在“十五”到“十二五”之間，智慧水務(wù)的發(fā)展經(jīng)歷了起步萌芽、基本建設(shè)、業(yè)務(wù)應(yīng)用3個(gè)重要階段[1]。發(fā)展至今，國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)了很多比較成熟的，能滿足基本業(yè)務(wù)的智慧水務(wù)系統(tǒng)。謝善斌等[2]深入討論了智慧水務(wù)的業(yè)務(wù)需要與應(yīng)用價(jià)值，對(duì)其在城市中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的效益分析。“十三五”期間，國(guó)家大力提倡新基建、數(shù)字中國(guó)，加上5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能的飛速發(fā)展，智慧水務(wù)也迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。傳統(tǒng)的水務(wù)管理模式逐步發(fā)生改變，形成了技術(shù)驅(qū)動(dòng)管理模式、業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)管理模式、服務(wù)驅(qū)動(dòng)管理模式的趨勢(shì)[4]。鄭浩等[5]提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備最佳自動(dòng)運(yùn)營(yíng)管理，遠(yuǎn)程控制維護(hù)等業(yè)務(wù)應(yīng)用。劉勛等[6]介紹了智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用成果。趙藝璇等[7]、舒秀霞等[8]對(duì)大數(shù)據(jù)的智慧水利應(yīng)用與實(shí)踐進(jìn)行了探討。張勝雷等[9]提出了能適應(yīng)不同業(yè)務(wù)，持續(xù)改進(jìn)的面向服務(wù)(SOA)的智慧水務(wù)大數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建思路。本文結(jié)合長(zhǎng)江大保護(hù)智慧水務(wù)規(guī)劃、實(shí)施中的思考與實(shí)踐，對(duì)新技術(shù)飛速發(fā)展下的業(yè)務(wù)新應(yīng)用進(jìn)行探討。
01監(jiān)測(cè)感知數(shù)字孿生
隨著數(shù)字化的發(fā)展、新基建的建設(shè)完善，智慧水務(wù)的監(jiān)測(cè)感知從以往的抽樣監(jiān)測(cè)、重要典型區(qū)監(jiān)測(cè)向著全覆蓋、全感知的數(shù)字孿生發(fā)展。
遙感解譯隨著5G、云計(jì)算、遙感自身技術(shù)等的發(fā)展，遙感解譯最高可以實(shí)現(xiàn)cm級(jí)的精度，并可以做到分鐘級(jí)的刷新速率，保證信息實(shí)時(shí)且準(zhǔn)確。基于人工智能圖像識(shí)別等，可以直接依靠遙感影像，分析出土地利用類型。結(jié)合人口分布、工業(yè)農(nóng)業(yè)分布等大數(shù)據(jù)分析，可以得到各分區(qū)污染源類型及其污染量。通過(guò)光譜分析、設(shè)定算法等，可以從面的程度對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行分級(jí)、定性分析。通過(guò)遙感解譯，可以做到對(duì)全流域、全水體的現(xiàn)狀分析與實(shí)時(shí)定性監(jiān)測(cè)，水體異常時(shí)可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，并分析溯源，為其他業(yè)務(wù)提供支持。
無(wú)人巡檢船傳統(tǒng)的水質(zhì)取樣一般有兩種，沒(méi)有測(cè)站時(shí)，依靠人工采樣，選取典型點(diǎn)位進(jìn)行檢測(cè)，往往只能實(shí)現(xiàn)有限的點(diǎn)位，有限的時(shí)間覆蓋;有測(cè)站時(shí)，在典型、重要斷面上建立水質(zhì)站，獲取水質(zhì)信息，可以做到時(shí)間全覆蓋，但依然只能監(jiān)測(cè)有限點(diǎn)位?；?G、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人駕駛等技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人巡檢船應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)人巡檢船可以自動(dòng)水上巡檢，實(shí)時(shí)傳輸水質(zhì)、水下地形等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)整片水域的時(shí)間與空間的全感知、全覆蓋，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)從點(diǎn)到面的突破。還可以對(duì)水中的垃圾、漂浮物等進(jìn)行清理，遇到大型雜物時(shí)，自動(dòng)發(fā)送信號(hào)，通知人工進(jìn)行處理，提高巡河效率，節(jié)省成本。
水指紋圖鑒基于數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立水指紋圖鑒分析庫(kù)，可以從龐大的數(shù)據(jù)要素中，提取出有用的信息加以利用。水環(huán)境污染有多種來(lái)源，比如農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活、大氣、底泥等，每種來(lái)源所造成的水污染會(huì)有一定的特征，比如光譜特性，各水質(zhì)指標(biāo)含量百分比等，可以根據(jù)這些不同的特征，建立水指紋圖鑒分析庫(kù)。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)全感知的基礎(chǔ)上，結(jié)合周邊企業(yè)分布、人口密度、環(huán)境情況等進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，做到快速分類定位、第一時(shí)間識(shí)別污染來(lái)源。隨著數(shù)據(jù)的積累與技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，識(shí)別精度可以進(jìn)一步提升，杜絕居民自排、企業(yè)偷排等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)難以識(shí)別的點(diǎn)狀不定時(shí)排污情況。
02巡檢運(yùn)維新應(yīng)用
傳統(tǒng)的智慧水務(wù)巡檢、運(yùn)維，借助BS、MS系統(tǒng)與GPS等技術(shù)，比傳統(tǒng)水務(wù)服務(wù)有了大大提升，但還是存在人員過(guò)多、操作繁瑣、業(yè)務(wù)不夠智能等問(wèn)題?；谛录夹g(shù)的發(fā)展，對(duì)于巡檢、運(yùn)維的智慧化應(yīng)用有了更多的可能。
智能派單工單派發(fā)是在水務(wù)運(yùn)維日常工作中至關(guān)重要的一部分。在傳統(tǒng)的水務(wù)運(yùn)維場(chǎng)景中，巡檢、問(wèn)題申報(bào)、檢修、維修等繁瑣的派發(fā)流程，需要多人申請(qǐng)、批準(zhǔn)、執(zhí)行，往往導(dǎo)致不能第一時(shí)間解決問(wèn)題。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，對(duì)在崗的檢修、維修人員建立人才能力庫(kù)，錄入并分析出每個(gè)人的技能(比如管網(wǎng)維修能力、泵站維修能力等)、解決不同問(wèn)題的估計(jì)時(shí)長(zhǎng)等;還可以將多人進(jìn)行組合，形成小組的能力分析庫(kù)。對(duì)管網(wǎng)等設(shè)施的問(wèn)題進(jìn)行建庫(kù)，針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不同異常情況，可以自動(dòng)分析出是由哪種問(wèn)題造成的。結(jié)合GIS與物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)管網(wǎng)設(shè)施進(jìn)行定位，分析問(wèn)題所需要的相關(guān)維修設(shè)備;對(duì)在崗的檢修、維修人員進(jìn)行定位，并記錄其當(dāng)前的工作狀態(tài)(比如空閑、正忙預(yù)計(jì)還需多久完工等)。結(jié)合人工智能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)設(shè)置出現(xiàn)問(wèn)題后，系統(tǒng)會(huì)結(jié)合問(wèn)題類型，檢修與維修人員的技能、工作狀態(tài)、距離遠(yuǎn)近等進(jìn)行綜合分析，將最合適的人員或小組與問(wèn)題進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)智能派單。智能派單技術(shù)，不僅節(jié)省人力物力、節(jié)約溝通成本、減少返工，還大大提高了工作效率，可以保證問(wèn)題可以快速、安全地得到解決，使水務(wù)運(yùn)維真正智能化。
設(shè)備智慧輔助維護(hù)在設(shè)施維護(hù)、維修場(chǎng)景中，對(duì)維修工程師的技能要求很高。傳統(tǒng)的水務(wù)公司，一名新員工往往需要花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)與實(shí)際鍛煉之后，才能成長(zhǎng)為一名能獨(dú)當(dāng)一面的能手。借助物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，可以建立一套傻瓜式輔助維護(hù)系統(tǒng)，一步一步地對(duì)維修過(guò)程進(jìn)行提示。新員工借助輔助維護(hù)系統(tǒng)，相當(dāng)于擁有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的師父，可以使其快速成長(zhǎng)，掌握各類問(wèn)題的解決方法。不僅可以縮短新員工的培訓(xùn)周期，也可以提高工作效率，減少成本。還可以借助AR/VR技術(shù)，對(duì)地下管網(wǎng)及設(shè)施進(jìn)行建模及直觀展示?？梢缘谝粫r(shí)間快速看清問(wèn)題本質(zhì)，提高檢修效率，減少運(yùn)維成本，減少實(shí)地開(kāi)挖檢修對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。
03污泥智慧管控系統(tǒng)
國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者，已對(duì)污水廠的污水管控系統(tǒng)做了研究，如陳賀添等[10]，對(duì)污水處理智能化運(yùn)營(yíng)建設(shè)思路進(jìn)行了探討。隨著時(shí)代的發(fā)展，在水環(huán)境治理中，除了傳統(tǒng)的污水治理，對(duì)污泥治理的相關(guān)問(wèn)題漸漸浮現(xiàn)出來(lái)。比如，污水廠污水收集、處理后，產(chǎn)生的污泥可能含有有害物質(zhì);污泥沒(méi)有合理的去向及配套的產(chǎn)業(yè)鏈等。長(zhǎng)江大保護(hù)智慧水務(wù)深度實(shí)踐“泥水并重”的科學(xué)治水理念，要求對(duì)污泥處理實(shí)現(xiàn)智慧化管控。污泥智慧管控系統(tǒng)，對(duì)污泥處理形成智慧化、流程化管控，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效、為技術(shù)決策提供支持。
污泥設(shè)施管理
對(duì)污水處理廠、污泥收集點(diǎn)、污泥處置廠、污泥去向等污泥全生命周期所有相關(guān)設(shè)施進(jìn)行數(shù)字孿生，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。
污泥數(shù)據(jù)庫(kù)
構(gòu)建污泥樣品庫(kù)，建立城鎮(zhèn)多源污泥泥質(zhì)、泥量數(shù)據(jù)庫(kù)，建立污泥特征圖譜。對(duì)不同城市、不同區(qū)域、不同來(lái)源的污泥進(jìn)行建庫(kù)分析，識(shí)別有機(jī)質(zhì)含量、含砂量、重金屬、有毒有害物質(zhì)等的分布、濃度水平及變化規(guī)律。
污泥處置與評(píng)估
建立污泥處置工藝庫(kù)，闡明典型污泥處理處置工藝流程中污泥重金屬及有毒有害物質(zhì)的削減規(guī)律和去除效果。建立評(píng)估知識(shí)庫(kù)，對(duì)不同污泥處置工藝應(yīng)對(duì)不同特征的污泥的處置效果進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)污泥特性和處置效能的全面評(píng)估。
污泥一張圖實(shí)現(xiàn)污泥的收集、過(guò)程處理、再利用全流程跟蹤，一張圖展示污泥設(shè)施、污泥流向、污泥特性、污泥處置效能等信息，可直觀了解城市污泥處置總體情況，為城鎮(zhèn)污泥統(tǒng)一管理提供依據(jù)。
結(jié)語(yǔ)
智慧水務(wù)在中國(guó)已有十幾年的發(fā)展，產(chǎn)生了很多成熟的業(yè)務(wù)、功能。隨著新基建、新技術(shù)的發(fā)展，智慧水務(wù)業(yè)務(wù)也會(huì)越來(lái)越智能化、高效化。真正做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的全覆蓋、全感知;實(shí)現(xiàn)運(yùn)維的智能派單、少人值守、智慧輔助;實(shí)踐“泥水并重”，對(duì)污泥全流程進(jìn)行一張圖展示，全過(guò)程跟蹤，以確保高效處理，變廢為寶。
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