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智慧水務在污水處理中的設計與應用

隨著全球物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動寬帶網(wǎng)絡、云計算等信息技術迅速發(fā)展和深入應用，“智慧地球”和“智慧城市”的理念在世界范圍內(nèi)悄然興起，許多國家將城市中的水、電、油、氣、交通等公共服務資源信息通過互聯(lián)網(wǎng)有機連接起來，智能化做出響應，以改善政府對交通的管理、環(huán)境的控制等更好的服務于市民。

水資源是基礎性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟資源，智慧水務，是借助水智能系統(tǒng)形成的水務管理模式，在常規(guī)的水處理/管理技術基礎上，借助信息控制融合系統(tǒng)，對自來水、污水、中水等各種水處理設施的運行數(shù)據(jù)進行一元化管理，從而提高城市整體的水循環(huán)經(jīng)營效率。智慧水務一般通過智慧水網(wǎng)工程予以實施，使水資源管理部門能夠?qū)┧畯S、污水處理廠、工廠、水路管道網(wǎng)等進行有關水量和水質(zhì)的實時***佳控制。

污水處理行業(yè)作為國家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，國家“十二五”規(guī)劃也對城鎮(zhèn)污水處理提出了更高要求，在行業(yè)監(jiān)管的加強、人工成本的大幅度上升和企業(yè)自身盈利模式固化等多重因素的影響下，污水處理廠建設、運營、管理等各個環(huán)節(jié)的發(fā)展得到重視，污水處理自動化、信息互聯(lián)化及智能工業(yè)化技術的發(fā)展也迫在眉睫。

1、智慧污水概述

1.1 概念及內(nèi)涵

智慧水務包括水務信息采集、傳輸、存儲、處理和服務，全新提升水務管理的效率和效能，實現(xiàn)更***的感知，更主動的服務，更整合的資源，更科學的決策，更自動的控制和更及時的應對。我國污水處理廠日益增多，且分布廣，傳統(tǒng)的監(jiān)管方式已無法滿足現(xiàn)在的發(fā)展，效益提高的同時運營成本也節(jié)節(jié)攀升，如何***的監(jiān)管好各廠站，這就給水務集團管理水平提出了更高的要求。

智慧污水的建設使得生產(chǎn)運行管理者通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化技術實現(xiàn)水務集團對下屬的各污水處理廠、泵站的關鍵生產(chǎn)指標(進出水水量、進出水污染物濃度、集水井水位等)、生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)(設備開關、電流、電壓等)的自動采集、遠程實時監(jiān)視、智能預警，加強各級管理人員對各廠運行情況的實時監(jiān)管力度。

依托機制創(chuàng)新，整合共享生產(chǎn)現(xiàn)場的各類運行數(shù)據(jù)并進行分析和數(shù)據(jù)挖掘，組成基于數(shù)據(jù)中心的應用系統(tǒng)，為各污水廠運營管理提供實時運行監(jiān)測、全廠過程控制、工藝運行模擬、運行異常預警、優(yōu)化運行決策等功能，為公司提供整體綜合運營決策的工藝分析、設備分析、成本分析、風險分析等功能，支撐污水綜合管理、涉水事務跨行業(yè)協(xié)調(diào)管理和提供社會公眾個性化服務，從而達到智慧污水的狀態(tài)。

1.2 建設目標

利用先進的信息技術，使污水運營系統(tǒng)更加***化、生產(chǎn)更加智能化、管理更加精細化、決策更加科學化、服務更加個性化、從而實現(xiàn)智慧化。

1.3 設計內(nèi)容

大數(shù)據(jù)全數(shù)字化、云平臺化常態(tài)管理和經(jīng)營模式創(chuàng)新是智慧污水設計建設的主要內(nèi)容。智慧污水平臺的建設內(nèi)容是對污水系統(tǒng)機房、網(wǎng)絡資源、信息資源等軟硬件環(huán)境建設，整合、補充、完善水務系統(tǒng)統(tǒng)一的水務數(shù)據(jù)資源環(huán)境和共享交換體系，建設支持各類應用系統(tǒng)和水利、供水、排水部門信息共享和業(yè)務協(xié)同的公共核心支撐平臺。建設內(nèi)容主要包括。

(1)大數(shù)據(jù)全數(shù)字化

針對我國現(xiàn)有排水系統(tǒng)信息化發(fā)展不均衡、系統(tǒng)功能不完善，應用系統(tǒng)缺少統(tǒng)籌規(guī)劃利用程度底、共享程度低等不足，大數(shù)據(jù)全數(shù)字化自控系統(tǒng)已經(jīng)不僅僅限于自動化，重要的還在于基于污水處理廠運營管理體制的信息化與智能化技術應用。

大數(shù)據(jù)應用實踐創(chuàng)新主要體現(xiàn)在工業(yè)自動化設備的大數(shù)據(jù)收集，監(jiān)控操作以及大數(shù)據(jù)管理運行維護的趨勢分析。主要分三個方面：

①數(shù)據(jù)收集。將單一水廠或數(shù)個水廠自動化系統(tǒng)中的儀表讀數(shù)與運行數(shù)據(jù)(包含水量、水位、水質(zhì)、電耗、藥耗、設備狀態(tài)與環(huán)境條件等信息)做遠程傳輸監(jiān)控，減少人工收集可能的失誤，提高資訊準確性。

②監(jiān)控操作。由中控室與外部連接對運行設備進行操控;運用監(jiān)控錄像或報警判斷所需操作模式;利用云計算平臺搭配移動式設備，實現(xiàn)現(xiàn)場報警，人機合一的現(xiàn)場加遠端的監(jiān)控模式。

③數(shù)據(jù)分析。設定運行數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)趨勢，以圖形界面提高直觀比較;水質(zhì)數(shù)據(jù)與運行模式和原廢水變化的交叉分析;報警處理的過程追蹤與統(tǒng)計分析未來故障前兆之預警。

(2)云平臺化常態(tài)管理

大數(shù)據(jù)的應用需求將以服務方式通過平臺的管理得到滿足。利用云計算的彈性資源等特性，污水處理廠可以通過多層次信息化平臺將設備維護、企業(yè)資產(chǎn)管理、財務ERP、OA平臺、監(jiān)控平臺、GIS、采購、知識庫等不同模塊訊息平臺有機銜接到一個完整的污水管控云平臺，實現(xiàn)實時線上和線下O2O的工作流程對接，明確職責分配與考核標準，提高整體效率。

利用云計算平臺，把所有污水管理的共性功能和服務聚集成平臺，利用平臺便利性提升資訊處理效率，從被動維護轉(zhuǎn)換成主動性維護，提升設備和污水運行設備的可靠性。

(3)經(jīng)營模式創(chuàng)新

形成“水物聯(lián)網(wǎng)”，從人人互聯(lián)、物物互聯(lián)、產(chǎn)品與服務互聯(lián)，到公眾與政府互聯(lián)，通過風險評估與客觀事實記錄輔佐決策，事先統(tǒng)一污水處理全產(chǎn)業(yè)鏈的風險矩陣參數(shù)定義、評估方法以及結(jié)構(gòu)的對應處理原則，轉(zhuǎn)變經(jīng)營模式，避免主觀、感觀式判斷，降低無效損耗、閑置設備維護成本，在有限資源基礎下發(fā)揮***大效益。

2、智慧水務在污水系統(tǒng)中的應用研究進展

2008年，IBM公司提出了“智慧地球”的埋念，隨后在智慧水資源管理方面也做出了深入的探索，并不斷尋求解決方案，通過協(xié)調(diào)、預測、利用三步驟，即利用水資源運營數(shù)據(jù)對水資源管理進行深入分析來提髙日常運行管理能力，對潛在的水資源問題及長期水資源需求進行預測，協(xié)調(diào)水資源健康運營、以實現(xiàn)水資源的合理及可持續(xù)利用。

IBM公司在哥倫比亞、美國加利福尼亞州等地開發(fā)了智慧水資源管理系統(tǒng)，及信息發(fā)布、多部門數(shù)據(jù)共享、可視化設備和管網(wǎng)等功能于一體，從而實現(xiàn)跨部門協(xié)同共享、優(yōu)化調(diào)度、實時采集、梳理管網(wǎng)順序等。

我國江蘇、深圳等地率先開展了"智慧水務”的建設工作。

無錫高新水務有限公司污水收集系統(tǒng)優(yōu)化運行項目采用先進的傳感測量，組合網(wǎng)絡控制，并將3G無線網(wǎng)絡靈活應用于圖像、數(shù)據(jù)傳送，是集成了SCADA技術、數(shù)據(jù)庫技術、無線通信、數(shù)字視頻等多種技術的一個信息發(fā)布和控制平臺。該平臺以實時檢測數(shù)據(jù)、設備運行信息和各遠程監(jiān)測分站的設施屬性數(shù)據(jù)為基礎，提供統(tǒng)計報表，為上層的綜合調(diào)度系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源，為水務系統(tǒng)建立GIS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)化管理提供支持。

深圳水務在信息采集方面，已建成雨量站63個，水文站32個;建成供水水質(zhì)在線監(jiān)測站點99個，可監(jiān)控全市主要供水主干管的PH值、壓力、濁度及總氯，建成10座污水廠水質(zhì)在線監(jiān)測站點23個，整合政府投資和社會BOT模式新建的8座污水處理廠1個再生水廠的17個水質(zhì)在線監(jiān)測站數(shù)據(jù)，將全市污水處理廠的水質(zhì)數(shù)據(jù)(COD、氨氮、HP、總磷等)納入統(tǒng)一監(jiān)管，建成視頻監(jiān)視點118個。

并通過共享市交通部門的視頻資源，可對全市中型水庫、重點海堤、特區(qū)內(nèi)主要河道和城區(qū)易澇易浸點進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)水務數(shù)據(jù)資源“一數(shù)據(jù)一源”，建成數(shù)據(jù)共享及交換平臺，對內(nèi)完成與局屬單位間的水雨情數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)和視頻資源的共享與交換《對外實現(xiàn)了市氣象局的雨情數(shù)據(jù)交換，與省水利廳、市應急指揮中心的視頻資源的共享，并利用深圳市統(tǒng)一建設的信息資源交換平臺，實現(xiàn)了與市監(jiān)察局、市行政服務大廳、市府辦公廳間的行政審批、信息公開數(shù)據(jù)的共享與交換。

結(jié) 語

雖然目前國內(nèi)外智慧水務建設都發(fā)展很快，但由于水務基礎信息要素欠缺、各地數(shù)據(jù)中心建設還處于雛形階段，尚未形成統(tǒng)一的規(guī)劃模式及資源共享平臺，受各部門業(yè)務應用系統(tǒng)發(fā)展不平衡等條件的制約，均對我國智慧水務的進一步發(fā)展帶來一定阻礙。

數(shù)字化水務對于排水系統(tǒng)而言，建立了網(wǎng)絡化的下屬單位生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)上報機制，實現(xiàn)了對下屬單位的遠程運行監(jiān)管。各下屬單位上報的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)被數(shù)字化系統(tǒng)智能化的匯總和統(tǒng)計，快速形成企業(yè)整體的生產(chǎn)運行各類報表，為企業(yè)整體運營管理、決策提供參考數(shù)據(jù)。隨著數(shù)字化系統(tǒng)建設，將極大的提高下屬單位上報數(shù)據(jù)的及時性和準確性，減輕總部運管人員的匯總計算、統(tǒng)計分析的工作量，提高企業(yè)運行監(jiān)管運作效率，提升企業(yè)整體信息化管理水平。

綜上所述，從管理角度而言，智慧化的排水系統(tǒng)就是從根本上解決排水系統(tǒng)信息孤島問題，建立企業(yè)信息平臺，實現(xiàn)節(jié)能降耗，降低成本，輔助污水處理企業(yè)實現(xiàn)生產(chǎn)運行管理、工藝優(yōu)化調(diào)度、綜合運營管理的信息化、智能化和規(guī)范化管理理念。