城市供水智慧管网运维管理平台

城市供水智慧管网运维管理平台

徐浩

上海积成慧集信息技术有限公司 上海 200233

摘要：随着智能水成为行业发展的趋势，建设智能水，提高管网检漏效率，有效缩小水网行业产销差异，提高水务企业的经营管理效率，是水务行业的重要任务之一。供水网络平台的智能信息管理系统是在城市供水服务范围内，通过构建统一的管理平台，现有的业务收费系统、热线服务系统、SCADA系统、地理信息系统，现将数据集成、数据挖掘、系统集成等各子系统进行集成，形成城市供水管理辅助决策平台，结合管理手段，实现缩小产销差距、提高用水效率的既定目标值，实现大数据在水务行业的智能化应用，有助于构建智能水网系统，真正实现智能惠民。

关键词：城市供水；智能管网；运维管理平台；分析研究

1国内外研究现状

1.1供水管网数据采集与监测研究

20世纪90年代，学者们首次提出了“智能网络”的概念，但由于当时技术条件有限，早期发展缓慢，随着时代的进步和网络技术的发展，2009年首席执行官Sam palmisano，IBM集团提出传感器可以安装在城市周围的各种设备上，并连接起来形成物联网，物联网的出现使实现“智能管网”成为可能。在国外智能管网领域，主要采用地理信息系统（GIS）软件、建筑信息模型（BIM）软件、数据库软件等软件作为智能运维系统的开发基础，Autodesk和Microsoft的相关工作相对完整。

1.2供水管网用水量预测研究

供水管网用水量预测研究是整个供水系统优化调度的重要基础工作。短期用水量预测包括日用水量和小时用水量预测。只有保证准确的用水量预测，才能更有效地进行泵站的优化调度。传统的用水量预测方法主要有移动平均预测模型、指数平滑预测模型、自回归预测模型和多元线性回归模型。然而，这些方法或多或少都存在着数据波动大、模型适应性差等问题。随着计算机技术的不断进步，相关学者在人工智能领域的研究不断深入，智能算法以其强大的非线性映射能力、无需确定数学模型、易于实现等特点，逐渐成为主流方法。吴华安等根据用水量的数据特点，建立了灰色水量预测模型。研究了灰色预测模型（GWFM）的参数估计和误差检验方法。然后，利用GWFM模型进行仿真，通过GWFM模型仿真和预测误差检验，结果表明GWFM模型具有良好的仿真和预测精度。最小二乘支持向量回归算法具有良好的泛化性能和非线性关系建模能力，近年来已成功应用于用水量预测。然而，由于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的参数集由用户定义，其实际应用受到限制。为此，张明光等提出了一种基于遗传算法和粒子群优化（混合智能算法）的LS-SVM参数优化方法。该算法利用粒子群算法的并行性和全局收敛性来避免局部优化，并利用交叉和变异遗传算法的进化思想来提高全局优化搜索的速度。同时，嵌入了确定性搜索算法，提高了算法的优化性能。将混合智能算法优化后的lS-SVM应用于用水量预测中，结果表明，预测效果较好。刘建华等利用短期用水量数据对郑州市进行优化调度，采用移动算术平均法、回归分析法和BP神经网络建立了三个预测模型，并利用供水数据和气象数据进行预测。结果表明，三种方法均能满足城市供水工程小时用水量预测的需要。回归分析和BP神经网络可以得到较好的预测结果，满足城市供水调度的要求。BP神经网络预测结果最好，能够满足城市供水的要求。

1.3给水管网分析模型

目前，国内外学者对管网优化运行维护的研究主要分为两个方面：一是建立管网模型；二是根据模型对变量进行优化。管网模型的构建分为管网宏观模型的构建和管网微观模型的构建。微观模型的建立以管网水力分析为基础，利用各未知变量的联立方程，采用管网平差法求解管网的具体运行工况，从而准确了解管网各节点的运行状态，优化调度。高阔等在供水管网水力模拟系统平台上建立了某区域的管网模型，通过输入管网结构模型和节点属性数据，构建了管网水力模型。该系统能够实时反馈各节点的运行状态，为优化调度提供技术支持。然而，管网的微观模型有很大的局限性。需要获取管网中每个管段的管径和长度信息，以及每个节点的流量等详细信息。由于我国大部分管网建设时间较长，难以获得大量详细的历史数据。宏观模型以“黑箱理论”为基础，不考虑复杂的管网水力计算，仅以泵站和测压点已知的压力流量数据作为输入输出数据。采用回归分析方法模拟管网中的压力流量函数，模拟管网的运行状态。管网宏观模型的构建最初由Demoyer和Horwitz提出，但初始模型基于比例负荷原则，不符合管网运行的实际情况。在众多学者的后续研究中，为了满足实际应用的要求，引入了非比例负载的概念。杨建文采用BP神经网络建立管网宏观模型，并采用混沌遗传算法确定神经网络的初始阈值，取得了良好的应用效果，为后续优化调度提供了支持。对管网宏观模型的研究逐渐从传统的数学模型转向新的智能算法模型。

2构建内容

2.1供水管网地理信息GIS系统建设

城市供水管网GIS地理信息系统，应结合城市供水行业的服务经验，充分整合业务特点，在供水领域为供水企业业务人员提供详细的地图和管道资料、供水管理调度、管道维修、，工程建设、设计、业务复制、管道资产管理等业务。该系统将是一个多用途的管理系统，能够满足日常各种业务工作，并逐步为决策分析能力提供支持。主要提供可配置的数据分发功能。采用B/S结构，通过权限控制，为用户提供更丰富、更灵活的数据查询和统计服务。其基本功能是地形数据、供水地下管网信息的浏览、查询、统计、分析、打印等，并提供一系列适用的辅助工具。

2.2管网运维管理（GDM）子系统示意图

采用“地图+数据+业务”的概念，构建了整个供水系统gIS数据管理电子沙盘的地图子系统。实现了水务业务和数据的统一平台管理，使业务操作更加方便快捷。该子系统的可显示内容集成了水厂、管网设施、压力、流量、检查和维护、DMA分区的位置和运行数据及状态，并使用丰富的图表分析工具分析各种数据。它还可以充分发挥地理信息系统和实时监控等业务处理的时空维度和联动性，最大限度地支持水资源的全方位、多维、一站式系统的结合使用要求，可以快速了解整个供水系统，包括水厂，泵站、网络、任何信息点。

2.3网络运维KPI分析子系统

管网运维KPI分析子系统采用自动图表分析技术，从空间维度和业务角度显示各水系数据，并在此基础上进行综合显示和分析。该系统有助于从宏观上把握供水系统各环节的管理趋势，能够分析和显示供水管网运行维护中的关键指标，包括管网统计、设施统计、检查分析、工单执行分析、，维护统计、现场统计等。

2.4给水管网检测管理子系统

系统建设基于供水管网GIS地理信息系统，基于GPS定位中的空间数据，实现管道和设备的可视化、标准化和网络化管理，实现信息共享，提高物资利用率和工作效率，减少重复劳动管理，网络设施可以及时解决，快速发现故障和缺陷，提高完善率，降低故障率。同时，在检查过程中发现管道隐患、泄漏、故障时，可通过拍照或录像等方式收集现场情况，并及时上报管理中心（自动记录位置坐标和时间信息）进行相应处理。对于检测数据，监控中心管理平台系统将自动进行处理、分析、统计、报表等，为管理者和用户提供科学准确的检测信息和查询依据，大大提高管理者的工作效率。通过该系统的建设和应用，可以提高现有管网的综合管理维护水平和能力，提高现场事故处理速度，使供水企业获得最佳的经济效益，最终实现科学、高效、安全的供水管理，整个管网的标准化、现代化管理。

2.5供水现场工单管理子系统

供水管网外部工单管理子系统以GIS为基础，以工单管理为中心，全面管理管网的检修、抢修、居民报修、热线报电、开关阀操作等维护工作。同时，通过工单中心功能安排相关工作，相关人员通过手机App收到工单后进行处理，并以文字和照片的形式报告处理情况。

2.6移动水管理App子系统

Mobile App是一个移动工作平台，供内部管理人员和员工查看和分析各种数据，随时随地对制水全过程进行实时监控，快速实现水厂运行、管网压力和流量监控。实现移动操作，充分支持检验人员一线工作，形成管理和业务操作的闭环，有效保证任务分配和结果上传，提高工作效率和操作标准。

2.7供水管网GIS数据维护与编辑系统

为了保证供水管网GIS数据的长期更新和维护，需要供水管网GIS数据维护编辑子系统对数据进行管理。该子系统应提供丰富的网络设计编辑功能，支持网络编辑、管道设施数据管理、地图样式管理、网络拓扑检查、网络导入导出、地图处理等功能。此外，还应支持二级或三级数据审计和GIS数据仓库。

3Bim技术在城市供水管网运维系统中的应用研究

3.1 Bim技术在城市供水管网运维系统中的具体应用分析

总体而言，供水管网运维系统的建设方案主要由四层组成，包括数据处理层、平台选择层、应用显示层和系统设施层。对于系统设施层来说，以下三层基本的软件支持，也是整个操作维护系统无障碍操作的关键和基础。在数据处理层，包含Bim数据模型和视频监控数据，是整个系统数据源的重要组成部分，可以提供非常准确、科学的数据信息作为运维支持。平台选择层，在Bim技术的支持下，进行合理的数据采集和科学集成，有效搭建供水管网运维系统平台，确保系统运行的合理性和科学性。最后，对于应用显示层来说，它是四个部分中最重要的环节，也是运维系统中所有功能的聚集地。

3.2城市供水管网智能运维系统功能分析

对城市供水管网智能运维系统的进一步分析表明，该系统具有数据采集、数据处理和Bim平台功能，有利于提高运行维护水平。对于数据采集功能，供水管网运维系统可以采集供水管网Bim的模型参数信息。针对数据处理功能，可以通过不同的数据形式将水量和水压输入供水管网运维系统，从而有效地整合数据信息，进行有效的分析和应用。对于Bim平台功能，在本系统中，合理采用Bim平台，每个传感器都可以采集数据，通过数据库到平台，然后对数据进行科学分类，并进行有效管理，合理集成，从而形成一个功能非常强大的三维可视化数据平台。

4结论

4.1尽快建立统一的信息平台

形成统筹调度的供水网络，建立具有自学习能力的供水信息平台，已被业界公认为一种有效的管理措施。信息化开发作为调度的主要辅助手段，可以将更多的人工经验转化为科学合理的调度。提高信息技术在调度中的参与度，可以有效提高调度和监控的效率。应将预警预报机制研究作为重点课题加以推广。

4.2深入研究城市供水管网运行安全技术

研究管道事故发生机理，特别是针对新管道和老管道运行安全检测、监控及相关升级等技术研发，积极利用物联网，大数据和云计算等新兴科技研发智能感知和实时监测、自动处置和紧急切断等先进技术，在全市建立区域性高风险管道监测系统，研究了危险高压管道泄漏、爆管突水等重大事故的快速预防与处理技术。

4.3制度完善供水管网安全运行标准和标准体系

对国内外供水管道安全法规和标准、监管体系和机制进行比较研究，借鉴良好经验和做法。应制定相应的地方和行业标准，尽快解决供水管道规划、建设和运营管理中存在的问题。

参考文献

[1]耿继军.城市智慧管网信息系统的设计与研究[D].东华理工大学,2016.

[2]夏金儒,杨谈政.浅谈以智慧管网实现城市管网运行的本质安全[J].办公自动化,2014(S1):119-120.