淺談物聯網技術在市政水務管理中的應用

楊朝彬

（中電建生態環境集團有限公司）

1 市政水務管理現狀和需求

目前，很多地區市政排水設施管理方式落后、設施缺失、效率較低、成本較高、效果一般，亟需提升完善[1]。對水系生態要素缺乏監控，了解生境、生物多樣性、生態健康狀況的能力不足。對水環境綜合變化趨勢及原因缺乏大數據積累、系統分析模擬、預警及應急預案設置，不利于其長效管理[2]。

真正實現流域水環境的長治久清，除了生態建設、截污治污等系統的工程建設外，還須建立現代化的長效管理系統，通過政策、機制、物聯網等確保工程成果長期有效運轉，流域能夠保持健康狀態。

長效管理的物質基礎是環境物聯網系統的建設，通過建立全面物聯網感知體系、智慧化的生態環境決策應用，實現對流域生態環境全過程監管，提升生態環境預警水平及決策能力，為全面提升生態環境長效管理提供智慧化平臺支撐。

2 物聯網系統構建原則

強化信息技術與水務業務的深度融合，以“互聯網+水務”模式，通過改革創新，建立一套完善的水務信息化軟硬件體系和運行管理制度。通過對大數據的整合共享和深度開發應用，實現水務監測、管理、決策等各類工作的精細化、專業化、標準化，保證各類水務工作的協同性、及時性和有效性[3]。

利用數據信息全面獲取業務要素和管理行為的全面智能思路，實現物聯網水務信息化系統可視、可知、可控、可預測和可溯源的目標，實現市政水務管理“一屏統管、一鍵統管”業務應用要求。

統一規劃、統一布局、統一設計、規范標準、突出重點、分步實施，在實施策略上，重點推進核心業務建設，注重信息的共享和安全體系建設，保證系統建設的完整性[4]。

2.1 統籌規劃、可持續發展

在物聯網系統實施前，必須在充分調研和技術研究的基礎上，制定全面、整體、長期的發展規劃，明確階段的建設目標和分期實現的步驟，有序進行建設。必須制定和貫徹統一的數據、技術和應用標準，以確保系統間的兼容和信息與技術的共享。

2.2 兼顧基礎性與公用性

物聯網系統的建設要從項目的基礎性、公用性和延續性角度加以考慮，從各部門電子政務業務系統建設的共同點出發，以污水管網管理、水質水量水位監測等基礎資源為核心，為運營監管單位、政府各部門提供公用基礎性的信息服務，同時為各單位、各部門之間的信息共享和數據交換提供區域市政水務管理的專屬基礎信息支撐[5]。

2.3 安全為先、實用為本

污水管網檢查、水質監測、水量監測、水位水量調度、閘門遠程控制本身就屬于敏感信息，同時項目在電子政務應用方面又具有基礎性和公用性的特點，項目的設計、開發和實現要確保系統數據與服務的安全性和可靠性，通過高效的安全機制，為各應用系統提供基礎性、公用性的數據，防止各種自然或人為因素對項目應用層造成破壞。為了發揮區域市政水務管理系統的作用，項目要滿足各層次用戶的需求，針對不同層次的用戶提供不同的信息技術服務，使用戶能夠使用項目應用層提供的信息服務，滿足不同用戶日常業務應用[6]。

2.4 前瞻開放、經濟可行

為了確保項目的可持續發展，項目的設計、開發和集成要充分利用目前成熟的技術，采用先進的技術和方法（如IPv6、SOA、WebService、XML、JavaEE、C#、元數據驅動、消息服務總線、全文檢索、云計算、AI、人工智能、大數據、區塊鏈等），并充分考慮未來發展的需要，使應用層具有開放的體系結構，系統的功能和數據具有良好的可擴展性，以滿足系統未來發展的需要。

2.5 標準化與規范化

為了確保項目的基礎性和公用性，實現各類政務基礎信息服務的共享，必須參考國際、國家、地方、行業的有關標準，建立統一的標準和共同遵守的規范，使公用性、基礎性的數據庫以及在此之上構建的公共信息服務和數據共享交換接口能為項目運營管理單位、主管政府各部門、社會公眾所接受和使用[7]。

2.6 完整性與可靠性

除了針對項目系統功能需求外，還要充分考慮系統非功能需求和項目的全程監管，吸收國內外先進經驗，從系統建設開始就實施現代項目管理，對項目的建設管理、項目實施、人員培訓等項目建設的諸多環節進行初步規劃和設計，確保涵蓋電子政務項目建設的全部要求。

3 物聯網系統的功能及應用（以某水務物聯網系統為例）

物聯網系統以信息化、智能化管理區域水務信息，以分期分階段方式開展建設，真正做到讓決策者心中有“數”，管理看得見。為確保物聯網系統搭建完成之后能夠有效監管偷排、漏排和超標排污等問題，有效管理河長制、湖長制總體管理控制目標，有效管控污水直接下河。

依托GIS+BIM+IoT技術，構建物聯網系統，實現區域水務設施設備領域廣泛互聯應用，達到水務工程建設和運營維護信息化，實現“萬物互聯”的水務基礎設施數字化監測體系，推動水務管理感知體系建設結合智慧城市建設高質量發展。充分利用5G、AI、人工智能、區塊鏈、IPv6技術、大數據等高新技術，以水務數據為基礎建立城市信息模型，支撐后續工程設計、建設效果驗證、水務管理“廠網河”一體化的管理要求。

以水利普查數據、管網調查數據、農業普查數據等基礎數據為基礎，開展對水務數據的清洗整理和數據治理工作，并建立基礎數據動態更新機制，逐步建立區域水務空間檔案數據，實現“建檔立卡、摸清家底”。依據建立的基礎數據，結合前端感知設備，建立實施在線監測對基礎信息進行定期檢測，并按照運營管理要求建立定期檢測，結合自動化控制等狀態感知數據，實現對基礎資料的“定期體檢，掌握狀態”的要求。

通過匯聚的數據建立基礎數據庫、監測數據庫、業務數據庫、專題數據庫、共享交換數據庫、元數據庫及臨時數據庫，實現對市政水務管理的精細化管理?；趨R聚管理的數據搭建精準預警分析和精確決策管理，搭建“一屏統管、一鍵統管”的區域市政水務管理系統，內容主要包括在線監測系統、閘壩自動化、監控中心、水務數據中心、水務管理一張圖、網絡通信系統、應用信息系統、“廠網河”一體化管理和信息安全九大工程，提升區域水管理能力水平。

物聯網系統最為核心，也最為基礎的在線監測系統相關設備設施包括地表水和排水管網的水質、水量、視頻等。針對排水管網水質監測，分為標準站水質監測和原位水質監測兩類，標準水質監測實現對排水管網的定量監測，原位水質監測實現對排水管網的定性監測。

3.1 污水管網標準站監測

利用區域排水規劃分區，在排水分區規劃基礎上劃分網格小區，并利用排水管網主干關系，結合區域重點涉水企業分布情況，對排水管網進行全覆蓋監測。通過分析和論證，在涉水企業匯水區域新增外置水質標準監測站，重要排水分區節點新建標準站。監測指標有PH/T、溶解氧、電導率、濁度、CODcr、NH3-N、TP、TN等。

3.2 污水管網原位監測

通過分析和論證，在重要的管控點位、主干匯聚點管道內新增原位水質站對排水管網的水質進行自動化監測。監測指標有PH/T、濁度、COD、ORP、電導率、流量、液位等。

3.3 地表水水質在線監測

結合區域實際及已有地表水監測站，合理新增布置，實現對區域地表水的監測要求。

3.4 地表水水雨情監測

針對目前區域的實際情況，根據《山洪災害防治非工程措施補充完善技術要求》要求，進行山洪災害調查評價（危險區分布和小流域分布情況），綜合已建監測站基本情況表和調查評價成果的危險區分布圖，在相應河道安裝水雨情監測設備，根據站點實際需要安裝對應的視頻監控，以滿足實時查看要求。

3.5 農業水價綜合改革

利用現代物聯網、云服務及大數據應用技術實現河段流域監測監控管理，形成“云”+“端”的服務管理模式，實現河段閘站控制和過閘流量監測、視頻監控，以及工程運行巡視的信息化管理。

數據的管理以行政區劃和流域兩種尺度，實現動態擴展的數據管理模式，滿足區域信息資源目錄要求。按照行政區劃進行管理，能夠充分落實屬地管理原則，方便監管和決策。按照流域進行管理，落實河長制管理工作，以運營管理單位為基礎權屬管理，實現數據管理的靈活性。

系統構建過程強化信息技術與水務業務的深度融合，以“互聯網+水務”模式，通過改革創新及信息互聯互通機制，建立一整套完善的水務信息化軟硬件體系和運行管理制度，市政水務監管、監測能力提升很大，能夠有效管理區域排水管網偷排、漏排問題，做到監管排水管網的提質增效管理，有效提升水質保障管理和涉水事件溯源能力。通過引入小型“廠網河”一體化調度分析耦合模型，初步建立區域“廠網河”一體化管理能力和決策分析調度能力，為市政水務高效管理及水環境長效機制奠定堅實的物質基礎。

4 結語

在社會對水環境要求日益提高的背景下，物聯網技術對水環境改善的應用將越來越廣泛，物聯網技術應用于水務行業是信息時代不可逆轉的趨勢。主管部門以及廣大水務技術人員應與時俱進，關注物聯網技術的發展對市政水務長效管理的作用，在具體的環境物聯網系統方案設計中，應重點關注監測點位布局的科學性、預警閾值的合理性等，以便更好地實現物聯網系統搭建的初衷，發揮最佳的管理、調度作用。目前，物聯網技術在環保行業的應用已初見成效，將物聯網技術應用于水質監測、預警、調度等業務，為市政水務管理提供了高效、規范的發展方向，推廣應用中仍需結合有關規定，持續不斷優化系統性能，注重管理安全與實效。