浅谈物联网技术在市政水务管理中的应用

杨朝彬

（中电建生态环境集团有限公司）

1 市政水务管理现状和需求

目前，很多地区市政排水设施管理方式落后、设施缺失、效率较低、成本较高、效果一般，亟需提升完善[1]。对水系生态要素缺乏监控，了解生境、生物多样性、生态健康状况的能力不足。对水环境综合变化趋势及原因缺乏大数据积累、系统分析模拟、预警及应急预案设置，不利于其长效管理[2]。

真正实现流域水环境的长治久清，除了生态建设、截污治污等系统的工程建设外，还须建立现代化的长效管理系统，通过政策、机制、物联网等确保工程成果长期有效运转，流域能够保持健康状态。

长效管理的物质基础是环境物联网系统的建设，通过建立全面物联网感知体系、智慧化的生态环境决策应用，实现对流域生态环境全过程监管，提升生态环境预警水平及决策能力，为全面提升生态环境长效管理提供智慧化平台支撑。

2 物联网系统构建原则

强化信息技术与水务业务的深度融合，以“互联网+水务”模式，通过改革创新，建立一套完善的水务信息化软硬件体系和运行管理制度。通过对大数据的整合共享和深度开发应用，实现水务监测、管理、决策等各类工作的精细化、专业化、标准化，保证各类水务工作的协同性、及时性和有效性[3]。

利用数据信息全面获取业务要素和管理行为的全面智能思路，实现物联网水务信息化系统可视、可知、可控、可预测和可溯源的目标，实现市政水务管理“一屏统管、一键统管”业务应用要求。

统一规划、统一布局、统一设计、规范标准、突出重点、分步实施，在实施策略上，重点推进核心业务建设，注重信息的共享和安全体系建设，保证系统建设的完整性[4]。

2.1 统筹规划、可持续发展

在物联网系统实施前，必须在充分调研和技术研究的基础上，制定全面、整体、长期的发展规划，明确阶段的建设目标和分期实现的步骤，有序进行建设。必须制定和贯彻统一的数据、技术和应用标准，以确保系统间的兼容和信息与技术的共享。

2.2 兼顾基础性与公用性

物联网系统的建设要从项目的基础性、公用性和延续性角度加以考虑，从各部门电子政务业务系统建设的共同点出发，以污水管网管理、水质水量水位监测等基础资源为核心，为运营监管单位、政府各部门提供公用基础性的信息服务，同时为各单位、各部门之间的信息共享和数据交换提供区域市政水务管理的专属基础信息支撑[5]。

2.3 安全为先、实用为本

污水管网检查、水质监测、水量监测、水位水量调度、闸门远程控制本身就属于敏感信息，同时项目在电子政务应用方面又具有基础性和公用性的特点，项目的设计、开发和实现要确保系统数据与服务的安全性和可靠性，通过高效的安全机制，为各应用系统提供基础性、公用性的数据，防止各种自然或人为因素对项目应用层造成破坏。为了发挥区域市政水务管理系统的作用，项目要满足各层次用户的需求，针对不同层次的用户提供不同的信息技术服务，使用户能够使用项目应用层提供的信息服务，满足不同用户日常业务应用[6]。

2.4 前瞻开放、经济可行

为了确保项目的可持续发展，项目的设计、开发和集成要充分利用目前成熟的技术，采用先进的技术和方法（如IPv6、SOA、WebService、XML、JavaEE、C#、元数据驱动、消息服务总线、全文检索、云计算、AI、人工智能、大数据、区块链等），并充分考虑未来发展的需要，使应用层具有开放的体系结构，系统的功能和数据具有良好的可扩展性，以满足系统未来发展的需要。

2.5 标准化与规范化

为了确保项目的基础性和公用性，实现各类政务基础信息服务的共享，必须参考国际、国家、地方、行业的有关标准，建立统一的标准和共同遵守的规范，使公用性、基础性的数据库以及在此之上构建的公共信息服务和数据共享交换接口能为项目运营管理单位、主管政府各部门、社会公众所接受和使用[7]。

2.6 完整性与可靠性

除了针对项目系统功能需求外，还要充分考虑系统非功能需求和项目的全程监管，吸收国内外先进经验，从系统建设开始就实施现代项目管理，对项目的建设管理、项目实施、人员培训等项目建设的诸多环节进行初步规划和设计，确保涵盖电子政务项目建设的全部要求。

3 物联网系统的功能及应用（以某水务物联网系统为例）

物联网系统以信息化、智能化管理区域水务信息，以分期分阶段方式开展建设，真正做到让决策者心中有“数”，管理看得见。为确保物联网系统搭建完成之后能够有效监管偷排、漏排和超标排污等问题，有效管理河长制、湖长制总体管理控制目标，有效管控污水直接下河。

依托GIS+BIM+IoT技术，构建物联网系统，实现区域水务设施设备领域广泛互联应用，达到水务工程建设和运营维护信息化，实现“万物互联”的水务基础设施数字化监测体系，推动水务管理感知体系建设结合智慧城市建设高质量发展。充分利用5G、AI、人工智能、区块链、IPv6技术、大数据等高新技术，以水务数据为基础建立城市信息模型，支撑后续工程设计、建设效果验证、水务管理“厂网河”一体化的管理要求。

以水利普查数据、管网调查数据、农业普查数据等基础数据为基础，开展对水务数据的清洗整理和数据治理工作，并建立基础数据动态更新机制，逐步建立区域水务空间档案数据，实现“建档立卡、摸清家底”。依据建立的基础数据，结合前端感知设备，建立实施在线监测对基础信息进行定期检测，并按照运营管理要求建立定期检测，结合自动化控制等状态感知数据，实现对基础资料的“定期体检，掌握状态”的要求。

通过汇聚的数据建立基础数据库、监测数据库、业务数据库、专题数据库、共享交换数据库、元数据库及临时数据库，实现对市政水务管理的精细化管理。基于汇聚管理的数据搭建精准预警分析和精确决策管理，搭建“一屏统管、一键统管”的区域市政水务管理系统，内容主要包括在线监测系统、闸坝自动化、监控中心、水务数据中心、水务管理一张图、网络通信系统、应用信息系统、“厂网河”一体化管理和信息安全九大工程，提升区域水管理能力水平。

物联网系统最为核心，也最为基础的在线监测系统相关设备设施包括地表水和排水管网的水质、水量、视频等。针对排水管网水质监测，分为标准站水质监测和原位水质监测两类，标准水质监测实现对排水管网的定量监测，原位水质监测实现对排水管网的定性监测。

3.1 污水管网标准站监测

利用区域排水规划分区，在排水分区规划基础上划分网格小区，并利用排水管网主干关系，结合区域重点涉水企业分布情况，对排水管网进行全覆盖监测。通过分析和论证，在涉水企业汇水区域新增外置水质标准监测站，重要排水分区节点新建标准站。监测指标有PH/T、溶解氧、电导率、浊度、CODcr、NH3-N、TP、TN等。

3.2 污水管网原位监测

通过分析和论证，在重要的管控点位、主干汇聚点管道内新增原位水质站对排水管网的水质进行自动化监测。监测指标有PH/T、浊度、COD、ORP、电导率、流量、液位等。

3.3 地表水水质在线监测

结合区域实际及已有地表水监测站，合理新增布置，实现对区域地表水的监测要求。

3.4 地表水水雨情监测

针对目前区域的实际情况，根据《山洪灾害防治非工程措施补充完善技术要求》要求，进行山洪灾害调查评价（危险区分布和小流域分布情况），综合已建监测站基本情况表和调查评价成果的危险区分布图，在相应河道安装水雨情监测设备，根据站点实际需要安装对应的视频监控，以满足实时查看要求。

3.5 农业水价综合改革

利用现代物联网、云服务及大数据应用技术实现河段流域监测监控管理，形成“云”+“端”的服务管理模式，实现河段闸站控制和过闸流量监测、视频监控，以及工程运行巡视的信息化管理。

数据的管理以行政区划和流域两种尺度，实现动态扩展的数据管理模式，满足区域信息资源目录要求。按照行政区划进行管理，能够充分落实属地管理原则，方便监管和决策。按照流域进行管理，落实河长制管理工作，以运营管理单位为基础权属管理，实现数据管理的灵活性。

系统构建过程强化信息技术与水务业务的深度融合，以“互联网+水务”模式，通过改革创新及信息互联互通机制，建立一整套完善的水务信息化软硬件体系和运行管理制度，市政水务监管、监测能力提升很大，能够有效管理区域排水管网偷排、漏排问题，做到监管排水管网的提质增效管理，有效提升水质保障管理和涉水事件溯源能力。通过引入小型“厂网河”一体化调度分析耦合模型，初步建立区域“厂网河”一体化管理能力和决策分析调度能力，为市政水务高效管理及水环境长效机制奠定坚实的物质基础。

4 结语

在社会对水环境要求日益提高的背景下，物联网技术对水环境改善的应用将越来越广泛，物联网技术应用于水务行业是信息时代不可逆转的趋势。主管部门以及广大水务技术人员应与时俱进，关注物联网技术的发展对市政水务长效管理的作用，在具体的环境物联网系统方案设计中，应重点关注监测点位布局的科学性、预警阈值的合理性等，以便更好地实现物联网系统搭建的初衷，发挥最佳的管理、调度作用。目前，物联网技术在环保行业的应用已初见成效，将物联网技术应用于水质监测、预警、调度等业务，为市政水务管理提供了高效、规范的发展方向，推广应用中仍需结合有关规定，持续不断优化系统性能，注重管理安全与实效。