基于物联网的水务移动监测平台应用研究

基于物联网的水务移动监测平台应用研究

孙悦

天津市首创水务有限责任公司 天津  301600

摘要：近些年，随着科学信息技术的不断发展，社会各类行业的信息化、智能化水平逐渐提升。在水务管理过程中，以移动互联网、大数据、云计算、人工智能为核心的信息技术和城市供水得到有效融合、渗透，促使水务管理更可视化、数字化与智能化，既能有效满足广大用户供水需求，又能提升水务管理效率与水平。文章

关键词：物联网；水务系统；传感器信号；移动监测

引言

在环保水务涉及泵、管、闸、阀等，传统方式下调试、运维和运营以人员经验为主，经验难以传承和复制，在突发情况下，反馈时间长、调试周期长、优化效果不明显。严重依赖人员经验，易产生单点失效和隐患。水污染事件、台风暴雨、跑冒滴漏、爆管等问题，涉及范围大，易造成城市环境安全隐患问题。通过AIGC可提供更精确、更高效的解决方案，如构建高效的水质预测模型，实时监测水质变化，提前预警水污染事件；优化水处理过程，提高水处理效率，降低水处理成本；掌握水资源分布和流动规律，优化水资源配置，提高水资源利用效率。

1建设目标

1）统筹规划引领，高质量下好水务管理“一盘棋”。强化智慧水务建设的顶层设计和项目统筹、总体规划、急用先行，智慧水务平台建设要同步城市水环境整治攻坚成果，在统筹规划下逐步推进城市水务管理的智慧化实践，彰显智慧水务平台功能定位、建设过程与应用服务的系统性思维。2）把握群众需求，以城市治理突出问题为需求导向。把握群众需求，以城市内涝、黑臭水体等城市治理突出问题为需求导向，重点加强河湖水体常态化管护，统筹防汛排涝与水环境多目标协同保障，努力打造人民群众满意的幸福河湖。3）创新应用示范，适度超前使用新产品新技术。智慧水务平台充分利用物联网、大数据、人工智能等新技术，集成了智能无人机巡河、排口排水AI智能识别、水质水情智能预警等应用，以提升水务管理的精细化与智慧化水平。4）完善运维管理机制，充分发挥水务信息化系统效能。智慧水务平台涉及的数据资源和物联感知监测设备众多，为保证数据库和接入监测设备的正常运行，借助信息化手段，通过数据库维护、设备应急维护、硬件网络维护、系统功能维护等方式保证平台的高效运行，充分发挥水务信息化系统效能。5）打破部门壁垒，创造公共数据的行业价值。在全力推进政府数字化改革的大趋势下，鼓楼区水务管理部门积极与相关部门沟通，在地理信息、气象、行政审批等数据方面得到了垂直或横向部门的支持配合。这些数据汇聚到智慧水务平台后，可有效支撑水务精细化管理，还可为海绵城市建设、环境治理工程提供实时和分析决策数据，不断提高行业治理体系和治理能力的现代化水平。

2基于物联网的水务移动监测平台应用

2.1总体架构设计

从农村饮水安全工程智慧水务系统的体系架构来看，其主要包括设备层、边缘层、IT设备层、应用层与服务层，其中设备层由布设在农村供水系统各环节的数据采集器与通信网络构成，数据采集器包括超声水表、远传压力计、水质监测仪、水量监测仪等，用于连续采集泵站、供水管网、水厂等目标对象的运行参数；边缘层是构建在设备层之上的物联网层，其高度集成远程控制、边缘计算、设备联动等智能应用，实现远程数据采集的高性能稳定传输；IT设施层包括存储设备、计算设备、安全防护设备等，用于对远程采集并传输的水务数据进行高效组织、管理与计算分析；应用层则面向具体的工程运营主体，包括自来水厂、供水管网维保单位、水源地管护单位等，为其提供业务性的应用功能，如水源地监管、水厂监管、供水管网监控等；服务层面向具体的工作人员，为其提供权限范围内的数据与分析结果，如为高层决策者提供农村饮水安全工程管理成本统计结果，为业务维护员提供供水管网异常泄漏的位置数据与流量数据等。

2.2供水管网监控

供水管网监控是采用“一张图”模式对管网线路、管网节点等进行网络化、可视化管理，通过对供水管网线路走向、埋深、地理位置、管道内流量、流速、水位、水质等的监控与数据采集，构建供水管网三维可视化模型。在供水管网三维模型的基础上，利用线损分析算法对供水管网的泄漏事故进行分析，为供水管网巡检与维修人员提供精准的泄漏定位，减少供水管网泄漏造成的水资源流失与经济损失。利用压力表监控设备动态采集供水管网内的水压情况，通过GIS空间分析法对供水管网的水压数据进行空间插值，可视化展示供水管网的水压空间分布，以便农村饮水安全工程管理人员科学进行压力调控，以免压力过大导致供水管网爆裂。

2.3网络部署体系

平台采用数据集中部署、应用分布部署的模式，即所有数据都放在数据中心，各子系统根据应用划分分布部署。数据管理子系统采用集中部署，各应用子系统与数据中心链接，以确保数据的一致性和可共享性。整个网络系统可划分为专网和外网两部分，专网是通过专有线路链接的总中心节点和各分支节点构筑的排水管网管理部门内部网络；外网则由互联网和政务网访问出口、分支节点VPN链路构成。网络系统包括核心层、汇聚层和接入层。

2.4模型与技术应用

（1）自编码器在厂站设备运行维护中的应用。在厂站设备运行维护中，建立基于自编码器的生成式人工智能模型。可将输入的设备运行数据转化为更加有用的输出数据，从而实现故障预测和维护策略制定。通过厂站设备运行数据，如电流、电压、压力等。使用自编码器模型进行训练，将输入编码成低维向量表示，重新构造出原始数据。实现更加简洁和有用的表示，从而更加精准地预测设备的故障和维护需求。不断调整生成器和判别器的参数，提高用水需求预测的准确性和可靠性。最终得到的模型生成分钟级的用水数据，预测精度和响应速度都得到了显著提高。（2）深度神经网络在排水系统运行优化中的应用。利用生成的新数据对排水系统进行优化设计和风险预测，以实现更加科学合理的水资源调配和风险管理。（3）生成对抗网络在水资源保护和利用中的应用。①基于生成对抗网络GAN的生成式人工智能模型。该模型用于提高水利模型的预测精度和响应速度，通过捕捉数据中的时间依赖关系，可将输入的水资源数据进行分析转化，满足水资源保护和利用的需求。利用水利、水文等数据进行预处理操作，使用GAN模型对这些数据进行训练，通过不断调整模型的参数，更好地了解水资源的状况和变化趋势，从而更加科学合理地保护和利用水资源。②基于循环神经网络RNN的生成式人工智能模型。该模型用于水质监测数据的预测，通过捕捉数据中的时间依赖关系，提高水质预测的准确性和可靠性。

结语

智慧水务平台的建设实施有效解决了因现场情况不明、人员流动资料不清造成的管理问题，减少了工程建设中的重复投入，节约了大量成本。同时，平台集成了截流井、闸坝、河道曝气喷泉等设施的自动控制系统，实现了排水设施的远程自动化控制，减少了人员的现场工作量，极大地节约了鼓楼区排水设施运营成本，经济效益显著。项目成果结合城市建设中的精细化、智慧化管理思路，摸清了全区排水管网和排水设施现状，可为环境治理工程提供基础数据和分析决策数据。

参考文献

[1]曾文，崔博洋，吴金星，等.面向大规模供水管网的水质监测点布局优化[J].哈尔滨工业大学学报，2022,54(8):52-58.

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[3]吉瑞博，王志红，龙志宏，等.基于风险评估的供水管网水质监测点优化模型研究[J].中国给水排水，2021,37(3):52-59.