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國內智慧水務顯著及國外智慧水務發展趨勢&案例解析

發表時間:2018-5-16 11:42:06  閱讀次數:
國內智慧水系統現狀調研分析
1 政策
國家或行業層面都明確提出了對城市供水企業在自動化、信息化技術的建設和應用要求,努力實現 “以信息化帶動工業化,以工業化促進信息化”的技術進步發展目標。
(1) 國家對水務企業技術進步的要求 : 國家住建部、發改委2012年5月印發的 《全國城鎮供水設施改造與建設“十二五” 規劃及2020年遠景目標》提出:依靠科技,提升水平。加大科技對城鎮供水發展的支撐力度,增強科技創新能力, 推進生產運行自動化、業務管理信息化,提升城鎮供水行業的現代化水平。
(2)住房城鄉建設部辦公廳《關于開展國家智慧城市試點工作的通知》建辦科〔2012〕42號提出:建設智慧城市是貫徹黨中央、國務院關于創新驅動發展、推動新型城鎮化、全面建成小康社會的重要舉措。各地要高度重視,抓住機遇,通過積極開展智慧城市建設,提升城市管理能力和服務水平,促進產業轉型發展。
(3) 國務院印發《國家新型城鎮化規劃(2014-2020年)》智慧城市建設方向第3條:發展智能水務,構建覆蓋供水全過程、保障供水質量安全的智能供排水和污水處理系統。發展智能管網,實現城市地下空間、地下管網的信息化管理和運行監控智能化。
(4)國家發改委、住建部等八部委印發《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》發改高技[2014]1770號:智慧城市是運用物聯網、云計算、大數據、空間地理信息集成等新一代信息技術,促進城市規劃、建設、管理和服務智慧化的新理念和新模式。建設智慧城市,對加快工業化、信息化、城鎮化、農業現代化融合,提升城市可持續發展能力具有重要意義。
(5)行業標準《城鎮供水管網運行、維護及安 全技術規程》(CJJ207-2013)提出要求:有條件的供水單位應開展管網優化調 度工作,在保證城鎮供水服務質量的前提下, 應降低供水能耗。明確優化調度工作應包括:① 建立水量預測系統;② 建立調度指令系 統;③ 建立管網數學模型;④ 建立調度預案 庫;⑤ 建立調度輔助決策系統。
2 行業階段歷程
國內大部分水務公司信息化技術的發展經歷了從早期無紙化辦公、局域網、OA辦公系統建設到后期信息化技術在運營管理業務應用的跨越。水系統信息化主要歸納成四個階段歷程。
第一階段:水系統信息化的基礎建設,包括:基礎物聯網構建,數字化信息系統建設如:SCADA監測系統、營收系統等;
第二階段:完善信息化數據建設,建立GIS地理信息系統、以GIS為基礎完善管網資產管理系統、完善SCADA在線監測系統等;
第三階段:實現信息化業務應用系統模塊,基于精準的管網資產數據實現分區計量管理、基于GIS地理信息系統建立移動化巡查系統、建立離線水力模型及水質模型等應用;
第四階段:數據融合實現一體化信息調度平臺,利用物聯網、實時水力模型、大數據分析等技術,整合各類數據源的數據,建立數據中心,通過各類應用算法的支持實現智慧決策的實時綜合調度平臺。
3 行業難點
中國近幾年發展起來物聯網,互聯網等產業背后是海量數據的支持與發展。然而,這些產業在水務行業的應用及對企業管理模式的影響速度卻沒有這些技術本身發展的那么快速,甚至,還存在著一定的距離。比如:數據應用前的基礎構建不完善導致的數據質量不高、各模塊之間數據沒有形成互聯互通,同時,行業對物聯網,互聯網及大數據應用帶來的企業管理模式這種理念的轉變還存在不一致的看法等。
1)數據不完善問題:數據不精準、不及時,會限制系統的應用,包括對數據分析以及通過數據分析提供的決策。國內大部分水務企業的技術水平處于上述的第二階段或者第三階段,具備了地理信息系統以及水力模型等信息化工具,但仍然有許多水務企業信息化的基礎建設還處于第一階段,甚至還在為地理信息系統(GIS)數據的精準性做努力。處于第一階段的水務公司如果要實現智慧水務,至少需要完善地理信息系統,完善管網資產數據,建立SCADA監測系統,只有基于SCADA監測系統,地理信息系統、管網資產數據才能建立精準的水力模型,才能跨越到第二、三階段的平臺。沒有這樣完善、準確的基礎數據想要實現智慧水系統是不現實的。
2)數據孤島問題:從當前國內水務行業的普遍問題看,雖然一些水司建立了各類模塊,但是數據是孤立的,沒有實現資源共享。實現智慧水系統主要的瓶頸在于信息“孤島”的整合,信息互聯互通欠佳,限制、阻礙了更高層次的智慧應用。國內大部分水司具備了幾個模塊數據源,例如:SCADA系統、地理信息系統GIS、管維系統、水力模型等等,但是卻無法實現實時調度、事故預警等效果,其原因是因為數據并未實現有效的整合,即使有“數據中心”也只是將各類源的數據從一個模塊“機械”地拷貝或導入到另一個模塊數據庫中,當歷史數據過于龐大時,就會導致系統運行緩慢、數據丟失等各類問題。因此,要想最終實現“智慧”的效果,首先要利用高效的數據管理軟件實現數據的統一、分類、分層管理;其次,要重視算法研究的應用,即針對各類生產運營產生的實際問題(如爆管預警、漏損控制、水量預測等)通過數據分析研究精準有效的算法,為水系統平臺提供有效的決策依據。
3)智慧水務認知問題:智慧水務推行的最終目的之一是實現企業管理架構與管理模式的調整。智慧水系統平臺之所以可以實現“智慧”的效果,并不僅僅因為它投入了傳感器等監測硬件,或者建立了龐大的軟件整合平臺,它的智慧是在建立統一的數據中心前提下,通過對海量數據信息進行及時分析與處理,從而獲得解決業務問題的應用算法,將這些算法集成到軟件平臺上應用,使數據分析結果發揮“大腦”的作用,起到預警、預測等效果,實現更加精細和動態的管理方式以支持水系統的整個生產、管理和服務流程。
4 解決途徑
智慧水系統絕不是買軟件或硬件可以實現,而是要解決“know-how”的問題。智慧水系統平臺建設的組成包括硬件設備公司(提供智能水表,傳感器等),軟件公司(提供數據庫軟件),還有提供系統全套產品的公司,及科技互聯網企業。
1)數據庫軟件產品的選擇:借助于高效的數據庫軟件實現對各信息系統(不同時期、不同模塊)的整合與集成,實現對各信息系統中數據、信息的抽取和調用, 從而形成一個統一的信息共享平臺。一個企業如果通過信息化手段實現數據、功能的靈活應用,也就可以解決因管理職能劃分導致的業務不統一管理問題。
根據調研,目前國內外實時數據庫產品比較多,如國外的有OSISoft公司的PI系統、GE公司的IHistory系統、施耐德的InSQL系統、霍尼韋爾的PHD系統;國內的有三維力控的pSpace、亞控科技的KingHistorian。一般對于一個數據庫產品的分析,可以從系統架構、數據采集、資產框架、數據存貯、數據管理與查詢、數據展示、系統開放性和穩定性幾個方面綜合分析。
2)智能算法研究團隊:水信息技術算法在整個系統平臺中發揮著“大腦”的智慧作用,是實現智慧水務不可缺少的一部分內容,在數字信息化的環境下,企業已經無法通過購買現有的軟件模塊、或者通過長期依賴于咨詢機構提供的技術服務來維護技術的發展和可持續的應用,企業需要存儲、利用生產經營數據進行分析,使數據發揮作用,為生產運營提供可靠的支持。 企業要實現算法,可以通過于高校、咨詢機構合作,共同參與研發,以此提高企業自身的技術水平。
國內外陸續發展起很多水務信息化科研機構:如英國??巳卮髮W水系統研究中心、西班牙科學院、巴塞羅那水研究中心、清華大學、浙江大學、同濟大學等研究團隊均有針對水務信息化技術算法研究的科研團隊。
國外智慧水系統技術調研
1 國外水司信息化發展歷程
與國內快速發展的形式相比,國外從經驗模式到智能自控模式的轉變經過了一個較長的探索和發展歷程,國外的水務技術發展重點不是在市場上去尋找智慧系統模塊化或者現成軟件平臺的方向,而更加注重于企業自身數據的采集、分析和應用,包括對硬件如何實現優化布局、如何采用科學技術解決實際運營難題、數據應用的分析研究等等,經歷了一個從生產到研究、從研究到應用的歷程。
2 國外技術現狀
大部分國外智慧水系統由兩塊技術組成即計算機輔助(IT)和業務技術支持(OT),加強IT-OT的融合是國外水司的主要工作,OT 是提供水系統的智慧技術,不僅僅是數據的采集,還需要可視化和分析;在OT應用方面,英國聯合水務的業務包括了監測和報告、事件檢測、事件預防、事件診斷、自動應急及優化等應用。
國外信息化的發展應用,除了在水系統本身,還延伸到用戶用水量預測、分析等服務。例如歐盟支助的iWIDGET智慧水務項目,研究內容不僅僅在水系統方面的技術,更在于用戶消耗水量的數據分析,分析不同類型用水的實時數據、獲得為提高水費發票精準度和靈活性的信息、基于數據分析獲取水的消費趨勢等。 事實上越來越多發達國家對未來水務提倡一個概念即:建立一個有彈性理念的水務系統。
國外的信息化應用比國內早,尤其是數據的深度挖掘與分析,英國部分水司在早期信息化建設中就重視生產數據的分析及應用,水力模型的建立也比中國較早發展應用,目前國內水司應用較多的幾個水力模型軟件如Infoworks、DHI、KYPIPE、Bently等都是來自英國、丹麥或者美國的軟件。英國很多水司通過建立數據庫,布設大量壓力或流量傳感器來采集生產運營中的數據,例如:英國聯合水務在硬件方面投入的流量計和壓力傳感器有8000多個。水司通過與高校聯合的研究項目實現數據分析算法的應用,這種數據整合、智慧平臺建設、智能算法應用最終帶來的效果就是實現企業管理模式的轉變,一個從依靠經驗化的管理模型轉變成高效智能的自動化管理模式。
3 實例分析
1)OSIsoft 
OSIsoft 的 PI系統,包括交互系統,服務器和數據處理工具,能夠實時管理數據,對用戶可視化。根據從國內外水務公司使用的產品調研,PI在全球的應用超過20個國家,超過150家水務公司的客戶正在使用PI。包括:英國Thames Water、英國Yorkshire Water、英國United Utilities(聯合水務)、荷蘭Evides、荷蘭 Vitens 、 荷蘭Oasen、菲律賓Mynilad Water Service,澳洲Melbourne Water,美國San Francisco PUC, 美國Los Angeles Wastewater, 美國 New York DEP, 美國South Florida Water等水務。
應用實例:英國泰晤士水務(Thames Water)
Thames Water 是英國最大的供水公司之一,其之前的水務管理系統面臨超過40天歷史數據不能保存,無法將數據可視化,不同類型數據需要不同分析軟件處理等問題。而更換PI系統后,達到更快更準確的數據應用,同時避免了水管老化可能造成的風險。
2) Sensus
Sensus 是一個很大的智能水表設備供應商,它的產品還包括數據傳輸系統( FlexNet? 通信)分析軟件(Sensus 分析)等。
應用實例:美國加州芳泉谷(Fountain Valley)部署了 Sensus 智能水網,其中包括 FlexNet? 通信系統、iPERL? 民用和 OMNI? 商用水表。組合使用后,整個城市和居民能夠更加清楚地了解從何處減少用水并先行一步判定漏水點,達到了減水20%的目標。
3)Innovyze
前身MWH Soft,是一家提供飲用水/污水水力模型和模擬技術的公司。其產品Innovyze Smart Water Network (SWN)通過高級分析、GIS,實時模型等工具,分析供水需求,水質,天氣,能量消耗和運行條件等數據,為水廠提供實時運行數據。
應用實例:美國拉斯維加斯(Las Vegas)應用智慧水系統后,成功減少了運輸損耗和能源消耗。 
4)GE Water
在大數據時代到來之際,老牌水務公司GE Water 也將目光投向了智慧水務市場。GE 在Predix平臺發布了軟件服務Software-as-a-Service (SaaS) ,來提高水廠運營效率和水量水質。這種軟件服務使得水廠不用購買專門的服務器儲存數據,滿足了很多小型水廠的需求。GE 在Predix平臺上的軟件還包括管道健康(Pipeline Health),數字水廠(Digital Water Plant)等。
4 智慧水系統的優勢
智慧水系統在國外的發展不僅為水司節約了成本費用,也為水務企業做出一個長期戰略的決策,以下是利用數據分析為水司帶來的利益調研數據:
? 舊金山公共事業局(San Francisco PUC)在系統維護方面每年年為員工節省9600個小時;
? 馬尼拉水務公司(Maynilad Water):通過實時數據的泄漏檢測,每天回收6.4億升水;
? 加拿大卡爾加里城市(City of Calgary):通過用大數據管理城市防洪,提供河流系統的高度一覽圖, 實時掌握流量與水位, 并能夠細化了解重要區域的詳情,整個系統采集的數據包括: 流量、深度、水位、流向 (分流或合流)、溫度、濕度、雨量、天氣數據等,基于洪水風險的預測,卡爾加里市就能完成分流,有效的為防洪排澇提供技術支持。
? Vitens公司:智慧水系統可以在2分鐘內實現爆管事件的識別;
? 英國聯合水務(United Utilties):數據分析可以實現第二天的用水量預測;
? IBM工業用戶:通過數據分析提供的幫助,半導體制造工廠的水和能源每年可以減少1000萬美元。
而且,國外很多水務系統升級改造是問題導向的,從這些案例來看,每一個水務企業都是為了解決所在地區的實際問題,例如洪澇,干旱,損耗嚴重等,從而推動了信息化系統的應用。雖然該系統有很多成功的實踐,應用時也不能生搬硬套。
結語
水務行業已經進入數據信息時代,如何正確客觀的了解一個企業的現狀水平,以及現狀水平與先進技術之間的那段距離是企業邁入新臺階的關鍵。先進的技術之所以是先進的,是因為它發揮了解決問題的效果,但并不是所有先進的技術都可以在照搬照套的模式下形成相同的效果,只有正確了解客觀現狀,才能選擇適合的技術和模式,在探索中尋找到有效解決問題的途徑。
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