基于人工智能技術(shù)的水務(wù)信息化系統(tǒng)研究

在城市基礎(chǔ)設(shè)施智能化的實(shí)現(xiàn)路徑中，智慧水務(wù)的發(fā)展十分重要，需要以人工智能等先進(jìn)技術(shù)為支撐，持續(xù)加強(qiáng)對覆蓋供水全過程、為供水質(zhì)量及安全提供重要保證的智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)與建設(shè)，對海量水務(wù)信息的及時(shí)準(zhǔn)確分析與處理、輔助決策的高效制定具有不容忽視的積極意義，而這又能為水務(wù)系統(tǒng)全流程精細(xì)化、動(dòng)態(tài)化管理提供重要支撐，真正達(dá)到智慧狀態(tài)。

一、智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)的研發(fā)背景及目標(biāo)

（一）研發(fā)背景

圖1為水務(wù)系統(tǒng)發(fā)展歷程。在智慧城市建設(shè)進(jìn)程持續(xù)加快、水資源管理要求愈發(fā)迫切的宏觀背景下，我國政府目前對智慧水務(wù)的重視程度逐年提升。而作為與國計(jì)民生密切相關(guān)的系統(tǒng)工程之一，智慧水務(wù)現(xiàn)階段已經(jīng)被劃歸至新型城鎮(zhèn)化以及公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要范疇。政府部門陸續(xù)制定與實(shí)施一系列政策，對智慧水務(wù)發(fā)展重要性與方向做出規(guī)定，行業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)愈發(fā)凸顯。

近年來，基于國家政策的有力推動(dòng)，我國各級政府及相關(guān)部門積極主動(dòng)參與，共同將智慧水務(wù)建設(shè)推向新階段，以人工智能等重要技術(shù)為支持，智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)必然更加智能。

（二）研發(fā)目標(biāo)

在當(dāng)前智慧水務(wù)建設(shè)背景下，本文主要以自來水生產(chǎn)企業(yè)為面向?qū)ο螅邪l(fā)一種基于人工智能技術(shù)的水務(wù)信息化系統(tǒng)，涉及水務(wù)云平臺(tái)建設(shè)與用水量預(yù)測，其中，水務(wù)云平臺(tái)主要發(fā)揮遠(yuǎn)程抄表、用戶管理、自動(dòng)計(jì)費(fèi)等相關(guān)功能；用水量預(yù)測主要對人工智能算法加以運(yùn)用，幫助供水企業(yè)精準(zhǔn)預(yù)測實(shí)際用水量。整個(gè)水務(wù)信息化系統(tǒng)力求實(shí)現(xiàn)對水務(wù)管理效率的有效提升，全面提升供水質(zhì)量與安全水平。

二、智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)架構(gòu)

圖2為基于人工智能技術(shù)的水務(wù)信息化系統(tǒng)架構(gòu)，主要由4個(gè)層次構(gòu)成，由下至上分別為感知層、技術(shù)層、應(yīng)用層和交互層。

（一）感知層

感知層由諸多傳感器與采集設(shè)備構(gòu)成，主要部署在自來水管網(wǎng)等相關(guān)位置，涉及智能水表、流量計(jì)、水壓計(jì)以及水位、水質(zhì)監(jiān)測儀等，執(zhí)行對水的流量、壓力及溫度等數(shù)據(jù)信息的采集任務(wù)，同時(shí)，在5G通信網(wǎng)絡(luò)的支持下向服務(wù)器上傳。

（二）平臺(tái)層

平臺(tái)層主要是水務(wù)信息化系統(tǒng)的技術(shù)支撐體系，主要是在獲取感知層采集到的數(shù)據(jù)信息之后，通過統(tǒng)一建模與數(shù)據(jù)管理等完成數(shù)據(jù)接入、處理及流轉(zhuǎn)等任務(wù)，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享交換服務(wù)、用水?dāng)?shù)據(jù)分析、移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)、水務(wù)信息監(jiān)控等。

（三）應(yīng)用層

應(yīng)用層主要包括3個(gè)子模塊，分別為智能遠(yuǎn)程抄表、自來水廠生產(chǎn)、管網(wǎng)漏損監(jiān)測子系統(tǒng)。

（四）交互層

交互層是水務(wù)信息化系統(tǒng)與用戶進(jìn)行交互的操作界面，利用該界面，用戶能夠在局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)的支持下經(jīng)由瀏覽器、移動(dòng)App及微信公眾號等方式對系統(tǒng)進(jìn)行訪問，查詢相關(guān)信息。

三、智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

（一）給水管網(wǎng)監(jiān)測

在進(jìn)行給水管網(wǎng)監(jiān)測的過程中，智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)主要是通過感知層在公共場所（如水廠給水管道出口以及泵站給水管道出入口等位置）設(shè)置相應(yīng)傳感器與采集設(shè)備，并在部分關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)對水質(zhì)采集設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，以此達(dá)到智能化監(jiān)測并管理給水管網(wǎng)的重要目的。在人工智能技術(shù)的支持下，智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)可以對給水管道數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)分析、統(tǒng)計(jì)、查詢及顯示，并以報(bào)表的形式將數(shù)據(jù)打印出來。基于系統(tǒng)交互層，用戶能夠集中式地獲取給水管網(wǎng)各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的真實(shí)數(shù)據(jù)，對瞬時(shí)流量、壓力、累計(jì)流量以及預(yù)警信息等均有涉及，直觀且實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)給水管網(wǎng)監(jiān)測及管理。

（二）排水管網(wǎng)監(jiān)測

在水資源污染中，城市污水排放是其非常重要的一個(gè)原因，其中又以管道溢流與企業(yè)商戶亂接管道影響最為突出。為實(shí)現(xiàn)對該問題的解決，相關(guān)部門應(yīng)基于人工智能技術(shù)執(zhí)行排水管網(wǎng)監(jiān)測任務(wù)，對區(qū)域綜合排水能力進(jìn)行準(zhǔn)確評估，據(jù)此實(shí)施科學(xué)改建。

在對排水管網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測的過程中，智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)主要通過感知層將無線液位計(jì)、水質(zhì)采集終端等工具設(shè)置在污水處理廠排出口以及工礦企業(yè)排水口等位置，并在人工智能技術(shù)及相關(guān)算法的處理下，經(jīng)由交互層將排水流量與水質(zhì)等信息系統(tǒng)性地顯示出來，實(shí)現(xiàn)對污水管網(wǎng)流量、流速及溶解氧等各類重要指標(biāo)的實(shí)施精準(zhǔn)監(jiān)測，比較容井水位差，從數(shù)據(jù)層面為管理人員決策提供重要參考依據(jù)，最終達(dá)到合理安全排水、對污水管網(wǎng)進(jìn)行高效治理的目的。

（三）水源水庫監(jiān)測

在水源水庫監(jiān)測方面，智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)主要執(zhí)行水庫水質(zhì)、水量及水情等數(shù)據(jù)信息的采集與智能化分析任務(wù)，以此掌握水庫水環(huán)境健康情況。針對重點(diǎn)水源地，系統(tǒng)通過感知層對水溫、pH、濁度等常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)以及流速、水位等進(jìn)行監(jiān)測，在人工智能技術(shù)的支持下進(jìn)行模擬，完成對水源地水情、水量變化趨勢等的預(yù)測，以此為基礎(chǔ)助力宜居環(huán)境構(gòu)建以及黑臭水體治理。

四、結(jié)語

綜合而言，在新一輪工業(yè)革命對供水排水行業(yè)高性能發(fā)展的有力推動(dòng)過程中，智慧水務(wù)建設(shè)已經(jīng)成為非常重要的發(fā)展趨勢之一，對于供水排水行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、水資源綜合承載能力的增強(qiáng)具有不容忽視的積極意義。本文基于對水務(wù)信息化系統(tǒng)建設(shè)背景及研發(fā)目標(biāo)的分析，設(shè)計(jì)系統(tǒng)整體架構(gòu)，并探討基于人工智能技術(shù)的系統(tǒng)給水管網(wǎng)監(jiān)測、排水管網(wǎng)監(jiān)測、水源水庫監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)。今后，應(yīng)將系統(tǒng)投入實(shí)踐應(yīng)用，通過實(shí)踐與優(yōu)化持續(xù)完善，將系統(tǒng)效用更大限度地發(fā)揮出來。

作者單位：廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程技術(shù)學(xué)院（人工智能學(xué)院）

基金項(xiàng)目：本文系廣東省高等職業(yè)教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（“1+1+N”校-園-企協(xié)同育人新模式探索與規(guī)模化IT類人才培養(yǎng)實(shí)踐，項(xiàng)目編號GDJG2021158）。