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利用現(xiàn)代信息技術(shù)，建設(shè)智慧城市，是當今世界城市發(fā)展的趨勢，更是城市生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容。隨著河長制、治水提質(zhì)、海綿城市建設(shè)等治水策略的先后實施，水務(wù)管理的精細化、業(yè)務(wù)協(xié)同化能力不斷提高。同時，新時代的發(fā)展，對水務(wù)的智慧化也提出了更高的要求。

在此基礎(chǔ)上，廣東省在其環(huán)境保護“十三五”規(guī)劃、水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃中提出了“著力提升水利科技和信息化水平，打造廣東智慧水利”的規(guī)劃目標。深圳市在其水務(wù)發(fā)展“十三五”規(guī)劃及新型智慧城市建設(shè)總體方案中分別提出了“推進具有智能感知、智慧分析的智慧水務(wù)工程建設(shè)”、“注重智能感知、突出智能應(yīng)用，構(gòu)建智慧水務(wù)服務(wù)體系”、“深化智慧水務(wù)建設(shè)，推進集數(shù)據(jù)采集、水務(wù)預(yù)警決策和應(yīng)急于一體的智慧環(huán)保建設(shè)”
的規(guī)劃建設(shè)目標。

結(jié)合羅湖區(qū)水務(wù)管理的實際工作需要，在《深圳市羅湖區(qū)“智慧城區(qū)”“十三五”規(guī)劃》、《深圳市羅湖區(qū)生態(tài)文明建設(shè)規(guī)劃2016-2030》的基礎(chǔ)上，開展羅湖區(qū)“智慧水務(wù)”物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測項目建設(shè)規(guī)劃，既是整體提升羅湖區(qū)水務(wù)業(yè)務(wù)監(jiān)督管理水平的重要舉措，也是落實智慧水務(wù)建設(shè)要求的具體體現(xiàn)，同時更是智慧羅湖、智慧深圳建設(shè)的堅實基礎(chǔ)。因此，本項目的建設(shè)有著十分重要的意義。

1　案例應(yīng)用

1.1　項目建設(shè)概況

圖1 總體框架結(jié)構(gòu)圖

羅湖區(qū)智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測項目以智慧分析應(yīng)用為牽引，以智慧決策支持為核心，以智慧感知為基礎(chǔ)，以智慧服務(wù)為目標，是一個全面建設(shè)智慧水務(wù)信息平臺的應(yīng)用系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即智慧感知網(wǎng)的建設(shè)。對羅湖區(qū)境內(nèi)主要江河、湖泊的水位、流量、水質(zhì)和岸線，對水位、水質(zhì)，以及對水庫、堤防、水閘等水利工程要素全面透徹感知，集成共享水利行業(yè)及其他涉水信息，并實現(xiàn)區(qū)水務(wù)局與深圳市水務(wù)局、羅湖區(qū)和街道，與區(qū)政府和相關(guān)部門的互聯(lián)互通。

基礎(chǔ)平臺，即水務(wù)數(shù)據(jù)庫建設(shè)。通過水務(wù)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，實現(xiàn)水利及相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲、清洗、交換、共享、融合及數(shù)據(jù)的分類與綜合分析；通過智慧城市領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙的建設(shè)，為羅湖區(qū)水務(wù)重大事件決策會商、現(xiàn)場指揮、應(yīng)急響應(yīng)和智慧系統(tǒng)綜合展示提供支撐。

智慧應(yīng)用建設(shè)，重點開展城市涉水綜合體等應(yīng)用的建設(shè)，同步推進水務(wù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、移動辦公等系統(tǒng)平臺建設(shè)。

通過智慧水務(wù)信息平臺應(yīng)用建設(shè)，能夠為各級政府提供科學精準的綜合調(diào)度和決策支持服務(wù)，為其他相關(guān)行業(yè)提供便捷高效的業(yè)務(wù)辦公和監(jiān)督管理服務(wù)，為社會公眾提供完善的公眾輿論監(jiān)督和信息咨詢服務(wù)。

1.2　建設(shè)清單一覽表

本項目建設(shè)內(nèi)容為物聯(lián)網(wǎng)感知、水利模型、特色應(yīng)用三大部分。其中物聯(lián)網(wǎng)感知主要建設(shè)前端各類監(jiān)測，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，形成物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺；AI分析能力計算根據(jù)羅湖區(qū)的實際情況建設(shè)相應(yīng)的水利模型。詳細如表1所示。

表1 羅湖區(qū)智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測項目建設(shè)清單一覽表

1.3　物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)內(nèi)容

通過梳理現(xiàn)有存量數(shù)據(jù)和需要補充的數(shù)據(jù)信息,借助IoT物聯(lián)網(wǎng)平臺、衛(wèi)星遙感、視頻監(jiān)控等先進科技手段，對重點河流水庫、水務(wù)工程等開展監(jiān)測設(shè)施建設(shè)。初步構(gòu)建了較為完善的水情、雨情、工情、災(zāi)情、水文、水位、水量、水質(zhì)等水利信息采集體系，形成自動化、高精度、全天候、多元化智能采集網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建起空天地一體化的空間格局，集成多源社會數(shù)據(jù)，以達到透徹感知、全面互聯(lián)。

1.4　水務(wù)專題數(shù)據(jù)庫建設(shè)

在制定數(shù)據(jù)標準、實施數(shù)據(jù)分類、建立數(shù)據(jù)資源目錄和開發(fā)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，采用元數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)交換共享技術(shù)及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，通過在線實時處理、固定格式導(dǎo)入、標準接口對接等多種方式獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)。

羅湖區(qū)水務(wù)局數(shù)據(jù)交換共享系統(tǒng)（ROMA）用于對接水務(wù)局內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)、各個業(yè)務(wù)交換子平臺及對接深圳市羅湖區(qū)相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)等，橫向打通與羅湖區(qū)其他委辦局的數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)各單位之間的交換數(shù)據(jù)收集和管理，提取共性的涉水數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)中心提供數(shù)據(jù)來源。

1.5　業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺建設(shè)

1.5.1　物聯(lián)網(wǎng)平臺

（1）NB-IoT網(wǎng)關(guān)

NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)主要由傳輸模塊和數(shù)據(jù)采集模塊組成，其中傳輸模塊支持GPRS/4G/NB-IoT/LTE多種模式。網(wǎng)關(guān)的LiteOS可遠程自動升級，具有設(shè)備反控、加密處理等功能。

在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中內(nèi)置了區(qū)塊鏈算法，每一組數(shù)據(jù)產(chǎn)生時會同步采集設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)過加密后追加到區(qū)塊鏈中，每條數(shù)據(jù)都帶有時間戳，通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)上的分布式驗證，再進行數(shù)據(jù)傳輸，確保每條數(shù)據(jù)都安全可靠。

（2）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入管理系統(tǒng)

通過建設(shè)設(shè)備接入管理系統(tǒng)，實現(xiàn)社區(qū)全域物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備統(tǒng)一接入標準、一站式管理，對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備從接入到退出全生命周期流程的全時、全程監(jiān)控。

圖2 設(shè)備生命周期管理流程示意圖

（3）物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)服務(wù)子系統(tǒng)是消息中間件總線，作為部門前置交換子系統(tǒng)與中心系統(tǒng)之間的信息交換通道，實現(xiàn)交換信息的打包、轉(zhuǎn)換、傳遞、解包等功能。交換傳輸系統(tǒng)采用分布式云消息技術(shù)，運行在分布式大數(shù)據(jù)操作系統(tǒng)上，具有大規(guī)模集群化消息處理能力，提供高可靠性、高性能和高吞吐量的大數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理能力。

（4）物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運維子系統(tǒng)

根據(jù)規(guī)則引擎模塊反饋回來的告警信息，對告警信息做出分析，制定相應(yīng)的巡檢任務(wù)進行相應(yīng)的計劃與處理。此功能包括巡檢計劃、巡檢任務(wù)、運維人員等模塊。

圖3 運維業(yè)務(wù)邏輯示意圖

（5）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的運行工況，結(jié)合AI技術(shù)，對設(shè)備運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，判斷設(shè)備狀態(tài)，為故障預(yù)防、高效運維提供依據(jù)。設(shè)備運行數(shù)據(jù)分析模型包括：設(shè)備故障預(yù)警分析、設(shè)備在線率分析、設(shè)備傳輸有效率分析、故障類別趨勢分析、故障率分析、數(shù)據(jù)有效性分析等。

1.5.2　羅湖區(qū)水利AI分析平臺
包括地表產(chǎn)匯流模型、水體零維模型、河道一維水力學模型、地下管網(wǎng)匯流模型等水利AI分析能力計算。

圖4 模型示意圖

1.5.3　城市涉水綜合監(jiān)管應(yīng)用

圍繞水務(wù)核心業(yè)務(wù)，以水務(wù)專題為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)應(yīng)用為核心，以數(shù)據(jù)挖掘、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)為手段，通過建立模型，重點開展城市涉水綜合監(jiān)管應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，同步推進其他智慧水務(wù)業(yè)務(wù)等服務(wù)平臺建設(shè)，全面提升對“政府、水務(wù)及相關(guān)行業(yè)、公眾”三個對象的服務(wù)能力。

圖5 領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙示意圖

2　應(yīng)用創(chuàng)新性及難點問題

2.1　案例應(yīng)用創(chuàng)新性

緊緊圍繞流域項目建設(shè)目標，堅持“在繼承中智慧城市發(fā)展，在改革中創(chuàng)新”的原則，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)大感知體系、業(yè)務(wù)大數(shù)據(jù)中心、繪制“智慧地圖”，充分運用現(xiàn)代信息技術(shù)和大模型技術(shù)，推動信息化與羅湖區(qū)水務(wù)管理工作全面深入融合，全面促進流域管理信息化建設(shè)。

2.1.1　完善物聯(lián)網(wǎng)大感知，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)

綜合運用物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)，對河道、水庫、暗渠、雨水管網(wǎng)、易澇點、排水口進行全方位的監(jiān)測，輔助遙感技術(shù)、無人機技術(shù)結(jié)合水文、水力、河流動力、氣象、環(huán)境、管理、經(jīng)濟和數(shù)學等相關(guān)知識學科體系，實現(xiàn)羅湖區(qū)數(shù)據(jù)整合、分類存儲、加工處理、交換共享、分析挖掘、數(shù)據(jù)評估、數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)據(jù)安全的全流程、全生命周期和全景式的管理，以大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略為動力，以信息資源為核心，為大數(shù)據(jù)在流域水資源水清管理中的創(chuàng)新應(yīng)用、服務(wù)和深度融合提供有力的支持和決策依據(jù)，形成數(shù)據(jù)開放共享、業(yè)務(wù)創(chuàng)新發(fā)展新格局。

2.1.2　流域數(shù)字化，搭建羅湖區(qū)“ 全區(qū)河流動力學”

依托衛(wèi)星遙感、地面遙感、機載雷達、人工智能等技術(shù)，通過天空地一體化全方位、多手段、多元化的數(shù)據(jù)采集獲取數(shù)字流域空間信息，構(gòu)建“流域智慧地圖”，以多源、多維、多時空的完整高精度空間信息，形成數(shù)字流域?qū)ｎ}服務(wù)。

2.1.3　采用水利大模型技術(shù)，輔助管理智能化

以流域的整體模型作為基礎(chǔ)，模擬羅湖區(qū)水、天氣等變化的現(xiàn)象和過程，處理流域大數(shù)據(jù)，揭示河流河水、雨水管、雨水流動變化規(guī)律，預(yù)測河流流向和污染行為，為流域上的水污染防治信息化應(yīng)用以及流域管理提供良好的支撐和決策依據(jù)。最終實現(xiàn)讓流域的每一處水的管理，都有模型精準計算，輔助流域管理的智能化。

2.2　案例難點問題及解決思路

羅湖區(qū)水務(wù)局相關(guān)委辦局需要完善對羅湖區(qū)河道、水庫、雨水管網(wǎng)的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實時掌握羅湖區(qū)行政區(qū)域內(nèi)的水資源、水環(huán)境、供排水情況、水土流失、防洪等多方面業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。夯實水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測體系，完備監(jiān)測類型，改善目前水務(wù)局掌握數(shù)據(jù)不全面、不及時，數(shù)據(jù)不準確的現(xiàn)狀，同時做到數(shù)據(jù)共享，對接其他相關(guān)部門單位的數(shù)據(jù)，做到數(shù)據(jù)融合。

（1）在水利工程管理、安全管理、監(jiān)管企業(yè)管理上缺乏覆蓋完善的監(jiān)測設(shè)備，缺少統(tǒng)一的業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，無法對在建和已建水利工程全生命周期、在建工程安全方面、違法排放企業(yè)監(jiān)管方面做到有據(jù)可依、有跡可循的全方位監(jiān)管。

（2）在城市內(nèi)澇監(jiān)管方面，監(jiān)測點位無法覆蓋羅湖區(qū)行政區(qū)域，監(jiān)測點位設(shè)置缺乏合理性，監(jiān)測數(shù)據(jù)及預(yù)警信息傳達不及時等多種現(xiàn)象導(dǎo)致無法在易澇發(fā)生前進行準確的預(yù)測，組織資源對易澇點進行防范措施。

（3）在羅湖區(qū)水資源管理方面，對羅湖區(qū)轄區(qū)內(nèi)的5座區(qū)管水庫、河道缺乏完備的監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備，水庫大壩安全也缺乏監(jiān)測，少量的水庫只建有水尺和部分攝像頭，缺乏完善高效的水利自動化監(jiān)測設(shè)施，對水資源的監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取極度匱乏，因此水務(wù)局無法對全區(qū)的水資源進行全面掌握，導(dǎo)致在水資源管理、水環(huán)境治理等多方面無法達到預(yù)期效果。

（4）在業(yè)務(wù)信息化方面，目前水務(wù)局使用的系統(tǒng)比較單一，多為國家、省市下發(fā)的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、不互通的問題，導(dǎo)致在業(yè)務(wù)處理過程中無法高效快速地辦理業(yè)務(wù)。現(xiàn)在仍采用傳統(tǒng)的人工轉(zhuǎn)達、人工前往現(xiàn)場進行處理的現(xiàn)象，效率低下。

通過羅湖區(qū)智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測項目建設(shè)為水務(wù)工程巡檢、水行政執(zhí)法、行業(yè)監(jiān)管事務(wù)提供規(guī)范化、精細化的日常管理工具，將人力投入、人工作業(yè)為主的“人防”模式轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^系統(tǒng)功能提供敏捷、高效、規(guī)范化、精細化管理手段的“技防”模式，用科技換人力，能夠及時發(fā)現(xiàn)河道破壞、水環(huán)境污染等違法行為，進而及時采取措施，避免污染范圍擴大，制止河道、水環(huán)境破壞成為既定事實，有效降低治理污染、恢復(fù)生態(tài)所投入的成本。促使工作模式轉(zhuǎn)變，管理上降本增效。

3　應(yīng)用效益

3.1　社會效益

羅湖區(qū)通過智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測項目建設(shè)，在水務(wù)領(lǐng)域釋放新型智慧城區(qū)發(fā)展紅利，可大幅度提升區(qū)域的水環(huán)境、水務(wù)工程管理、水利工程安全的監(jiān)測能力，進一步增強水安全、水資源感知能力，強化水務(wù)行業(yè)監(jiān)管能力，在提升民生服務(wù)和城市治理方面，實現(xiàn)對城市水務(wù)的全面感知（智能化）、態(tài)勢監(jiān)測（可視化）、事件預(yù)警（可控化），推動水務(wù)行業(yè)健康有序發(fā)展和管理轉(zhuǎn)型升級，緊緊圍繞深圳現(xiàn)代化國際化創(chuàng)新型城市的發(fā)展定位，打贏水污染及環(huán)境治理的攻堅戰(zhàn)，維護河湖水地下管網(wǎng)的生態(tài)健康，具有重要的社會效益。

（1）提高城區(qū)水安全保障和防災(zāi)減災(zāi)能力，構(gòu)建韌性城市

推進水安全的精細化管理，提升防汛排澇問題預(yù)測研判與管理調(diào)控的能力，實現(xiàn)汛情災(zāi)情可視、可知、可預(yù)測，支撐防汛排澇的精準調(diào)度及科學決策，問題及隱患做到“快發(fā)現(xiàn)、短響應(yīng)、快處置、時反饋”，提升跨區(qū)域、跨部門、跨領(lǐng)域的協(xié)同處置能力，全面提升羅湖區(qū)在水災(zāi)害方面的城市安全韌性，增強人民群眾的安全感。

（2）增強河湖綜合治理能力，提升城市環(huán)境品質(zhì)

在羅湖區(qū)水務(wù)管理上切實推動新一代信息通信技術(shù)與城市水務(wù)發(fā)展深度融合，引領(lǐng)和促使城市的發(fā)展與創(chuàng)新能力。從而增強河湖綜合治理能力，強化水污染治理工作落實和監(jiān)督考核的技術(shù)能力和手段，提升羅湖區(qū)生態(tài)文明建設(shè)水平，形成“高效、活力、精準、安全、和諧”的城市發(fā)展新業(yè)態(tài)和新路徑，打造“一半山水一半城”的美麗羅湖。

（3）提高水務(wù)服務(wù)和行業(yè)監(jiān)管水平，優(yōu)化城市公共服務(wù)

通過羅湖區(qū)智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測項目深刻改變政府社會管理和公共服務(wù)方式，拓寬水務(wù)信息開放和共享的渠道，使社會公眾更為便利、直觀地獲取水務(wù)服務(wù)信息；實現(xiàn)行政審批流程優(yōu)化增強人民群眾的獲得感、滿足感，助力深圳現(xiàn)代化國際化創(chuàng)新型城市的建設(shè)。

3.2　經(jīng)濟效益

通過項目的建設(shè)，加快了深圳市羅湖區(qū)水務(wù)公共設(shè)施和羅湖區(qū)市政基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型的智能化，推動了羅湖區(qū)對現(xiàn)有資源的有效配置和合理利用，實現(xiàn)了羅湖區(qū)數(shù)據(jù)驅(qū)動與業(yè)務(wù)發(fā)展相融合，改善羅湖區(qū)的生態(tài)資源有效利用，具有切實的經(jīng)濟效益。

（1）技術(shù)深度融合，推動經(jīng)濟發(fā)展

在新型智慧城市建設(shè)逐步形成的生態(tài)模式，在深圳羅湖區(qū)智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)項目建設(shè)中得到充分應(yīng)用。項目使的智慧水務(wù)逐步培育新的創(chuàng)新生態(tài)，在開放的體系中創(chuàng)新主體圍繞城市水系統(tǒng)治理、公共服務(wù)、生產(chǎn)效能等方面的需求提出各種創(chuàng)意并付諸實踐，推動了智慧水務(wù)方面新的技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新。在大數(shù)據(jù)統(tǒng)計、模型計算、VR技術(shù)等方面得到了突破和應(yīng)用。

（2）信息充分共享，提升數(shù)據(jù)價值

通過項目建設(shè)，優(yōu)化了水務(wù)管理方面的信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、共享、分析、管理、應(yīng)用等方面的相關(guān)標準和流程，實現(xiàn)信息采集的全覆蓋、相關(guān)部門間業(yè)務(wù)信息的充分共享、數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)一規(guī)范，消除數(shù)據(jù)孤島、信息煙囪，促進水務(wù)業(yè)務(wù)的一體化管理，使水務(wù)管理決策更加科學、精準。一方面避免水務(wù)管理數(shù)據(jù)資源的重復(fù)建設(shè)，通過應(yīng)用資產(chǎn)和數(shù)據(jù)資產(chǎn)的復(fù)用，使水務(wù)信息化成果得到更充分的利用，顯著提升水務(wù)信息和數(shù)據(jù)價值；另一方面建立科學高效的業(yè)務(wù)協(xié)同機制，破解技術(shù)標準不統(tǒng)一、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)重復(fù)采集、人力物力浪費以及數(shù)據(jù)孤島造成的勞動重復(fù)，從而有效降低系統(tǒng)建設(shè)運維的總體成本。

摘自《自動化博覽》2020年1月刊