全流程管理的要求，進而能發揮出數據系統中數據挖掘的優勢，進而能突顯出水務系統中的潛在價值，更好地推動相關水務業務發展的數字化、協同化和智慧化發展。

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