上海智慧环保展

上海国际智慧环保及环境监测展览会

INTENV CHINA 2022

202268-10

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解密!沙坪河河长制这样实现智慧一体化管控!

导读
 
介绍了鹤山沙坪河河长制智慧一体化管控系统建设背景、思路、方式和所取得的成果,利用物联网、大数据、模型模拟、智慧决策和管理等系统,构建鹤山市智慧管理平台,实现管理的智能化、专业化、精细化、自动化。
 
智慧监管是鹤山市示范推进工作的重要创新点之一,充分考虑河长管理过程中出现的信息多方共享、工作精准传达、过程实时监管、公众深度参与等新要求,建设集全流域管控一体、全区域联动协作、全市资源共享为一体化的智慧河长管控平台,形成主动预警式管理模式,实现管理的实时性和穿透力、协同的系统化和制度化、绩效的规范化和动态化、决策的科学化和主动化。
 
01 工程概况
 
鹤山沙坪河综合整治工程是改善鹤山城市面貌、提升投资环境、人居环境的重要民生工程,共分为两期实施。沙坪河全长37.6 km,贯穿鹤山市中心城区。2016年4月开始,当地采取PPP模式,引入北控水务集团,从工程建设、运营提质、智慧管理等方面全面提升流域治理、管理的水平。一期工程范围为沙坪河闸上8.7 km的干流河段,主要包含防洪工程、道路工程、景观工程;二期工程主要为沙坪河上游及支流(龙口河、桃源河、升平河、古蚕水)流域内控源截污等相关工程。其中一期工程已于2016年4月开工,已于2018年完工。
 
鹤山市河长制智慧一体化管控平台的建设将全方位贯穿“互联网+河长制”行动,基于河长日常管理中移动办公、在线审批、过程监管、公众参与的多维度需求,实现信息汇集管理、重要污染源管理、问题发现解决、舆情收集反馈、多级河长管理、动态绩效考核、辅助河长决策等功能,包括公众参与微信端、河长巡查移动端、河长管理计算机端以及河长信息采集与互动公示牌,建设集全流域管控一体、全区域联动协作、全市资源共享为一体化的河长工作平台,使其真正成为鹤山市各级河长管理的重要抓手,形成具有鹤山特色的智慧管理模式,助力鹤山市率先实现:“厂网一体化、供排水一体化、城乡一体化、水务环境一体化、环保教育常态化”等具有先进示范效应的管控特色。
 
02 智慧水务设计的体系架构
 
鹤山市河长制智慧一体化管控平台的智慧水务系统按照智慧水务顶层设计的思路,借鉴目前国际、国内同类项目建设经验,搭建适应的智慧水务功能框架,总体架构按6个层次设计,分别为感知层、网络层、数据层、支撑层、应用层和用户层,智慧水务总体技术架构见图1。
 

图1 智慧水务总体技术架构

 
该系统总体架构具有特点:
 
功能明确,流程清晰,运作有序,便于实现自动化;
 
面向用户,层次分明,输入/输出界面友好,突出实用性;
 
适应水务运营管理服务信息化的需要,并充分考虑今后系统的扩充、扩展要求,同时便于与其他系统连接。
 
智慧水务平台采用三大基础体系、一网、一平台、一中心进行总体设计。具体如下:
 
三大基础体系:标准规范体系、监测感知体系和运维管理体系;
 
一网:水务基础设施网络,用来将所有的监测信息自动传输至监控中心与分中心,保证监控中心与分中心互联互通;
 
一平台:智慧水务软件平台,是项目建设过程以及建成后的日常生产与运行管理平台;
 
一中心:监控管理中心,集数据采集、处理和分析、运行监视和事故报警、控制与调度等一体的综合管理中心,为用户提供多媒体浏览和集中展示,是管理调度的核心。同时,在监控管理中心内搭建数据中心,对数据进行后台管理。
 
03 智慧水务工程建设内容
 
在已有“三防管理”“河长制管理”智慧化构建的基础上,在公众参与、绩效考核保障体系的支撑下,通过物联感知构建鹤山市全流域复合式监控体系,二期在此一期的基础上后续实现流域多维耦合模型体系与大数据分析应用,结合鹤山市水务数据中心、运管中心、调度中心的建设,构建“管控一体、联动协作、资源共享”的鹤山市河长制智慧一体化管控平台。
 
3.1 感知层及网络的建设
 
监控体系建设是智慧管理工程建设的基础。充分利用物联网、卫星遥感、雷达遥测、视频监控、全球定位与信息感知等技术方法,形成对重点监测区域的水安全、水资源、水生态、水环境的立体监测网络,建设成布局合理、结构完备、功能齐全、高度共享的“空天地一体化”水务基础信息采集与传输系统,通讯方式采用多网,即多种通讯方式共存(租用运营商专线、4G/5G移动数据、WIFI等多种方式相结合进行数据传输互联,完成数据采集、录入与数据传输),形成鹤山市流域型复合式监控体系,其网络拓扑结构见图2。
 

图2 智慧水务网络拓扑结构

 
目前一期以类型全方位覆盖为主,实现典型设施的集中监控和管理,主要在集成已有监测数据的基础上,增加河道水质、排水管网、排水口、农村污水处理站流域污染源的监测,同时集成现有供水厂、供水管网监测数据,具体监测内容及数量见表1。
 

表1 监测体系

 
国内外河道水质污染源判别分析手段主要分为2类:一类是基于光谱或质谱分析的河道污染源判别,另一类是基于常规水质指标的河道污染源判别。本工程采用后者方法,通过常规水质指标的具体取值和变化特点,基水质监测数据的内在统计指标,对河道水质异常变化的原因进行特定分析,采用多元的统计分析方法及先进算法(神经网络、遗传算法等)推断出可能的污染源及可能的位置。
 
3.2 数据库平台建设
 
建立统一的水务数据中心,加强各业务系统的综合管理,转变原有的分散数据存储和管理为物理上分布存储,逻辑上统一管理的模式,对共享数据进行统一存储,提高数据集成、共享水平,方便数据访问和提取。实现水务数据的分布存储、逻辑整合和管理自治,大大提升数据资源的安全性、可靠性和可用性,以及数据库系统运行效率。
 
(1)基础数据整合。
 
整合相关单位的运行数据,包括:市水务集团的相关泵站、污水处理厂运行数据及排出口检测、水资源取水等物联网设备信息数据,气象、水文系统中天气、雨情、水情、流媒体数据,环保局重点污染企业水质在线监测数据等,以此为后续的统计分析、辅助决策提供数据支撑。预留第三方接口,方便服务的调用及数据同步,并根据实际情况进行必要的定制开发。
 
(2)综合数据库建设。
 
综合数据库建设是为数据源提供存储、维护、检索数据的功能,把系统所需的数据按一定模式组织存储起来,满足应用需求(信息要求和处理要求),使应用系统可以方便、及时、准确地从数据库中获得所需信息。
 
数据库的数据按数据类型主要分为以下几种:基础地形数据、运行监测数据、资产数据、文档多媒体数据、排水设施数据。所以,本次项目的数据库建设按类型也是分为基础地形数据库、运行监测数据库、资产数据库、文档多媒体数据库、排水设施数据库五大库。
 
河长制工作涉及数据与信息众多,为保证信息和数据的同一化,进行全市全流域的协同调配。鹤山市建立河长制数据中心,将河长制管理相关的数据(包括相关制度、工程计划、污染源管理、河长牌管理、河长管理信息、供排水设施数据、水环境数据等)利用鹤山市河长制智慧一体化管控平台进行同一管理和维护,同时建立各相关部门之间的数据上报与信息共享机制,定期进行信息更新,并将部分信息对公众发布,以推动公众参与,同时为实现环保教育常态化提供支撑。数据库系统交互关系如图3所示。
 

图3 数据库系统交互关系

 
3.3 软件平台建设
 
鹤山河长制智慧一体化管控系统分两期实施,一期主要为鹤山市河长管理工作提供平台和工具,实现主要数据的综合管理、河长巡查、公众参与、河长考核等功能,全方位管理和协调河长工作,保证河长工作的时效性和穿透力;二期在一期基础上,进行业务模块扩展,可以包括防洪排涝预测预报与风险管控、水资源在线监控与优化调度、水环境监测预警与控制联调、供排水一体化联合调度管理等。软件平台应用系统功能结构示意见图4。

 

图4 软件平台应用系统功能结构图示意

 
3.4 决策支持
 
环境容量与排污总量控制,根据生态功能,评估河流、湖泊流域水环境承载能力,确定水污染排放控制总量,将排污总量层层分解,确定流域内区域和企业允许排放的入河污染物总量。摸清河湖水系本底数据,做到本底清、机理明;利用模型工具,分析变化趋势,持续监测并分析评价,做到长治久清。
 
智慧数据及服务支撑层引入模型模拟(一维、二维、三维)、水流全过程模拟、三维BIM模型模拟、水务虚拟现实平台等。智慧水务系统平台能完整呈现三维大场景下的河湖关系,并直观全面的展示各类站点的布设位置和基础业务信息,为管理者创建一个具有高度沉浸感的三维虚拟管理环境。同时凭借三维GIS良好的表现效果和高度仿真的地下管网空间拓扑模型,灵活调用各类模型和算法,对阀门、泵站进行实时监控,从而完整的实现平台架构下的各业务子系统的具体功能。
 
04 一期工程平台运行成果
 
在技术创新和智慧化方面,沙坪河流域治理项目完成BIM构建及流域污染源的GIS集成;建设完成综合决策计算机端、日常管理网页端、移动监管手机端及公众参与微信公众号。具体功能如下:
 
(1)综合决策计算机终端。基于BIM、GIS技术,对沙坪河河道、沙坪河水利枢纽中心、金城村农村污水处理站等进行BIM建模,实现区域全方位可视化动态辅助决策(见图5和图6)。

 

图5 平台软件界面

 

图6 河道水系监测

 
(2)移动监管手机端。手机端主要供镇村级河长巡查、问题上报、工单处理,同时供市级、镇级河长查看相关数据及工作进展,对部分问题进行处理和督办。包括管理、巡查、绩效、通讯录等功能模块。
 
(3)公众参与微信端。公众参与微信端主要通过微信公众号形式,供公众或民间河长进行问题上报以及相关信息发布,包括公众上报、为河长点赞等功能。
 
(4)河长日常管理网页端。主要供领导进行河长工作全面了解和综合决策,同时供市河长办公室进行相关业务处理。主要包括综合决策、河长管理、公众参与、河长考核、统计分析、河长宝典、信息管理等功能模块(见图7)。

 

图7 河长日常管理网页

 
05 结论及建议
 
鹤山市河长制智慧一体化管控平台紧密围绕整治方案的核心目标及原则——以“水质提升、防洪安全”为核心目标,以提升城市生态功能为原则,建设成为一套可“实时监测、科学预警,保障城市安全,及时准确地感知监测数据,提供智能决策”的智慧化平台。该系统的研发运行,对保障河道沿岸的水安全、水环境情况及水资源的的可持续利用和经济社会可持续发展有着重大意义,为鹤山中小河流治理实现智能化一体化管控打下良好基础。
 
目前水环境河道流域智慧水务设计缺乏相关规范支撑,设计人员在具体工作中参考其他行业规范和标准,迫切需要出台水环境河道流域体系下的智慧水务的设计标准、导则,根据水环境河道流域的特点制定具有行业指导意义的技术标准、导则,以利于提高智慧水务信息系统建设与应用的整体水

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