要治水先“用脑”海绵化应用加速智慧升级
- 2018/1/27 11:41:11
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- 来源：给水排水 李婷睿
- 关键词:智慧水务海绵城市
【中国环保在线 污水处理】在水环境综合治理的要求下，智慧水务兴起，通过全面的感知、广泛的互联、智能的决策、主动的公众服务备受关注。园区水务智能化管理在集中和集约的基础上，发展得尤为明显。不过，真正的一体化智慧水务仍需加把劲。
要治水先“用脑” 海绵化应用加速智慧升级
本文以西安某园区为例，探讨了基于海绵城市理念的智慧水务解决方案，并且评估了智慧水务的效果。智慧水务由感知层、传输层、数据层、业务层和智能分析层构成，其中计算机模型包含水动力模型、内涝模型和活性污泥模型。智慧水务系统可为该园区水景实现水质和水量的正常供应，以及景区内内涝预警和调剂功能，提高了决策支持系统和智慧水务沙盘。
1 项目背景
园区位于西安周边，总面积14.09km2，基本呈矩形。
根据规划，园区污水处理厂出水须达到一级A标准，即100%须进行深度处理，此标准几乎等同于再生水水质指标。故再生水处理率为100%，其可利用规模为2万m3/d。再生水的回用有3个去处：农田灌溉、城市绿化用水和河道景观补水，规划园区景观水体补水水源为再生水，不低于Ⅳ类水标准，由于再生水执行的是一级A标准，其中的各项污染物指标仍然高于地表水劣Ⅴ类水，需要对补水量和补水点进行评估。
另外一方面，由于气候变化导端气候增加，要使得发生城市内涝防治标准(50年一遇24h)以内的暴雨时，城市不发生内涝灾害，规划整个园区设置1座雨水排涝泵站，规模9.0m3/s。由于景观水系中规划了游船等设施，要求防涝标准内，水系水面变化幅度尽可能小。
拟通过智慧水务系统实现以下目标：
(1)对园区的海绵城市的规划进行评估，实现园区水务管理智慧化。
(2)利用数学模型的方法研究再生水污染物质在景观水系中的浓度分布，为补水量和补水点管理提供支撑依据。
(3)通过降雨径流模型，管流模型，河道模型和二维地面漫流模型，模拟在不同降雨工况条件下，内涝可能产生的风险，对雨水防涝泵站进行管理，确保景观水系水位稳定，以利旅游开发。
(4)对于建设好的设施和设备进行合适的调度运营，搭建基于海绵城市设施的传感器，通讯网络，水文模型的智慧水务系统，本研究对此智慧水务系统的效果做了初步展望。
2 园区智慧水务方案
结合园区海绵城市监督与考核需求，园区智慧水务规划建设相关信息化系统，信息化系统将按照总体规划、分步实施、统一标准、信息公开、资源共享的原则逐步发展成为一个综合的智慧水务管理平台。系统将以更加精细和动态的控制方式管理供排水系统的整个生产、管理和服务流程，以流程标准化、管理精细化和决策智能化为建设目标，实现对供排水设施的全面、动态化管理，实时监控排水管网的关键点、自动预警等。充分利用互联网、物联网技术和云技术，进行服务效能整合与升级、加强资源整合与共享，实现节能减排，提高资产运维管理效率，进而提高水务行业的信息化管理水平。智慧水务监控中心及相应沙盘规划设置在规划展览馆内。
2.1智慧水务特点
作为有效提升园区水务管理和服务水平的创新技术，园区智慧水务方案具有以下区别与传统的水务管理模式的特点：
(1)支持更全面的感知。通过运用各种感知技术，全面感知园区的各个方面水务和海绵的相关信息，通过遍布于园区所有涉水区域，尤其是海绵设施、污水处理厂、泵站、管网、下立交、河道等关键区域的传感器与智能设备将组成物联网，实时对水资源流动全过程进行测量、监控与分析，做到变被动为主动、全面感知。
(2)支持更广泛的互联互通。运用网络、通信、交互、集成、移动等技术，信息孤岛和业务隔阂将被打通，实现涉水信息之间的无缝连接，从供水到排水，从排水到污水处理，从污水处理到中水，从中水到河水，从河水到雨水，从雨水到水资源，整个的水体循环都能够在智慧水务里面进行互联互通，有利于园区水务运营管理者掌握水务运营管理全貌，也有利于当地居民便捷接收信息，终达到水务管理与服务的有机、协同化运作。
(3)支持更深入的智能决策。智能决策不是某个环节的智能化，而是深入结合大数据技术，运用数据挖掘、知识发现、专家系统等人工智能技术，为水务运行管理工作提供强大的决策支持，强化水务运行管理的科学性和前瞻性。同时，智能决策还意味着系统对某些事态进行预处理并自主做出决策。
(4)支持更主动的公众服务。利用物联网、无线网、移动互联网等先进技术，使相关服务信息能够迅速传递到每个需要知悉的人员以达到系统支撑的更主动的公众服务。通过智能服务系统的建设，使整个服务过程可视化、可管理、可追溯，实现社会服务的主动化，从而实现对公众服务能力提升的有力保障。
2.2园区智慧水务系统构成
智慧水务信息系统采用多层结构与具体应用支撑相结合的设计方式，分别是感知层、传输层、数据层、业务层和智能分析层。
2.2.1感知层
感知层作为信息采集、交换服务的基础，通过覆盖园区的监测设备、移动终端、传感器成为为智慧大脑提供外部信息的感官触角，在智慧水务建设中具有基础性地位。本项目感知层—涉水监测体系中，测量仪器有多个模块。
2.2.2传输层—通信网络
传输层通过互联网、通信网等基础传输网络实现信息资源的共享和交换，针对互联网、移动无线专网等不同范围网络平台提供相应的隔离措施与安全保障。智慧水务通信网络主要是利用通信公司建立的移动无线专网，结合园区的行业局域网进行数据信息的传输和共享。
2.2.3数据层—涉水综合数据管理
数据层完成对感知层来源数据、管网基础数据、综合业务数据及其他平台涉及数据的汇集、共建共享与更新维护，为上层业务集成与应用提供完整的数据分析依据。在智能应用层中对涉水业务的管理、运营工作中各类事务特征和变化规律进行抽象描述和规律研究，用系统功能满足业务管理对智慧的需求，同时承载智慧水务系统的各类资源、目录与存储发布信息，为各相关用户提供城市管理公共资源。
涉水综合数据管理将基础空间数据、管网数据与业务数据进行统一汇总，既可以对现有各业务支撑系统专题数据进行整合，又可无缝获取智能应用产生的各类决策支持信息，从而实现整个水务数据的流转、汇集、共建共享与动态更新。同时，还可通过智慧水务运营管理平台对城市综合管理及其他市政领域(如燃气、照明等)进行在线数据发布服务、市政基础设施数据的交换与共享，以此满足智慧城市远期发展的需要。
涉水综合数据管理将充分考虑园区水务运营服务模式和服务内容的实际需求，在不改变原有数据库和信息系统的情况下，有效解决多源、异构和海量数据的交换和共享。通过WebService技术和基于JSON、XML格式的数据服务规范接口，遵循OGC的WMS网络地图服务与WFS网络要素服务标准，解决了异构数据库之间的互通互访，能够提供排水数据服务、功能服务、业务位置服务、服务管理以及多场景可扩展的SOAP和REST的访问接口系统框架，为智慧水务应用的构建提供了理想的数据和功能环境。
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