国内外智慧水务信息化建设与发展

来源:水工业市场杂志

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关键词:智慧水务 水务行业 城市水系统管理

    随着数据分析应用在水务行业的渗透与发展,水务信息技术对行业的影响日趋显著,利用自控、感知、智能等技术手段提升城市水系统管理水平备受关注与重视。本文对国内外水务企业信息化现状进行了阐述,并解析了国外信息化水系统相关技术及案例,希望给您带来思考与帮助。

    一、国内智慧水系统现状调研与分析

    1.政策

    (1)住建部、发改委2012年5月印发的《全国城镇供水设施改造与建设“十二五”规划及2020年远景目标》提出:依靠科技,提升水平。加大科技对城镇供水发展的支撑力度,增强科技创新能力,推进生产运行自动化、业务管理信息化,提升城镇供水行业的现代化水平。

    (2)住建部办公厅《关于开展国家智慧城市试点工作的通知》(建办科[2012]42号)提出:建设智慧城市是贯彻党中央、国务院关于创新驱动发展、推动新型城镇化、全面建成小康社会的重要举措。各地要高度重视,抓住机遇,通过积极开展智慧城市建设,提升城市管理能力和服务水平,促进产业转型发展。

    (3)行业标准《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》(CJJ207-2013)提出要求:有条件的供水单位应开展管网优化调度工作,在保证城镇供水服务质量的前提下,应降低供水能耗。明确优化调度工作应包括:建立水量预测系统;建立调度指令系统;建立管网数学模型;建立调度预案库;建立调度辅助决策系统。

    (4)国务院印发《国家新型城镇化规划(2014-2020年)》智慧城市建设方向第3条:发展智能水务,构建覆盖供水全过程、保障供水质量安全的智能供排水和污水处理系统。发展智能管网,实现城市地下空间、地下管网的信息化管理和运行监控智能化。发展智能建筑,实现建筑设施、设备、节能、安全的智慧化管控。

    (5)国家发改委、住建部等八部委印发《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》(发改高技[2014]1770号):智慧城市是运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术,促进城市规划、建设、管理和服务智慧化的新理念和新模式。建设智慧城市,对加快工业化、信息化、城镇化、农业现代化融合,提升城市可持续发展能力具有重要意义。

    2.行业阶段历程

    国内大部分水务公司信息化技术的发展经历了从早期无纸化办公、局域网、OA办公系统建设到后期信息化技术在运营管理业务应用的跨越。水系统信息化主要归纳成4个阶段历程。

    第一阶段:水系统信息化的基础建设,包括:基础物联网构建,数字化信息系统建设,如SCADA监测系统、营收系统等。

    第二阶段:完善信息化数据建设,建立GIS地理信息系统、以GIS为基础完善管网资产管理系统、完善SCADA在线监测系统等。

    第三阶段:实现信息化业务应用系统模块、基于精准的管网资产数据实现分区计量管理、基于GIS地理信息系统建立移动化巡查系统、建立离线水力模型及水质模型等应用。

    第四阶段:数据融合实现一体化信息调度平台,利用物联网、实时水力模型、大数据分析等技术,整合各类数据源的数据,建立数据中心,通过各类应用算法的支持实现智慧决策的实时综合调度平台。

    3.行业难点

    中国近几年发展起来的物联网、互联网等产业背后是海量数据的支持与发展。然而,这些互联网产业在工业界包括水务、环保行业的应用并未进行深度渗透交互,物联网、互联网技术对工业企业管理、生产模式的影响速度没有这些互联网技术本身发展的那么快速,甚至还存在着一定的距离。比如:数据应用前的基础构建不完善导致的数据质量不高、各模块之间数据没有形成互联互通,同时,工业企业对物联网、互联网及大数据应用带来的企业管理模式这种理念的转变还存在不一致的看法等。当前行业内发展智慧水务,其主要难点体现在以下几点:

    (1)数据不完善问题。数据不精准、不及时,会限制系统的应用,包括对数据分析以及通过数据分析提供的决策。国内己开展信息化建设的水务企业的技术水平大部分处于上述的第二阶段或者第三阶段,具备了地理信息系统以及水力模型等信息化工具,但仍然有许多水务企业信息化的基础建设还处于第一阶段,甚至还在为地理信息系统(GIS)数据的精准性做努力。处于第一阶段的水务公司如果要实现智慧水务,至少需要完善地理信息系统,完善管网资产数据,建立SCADA监测系统,只有基于SCADA监测系统、地理信息系统、管网资产数据才能建立精准的水力模型,才能跨越到第二、三阶段的平台。没有这样完善、准确的基础数据想要实现智慧水系统是不现实的。

    (2)数据孤岛问题。从当前国内水务行业的普遍问题看,虽然一些水务公司建立了各类模块,但是数据是孤立的,没有实现共享。实现智慧水系统主要的瓶颈在于信息“孤岛”的整合,信息互联互通欠佳,限制、阻碍了更高层次的智慧应用。国内大部分水务公司具备了几个模块数据源,例如:SCADA系统、地理信息系统GIS、管维系统、水力模型等,但是却无法实现实时调度、事故预警等效果,其原因是因为数据并未实现有效的整合,即使有“数据中心”也只是将各类源的数据从一个模块“机械”地拷贝或导入到另一个模块数据库中,当历史数据过于庞大时,就会导致系统运行缓慢、数据丢失等各类问题。因此,要想最终实现“智慧”的效果,首先要利用高效的数据管理软件实现数据的统一、分类、分层管理;其次,要重视算法研究的应用,即针对各类供排水生产运营产生的实际问题(如爆管预警、漏损控制、水量预测、污水的溢流和渗漏等)通过数据分析研究精准有效的算法,为水系统平台提供有效的决策依据。

    (3)智慧水务认知问题。智慧水务推行的最终目的之一是实现企业管理架构与管理模式的调整。智慧水系统平台之所以可以实现“智慧”的效果,并不仅仅因为它投入了传感器等监测硬件,或者建立了庞大的软件整合平台,它的智慧是在建立统一的数据中心前提下,通过对海量数据信息进行及时分析与处理,从而获得解决业务问题的应用算法,将这些算法集成到软件平台上应用,使数据分析结果发挥“大脑”的作用,起到预警、预测等效果,实现更加精细和动态的管理方式以支持水系统的整个生产、管理和服务流程。

    二、国外智慧水系统技术调研

    1.国外水务公司信息化发展历程

    与国内快速发展的形式相比,国外从经验模式到智能自控模式的转变经过了一个较长的探索和发展历程,国外的水务技术发展重点不是在市场上去寻找智慧系统模块化或者现成软件平台的方向,而更加注重于企业自身数据的采集、分析和应用,包括对硬件如何实现优化布局、如何采用科学技术解决实际运营难题、数据应用的分析研究等等,经历了一个从生产到研究、从研究到应用的历程。

    2.国外技术现状

    大部分国外智慧水系统由两块技术组成,即计算机辅助(IT)和业务技术支持(OT),加强IT-OT的融合是国外水务公司信息化技术的主要工作,IT是提供水系统的IT技术,不仅仅是数据的采集,还需要可视化和分析;OT是提供业务运营应用需求,并将业务需求进一步通过信息化方式实现应用。英国联合水务的业务技术包括了监测和报告、事件检测、事件预防、事件诊断、自动应急及优化等应用。

    国外信息化的发展应用,除了在水系统本身,还延伸到用户用水量预测、分析等服务。例如欧盟资助的iWIDGET智慧水务项目,研究内容不仅仅是在水系统方面的技术,更在于用户消耗水量的数据分析,分析不同类型用水的实时数据、获得为提高水费发票精准度和灵活性的信息、基于数据分析获取水的消费趋势等。事实上越来越多发达国家对未来水务提倡的概念是:建立一个有弹性理念的水系统。也就是通过对系统可能产生的风险进行评估,对系统接纳风险的能力进行评估,进而提出系统弹性恢复的建议措施。智慧水系统就是实现弹性水系统的一个工具和措施。

    3.智慧水系统给国外水务公司带来的好处

    (1)旧金山公共事业局在系统维护方面每年为员工节省9600 h。

    (2)菲律宾迈尼拉德水务公司通过泄漏检测的实时数据,每天回收6.4亿升水。

    (3)加拿大卡尔加里城市通过用大数据管理城市防洪,实时掌握流量与水位,并能够细化了解重要区域的详情,整个系统采集的数据包括:流量、深度、水位、流向(分流或合流)、温度、湿度、雨量、天气数据等,基于洪水风险的预测,卡尔加里市就能完成分流,有效地为防洪排涝提供技术支持。

    (4)Vitens公司:智慧水系统可以在2 min内实现爆管事件的识别。

    (5)英国联合水务:通过数据分析可实现第二天的用水量预测。

    (6)IBM工业用户:通过数据分析提供的帮助,半导体制造工厂的水和能源每年可以减少1000万美元。

    三、解决途径

    智慧水系统绝不是买软件或硬件可以实现,而是要解决“know-how”的问题。智慧水系统平台建设的组成包括硬件设备公司(提供智能水表,传感器等),软件公司(提供实时数据平台软件),还有提供系统全套产品的公司及科技互联网企业。

    1.建立有效的信息化团队,深入信息化开发工作

    水信息技术算法在整个系统平台中发挥着“大脑”的智慧作用,是实现智慧水务不可缺少的一部分内容,在数字信息化的环境下,企业己经无法通过购买现有的软件模块或者通过长期依赖于咨询机构提供的技术服务来维护技术的发展和可持续的应用,企业需要组建信息化建设团队,包括数据分析和信息工程建设,存储、利用生产经营数据进行分析,使数据发挥作用,为生产运营提供可靠的支持。只有企业深入参与开发建设,组建核心技术团队,才能满足未来的业务需求,自主的优化管理模式。企业要实现算法,可以通过于高校、咨询机构合作,共同参与研发,以此提高企业自身的技术水平。

    2.选择合适的数据开发平台

    企业需要的是一个定制化的系统平台,还是一个持续的、可扩展二次开发的动态系统平台,这个问题决定了企业信息化平台的建设思路。企业需要合理正确地认识到企业内部的数据类型,再根据数据类型选择合适的数据库开发平台。

    借助于高效的实时数据平台软件实现对各信息系统(不同时期、不同模块)的整合与集成,实现对各信息系统中数据、信息的抽取和调用,从而形成一个统一的信息共享平台。一个企业如果通过信息解决化手段实现数据、功能的灵活应用,也就可以因管理职能划分导致的业务不统一管理问题。

    水务行业己经进入数据信息时代,如何正确客观地了解一个企业的现状水平,以及现状水平与先进技术之间的那段距离是企业迈入新台阶的关键。先进的技术之所以是先进的,是因为它发挥了解决问题的效果,但并不是所有先进的技术都可以在照搬照套的模式下形成相同的效果,只有正确了解客观现状,才能选择适合的技术和发展模式,在探索中寻找到有效解决问题的途径。


    (审核编辑: 智汇小新)