基于信息化技術的節水智能監管

池宸星

（中國水利學會，北京100053）

建設智慧社會是我國在新時代把握信息化帶來的重大機遇、以信息化推動經濟社會發展的戰略部署[1]。智慧社會要求加強信息基礎設施建設，以智能化引領管理模式的變革，以智慧化提高社會管理及服務水平。智慧水利是智慧社會的重要組成部分，是水利信息化發展的新階段[2]。隨著最嚴格水資源管理制度深入推進，對節水監管能力提出更高要求，智慧水利引領的信息化建設是促進和帶動水利行業提升社會管理和公共服務能力的必然選擇，是節水“補短板、強監管”的重要途徑。

1 節水監管亟需提升智能化應用水平

多年來，我國水利信息化建設取得了很大成就，為智慧水利建設奠定了堅實基礎。隨著信息化的發展與普及，農業、工業、城鎮生活用水管理的信息化得到了一定的發展，各地開展了計量監測和水資源管理系統建設等工作。國家水資源監控能力項目的實施大幅提升了管理水平、積累了豐富的經驗。智慧社會是對我國信息社會發展前景的前瞻性概括[3]。綜合新信息技術的發展水平看，信息化技術在節水工作很多環節的應用尚處于起步、待開發和推廣階段，與智慧社會的需求仍存在差距。

監測計量能力不足，總量控制、定額管理、計劃用水以及監督考核等難以真正落實[4]；用水計量監測覆蓋率低，粗放的計量收費現象仍廣泛存在，用水數據未實現在線采集實時監測和互聯共享[5]；水資源調度手段不先進，各級調度管理信息化、自動化、智能化程度低，在日常調度工作及用水統計、信息報送等方面工作量大、效率低[6]；側重硬件建設，缺乏對數據中有利于管理決策關鍵信息的高階分析和挖掘功能[7]；農業節水工作除了涉及水利部門外，還涉及農業農村、發展改革、工信、住建等相關部門，有大量的工作需要協調相關部門共同完成，業務協同存在困難[5]；縣域水資源信息化建設滯后，管理智能化落后與管理精細化要求形成矛盾制約[8]。

提高節水監管能力，需要加強監測計量體系和信息化建設，充分運用信息平臺網絡化、大數據、智能化的手段，切實提高節水計量、監測、統計、核查水平。[4]

2 基于信息化技術的節水智能監管

移動互聯網、大數據、云計算、物聯網、人工智能等技術的興起和應用，為節水監管提供了新的技術手段；泛在感知網絡使用水設備的識別、定位、跟蹤、監控和管理更加智能化；機器學習和深度學習等方法使管理、決策、評估、監督更有科學依據。這些新技術、新理念、新模式與節水監管的不斷滲透，促使節水管理和服務模式向“精細化”“智能化”發展和變革。精細化管理保證了用水和節水工作的順利實施[5]。基于信息化技術的智能化應用，為精細化管理提供了支撐保障。

節水智能監管通過在線監測設備、移動互聯網、物聯網、泛在感知網絡技術，實時感知用水系統的運行狀態；通過優化的算法和模型及時分析和處理用水信息；通過可視化的方式整合管理部門與供排水設施，實現覆蓋蓄、供、輸、用、排等各涉水環節的動態、直觀地全方位、全過程監管，從而達到“智能”的狀態，輔助節水管理維護和決策。

綜合來看，節水智能監管秉承了智慧水利內涵的3 個方面：新信息通信技術的應用，包括信息傳感及物聯網、移動互聯網、云計算、大數據、人工智能等技術的應用；多源信息的監測與融合，包括管網、供排水設備、用水設施、氣象、墑情等全要素監測信息的融合應用；系統集成及應用，指集信息監測分析、情景預測預報、科學調度決策與控制運用等功能于一體。[9]

3 節水智能監管設計組成

1）信息采集傳輸進行涉水信息智能感知。通過數據感知設備和數據采集器實現用水數據的智能測量、計量和交換。在用水設施前端安裝的數據感知設備，包括智能遠傳水表、智能壓力計、智能水位測控儀、土壤墑情監測儀等傳感器。智能遠傳水表和智能壓力計、智能水位測控儀用于計量水量和水壓數據，土壤墑情監測儀用于監測土壤濕度。數據采集器采集、存儲、匯總上傳計量數據。前端感知設備采集的數據通過GPRS，4G，5G等傳輸網絡，接入數據支撐平臺。

2）數據支撐平臺完成數據的分析處理。利用大數據、云計算等技術對用水數據進行全面匯聚整合，通過優化的算法和模型完成數據高效分析處理，利用機器識別、深度學習、智能視頻分析技術對管網和用水設施監控數據進行智能分析，為用水管理提供全新的監管手段。

3）管理應用系統提供節水管理的綜合應用。通過設計良好的人機交互界面和虛擬現實技術，提供靈活的數據查詢方式、數據警報顯示方式和功能分析模塊，并將數據分析結果通過報表、圖表等形式展示，形成趨勢對比、預測，為用水高效管理和決策提供可靠依據。目前，在節水中應用較多的功能分析模塊包括用水分析功能和漏水分析功能。用水分析功能通過對同一用水區間不同時間段的用水情況進行對比，結合設定的用水警報閾值，給出直觀的橫向、縱向對比數據，便于管理人員發現用水中存在的問題。漏水分析功能通常根據不同時間段設置漏水警報閾值，超過該閾值范圍的，判斷為懷疑漏水區域[10]。

4 節水智能監管的應用

1）管網管理。管網滲漏是節水監管最需要解決的日常問題之一。網格化動態分區的壓力管理，控制管網壓力運行在最經濟的工作區間，減少自然爆管次數。實時獲取的最新漏點情況，使漏點得到及時修復，有效降低管網漏損[11]。通過GIS系統地理空間數據服務實現直觀的管網分布情況，有助于管道施工時準確布設，減少資金浪費和設施維護[12]。利用水力計算模型精確計算出接水所需管徑與管道走向，降低接水費用。智能監管在管網規劃和管理維護方面發揮越來越大的作用。

2）用水精量控制。智能監管以量化為基礎。節水監管需要面對數量龐大的用水終端設備以及海量的用水在線監測數據，對數據處理能力的要求高。通過算法的優化和設計相應的數據模型，結合設備參數識別、多源數據綜合分析、管網數據動態模擬和用水總量控制預警等數據處理，實現灌溉等用水設施的智能控制，達到用水精量控制的效果[13]。

3）用水決策。節水監管中計劃用水的一項重要內容是水量的配置調度。在對水壓、流量、水質、墑情、水廠、泵站、管網故障、總量控制預警等各種動態信息的在線監測基礎上，通過供水管網模型的實時在線模擬，進行水資源的評估、診斷、預報、分配和調控，輔助用水實時調度決策，實現節約用水以及科學用水的目的。[14]設置數據自動發送，各級管理人員能夠及時掌握蓄、供、輸、用、排等狀況，解決數據收集不全或者反應延期滯后帶來的溢流棄水等問題，提高節水管理數據化決策能力。

4）業務管理。通過OA 業務審批流程，發起各項涉水業務審批與協調。通過蓄、供、輸、用、排GIS 與收費系統和通信系統的接口，在完成調供停水等方案制作的同時，可實現對用戶的即時通知等公眾服務。通過OA 系統以及該系統和內網、外網的接口，同步實現按審批權限的業務信息在內網、外網的發布[15]。通過監管信息庫實現監管業務全留痕。

5）數據產品。節水監管通常整合了供水生產、用水服務、水量管理、水質管理、內部管理等需求。大屏、PC 端和移動端的方式提供了靈活便捷的數據同步查閱方式。通過數據報表設計和管理，可以實現各種業務主題分析、資料填報、報表自動提取[10]，完成用水效率分析、水資源管理考核、公眾水事服務等數據產品，大幅減少人員工作量，實現節水監管高效化。

6）信息共享。通過搭建信息共享服務平臺，實現各部門之間、供水方與用水方之間、企業與政府之間的設施數據信息、管網信息、業務數據、監控數據、資產管理的發布和共享。在農業灌溉中，氣象數據為按需灌水和雨水資源利用提供參考[13]。信息的共享為水資源節約的協同合作以及節水管理職能的劃分、權限管理、數據更新、安全管理等方面提供依據和支撐。

信息化技術在節水監管“精細化”“智能化”中發揮的作用越來越重要。在具體應用時，要以實際狀況作為著手點，采取合理的措施，根據實際需求科學規劃，實現智能節約高效地應用。