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"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176km²,，約占全區(qū)總面積的45%；三是防洪達標(biāo)率低,，全區(qū)河道有168km未達防洪標(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)進行清洗,。

5 預(yù)期經(jīng)濟及社會效益

5.1 經(jīng)濟效益

(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)維護過程中,，投入大量人力物力以進行地毯式的巡檢,、管養(yǎng)維護作業(yè)，大大增加維護成本,。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,，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、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)異常時及時進行報警,，有助于執(zhí)法監(jiān)察,、維護人員根據(jù)情況采取相應(yīng)措 施;推進污水管網(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，保障城市排水機制,。

(4)推動政府?dāng)?shù)據(jù)開放進程

       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,、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度，監(jiān)測主要用能設(shè)備能效,，保護污水廠運行可靠，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平臺拓撲圖

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和弧光保護,，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)機的電流、電壓,、有功/無功功率,、功率因數(shù)、負荷率,、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,、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電動機管理

     馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)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(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,，對電機進行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC,、軟啟,、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制,，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,、燃氣,、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析,，能耗總量和能耗強度計算,，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(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電池間可燃氣體濃度展示和預(yù)警，保障污水廠,、自來水廠,、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃氣體或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(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,、污水提升泵,、回流泵、曝氣風(fēng)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(zhuǎn),、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(xiàn)電動機自動或遠程控制,，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】

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[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版

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；