数字孪生智慧水务管理建设方案

    城市水务关系到国计民生，是世界上所有国家和地区最重要的生命线之一，世界各国都大力实施城市水务以应对水资源危机。

    2014年初，国家将智慧水务建设纳入智慧城市建设的重要内容。从2015年开始至2019年，中国城镇供水排水协会连续五年组织召开“中国城市智慧水务高峰论坛”，对国内智慧供水建设方面的成果、探索和思考进行交流，推动水务行业的智慧化进程。国家住建部和发改委于2017年5月联合印发《全国城市市政基础设施建设“十三五”规划》，规划中明确指出：“发展智慧水务，构建覆盖水务全过程，涵盖水量、水质、水压、水设施的信息采集、处理与控制体系”。

    智慧供水是智慧水务的核心组成部分，也是智慧城市建设的基础和必然延伸。在国家政策积极指导和新型技术应用的大环境下，智慧供水运行管理作为城市水务建设不可或缺的部分，已成为传统水务领域转型升级的重要方向和发展趋势，它通过信息化技术方法获得、处理并公开城市供水信息，可有效管理城市的引水、供水、用水等过程，是智慧城市建设的主要支撑。

基于大数据技术的城市智慧水务总体框架

    智能监控体系

    （1）立体感知体系。在城市智慧水务体系中，需要获取各类要素数据来支撑计算和业务处理。基于工业互联和数据驱动的理念，基于具备坚实的、可预见性工程的物理系统，借助无人机、雷达、车、船、站、机器人、手机舆情等高科技设备及技术，形成“空天地”一体化的立体感知体系，更系统、更全面、更深入地从设备及各种终端收集数据，是整个城市智慧水务的基础。

    （2）自动控制体系。基于工业互联和数据驱动的理念，基于具备坚实的、可预见性工程的物理系统，通过传感器闭环控制维持系统运行做关键调整，通过执行机构对设备系统的运行和逻辑进行指挥，从设备及各种终端最大程度收集数据，用数学孪生技术与大型处理器分析信息，以获得系统的高级别潜在信息并制定各设备及终端工作逻辑，形成高水平自主控制体系，整个体系是基于智能分析体系分析结果的实际应用。

    高清视频会商系统

    在基础网络的支撑下，某区水务局建设了一套高清视频会商系统，涉及核心机房、1 个主会场，28 个二级分会场。同时某区水务局采购卫星电话、单兵等先进前端设备建设现已建成语音综合管理调度系统及海康云监控系统。通过一套平台实现语音调度、会议调度、广播调度、视频调度、移动视频会商、相关人员定位管理、水情消息推送等多媒体综合指挥调度功能，满足日常值班、应急指挥、移动执法、巡检等多种工作场景，从而提高了行政效率和信息化管理程度，缩短面临自然灾害和突发情况的决策周期。

    智慧水务GIS管网快速关阀

    智慧水务GIS管网快速关阀分析系统，以智慧水务GIS管网与供水调度监测平台监测数据为基础，为智慧水务空间信息提供了与现实对应的真实场景，GIS系统可展示复杂的空间拓扑关系，复杂的网络分析技术将城市地下管网拓扑结构数据转换为特殊的网络结构图。考虑多处爆管或施工、管网复杂节点属性、特殊阀门不可关闭等复杂工况要求，选择集成多领域技术设计了一套实时关阀分析算法模型。该模型运算过程高效、直观、可靠，能够根据特殊工况的变化快速实时分析出可靠的关阀方案。

智慧应用体系

    智慧应用体系建设采用模块化的思想，基于移动App、可视化平台、信息发布软件即服务进行设计，该建设模式可以有效避免系统重复性建设，易于系统升级改造，实现系统的开放性和动态可持续发展；智慧应用体系包括智慧民生服务平台、智慧政务管理平台和智慧企业/业务支撑平台3大平台以及分别对应的子模块。这种建设模式可以实现以下功能：按需服务、随时服务、通用性强、高可靠性、极其廉价，并且是高可扩展性的。

    中枢应用

    建立中枢应用，包含数据接入系统、公共服务系统、GIS 系统、数据中台系统、边缘智能管理系统、流程引擎系统、规则引擎系统等智慧水务应用场景下重复使用的模块，减少系统重复建设，打通数据孤岛，实现智慧水务系统从烟囱式建设向中台化建设的发展。

    数据接入系统：是对不同数据来源完成数据采集、数据传输、数据处理、数据缓存到数据平台的过程。作为基础平台，向下链接各个业务子系统，向上为数据中台提供标准化的数据支撑。其主要包含针对硬件设备数据采集的物联网统一接入系统、针对各个软件应用系统数据汇聚的信息统一接入系统和对前两个系统覆盖不到需要手动补充的手工录入系统三个系统组成。

    业务层应用

    建设业务层应用，涵盖智慧水务供水生产应用、供水经营应用与供水服务应用，覆盖从源头到龙头全流程供水环节，主要包括：

    生产应用：原水管理、水厂自动化应用（SCADA）、生产管理应用、水厂数字孪生应用、LIMS应用、泵站管理应用、二次供水管理应用、管网监测、全网综合调度、水力模型、供水管网管理应用、管网应急决策管理、设备管理应用、数字化视频监控等。

    经营应用：外业工单管理应用、DMA应用、抢维修应用、管网养护应用、营销类工单应用、抄表应用、营业收费管理应用、大用户管理应用、报装管理应用、表务管理应用等。

    服务应用：服务热线应用、网上营业厅、移动APP等。

    城市水系是影响和制约城市发展的重要自然环境因素，智慧水务建设将推动我国由传统水利向现代水利转变，是未来实现水资源科学发展的新模式。将智慧水务应用到城市水系建设上，可以借助大数据技术、先进的计算机与通信技术来实现对水资源的及时、准确的数据监测，这也成为城市水资源信息管理的一种必然趋势。这对水务管理信息系统的构建、减少水灾害具有重大价值。