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利用現代信息技術，建設智慧城市，是當今世界城市發展的趨勢，更是城市生態文明建設的重要內容。隨著河長制、治水提質、海綿城市建設等治水策略的先后實施，水務管理的精細化、業務協同化能力不斷提高。同時，新時代的發展，對水務的智慧化也提出了更高的要求。

在此基礎上，廣東省在其環境保護“十三五”規劃、水利發展“十三五”規劃中提出了“著力提升水利科技和信息化水平，打造廣東智慧水利”的規劃目標。深圳市在其水務發展“十三五”規劃及新型智慧城市建設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工程建設”、“注重智能感知、突出智能應用，構建智慧水務服務體系”、“深化智慧水務建設，推進集數據采集、水務預警決策和應急于一體的智慧環保建設”
的規劃建設目標。

結合羅湖區水務管理的實際工作需要，在《深圳市羅湖區“智慧城區”“十三五”規劃》、《深圳市羅湖區生態文明建設規劃2016-2030》的基礎上，開展羅湖區“智慧水務”物聯網監測項目建設規劃，既是整體提升羅湖區水務業務監督管理水平的重要舉措，也是落實智慧水務建設要求的具體體現，同時更是智慧羅湖、智慧深圳建設的堅實基礎。因此，本項目的建設有著十分重要的意義。

1　案例應用

1.1　項目建設概況

圖1 總體框架結構圖

羅湖區智慧水務物聯網監測項目以智慧分析應用為牽引，以智慧決策支持為核心，以智慧感知為基礎，以智慧服務為目標，是一個全面建設智慧水務信息平臺的應用系統。

數據采集系統，即智慧感知網的建設。對羅湖區境內主要江河、湖泊的水位、流量、水質和岸線，對水位、水質，以及對水庫、堤防、水閘等水利工程要素全面透徹感知，集成共享水利行業及其他涉水信息，并實現區水務局與深圳市水務局、羅湖區和街道，與區政府和相關部門的互聯互通。

基礎平臺，即水務數據庫建設。通過水務數據庫的建設，實現水利及相關數據的存儲、清洗、交換、共享、融合及數據的分類與綜合分析；通過智慧城市領導駕駛艙的建設，為羅湖區水務重大事件決策會商、現場指揮、應急響應和智慧系統綜合展示提供支撐。

智慧應用建設，重點開展城市涉水綜合體等應用的建設，同步推進水務業務系統、移動辦公等系統平臺建設。

通過智慧水務信息平臺應用建設，能夠為各級政府提供科學精準的綜合調度和決策支持服務，為其他相關行業提供便捷高效的業務辦公和監督管理服務，為社會公眾提供完善的公眾輿論監督和信息咨詢服務。

1.2　建設清單一覽表

本項目建設內容為物聯網感知、水利模型、特色應用三大部分。其中物聯網感知主要建設前端各類監測，構建物聯網監測網絡，形成物聯網大數據平臺；AI分析能力計算根據羅湖區的實際情況建設相應的水利模型。詳細如表1所示。

表1 羅湖區智慧水務物聯網監測項目建設清單一覽表

1.3　物聯網建設內容

通過梳理現有存量數據和需要補充的數據信息,借助IoT物聯網平臺、衛星遙感、視頻監控等先進科技手段，對重點河流水庫、水務工程等開展監測設施建設。初步構建了較為完善的水情、雨情、工情、災情、水文、水位、水量、水質等水利信息采集體系，形成自動化、高精度、全天候、多元化智能采集網絡，初步構建起空天地一體化的空間格局，集成多源社會數據，以達到透徹感知、全面互聯。

1.4　水務專題數據庫建設

在制定數據標準、實施數據分類、建立數據資源目錄和開發數據庫的基礎上，采用元數據技術、數據交換共享技術及數據處理技術，通過在線實時處理、固定格式導入、標準接口對接等多種方式獲取監測數據、共享數據。

羅湖區水務局數據交換共享系統（ROMA）用于對接水務局內部業務系統、各個業務交換子平臺及對接深圳市羅湖區相關業務系統等，橫向打通與羅湖區其他委辦局的數據共享，實現各單位之間的交換數據收集和管理，提取共性的涉水數據，為數據中心提供數據來源。

1.5　業務應用平臺建設

1.5.1　物聯網平臺

（1）NB-IoT網關

NB-IoT物聯網網關主要由傳輸模塊和數據采集模塊組成，其中傳輸模塊支持GPRS/4G/NB-IoT/LTE多種模式。網關的LiteOS可遠程自動升級，具有設備反控、加密處理等功能。

在物聯網網關中內置了區塊鏈算法，每一組數據產生時會同步采集設備的狀態數據，經過加密后追加到區塊鏈中，每條數據都帶有時間戳，通過監測網絡上的分布式驗證，再進行數據傳輸，確保每條數據都安全可靠。

（2）物聯網設備接入管理系統

通過建設設備接入管理系統，實現社區全域物聯網設備統一接入標準、一站式管理，對物聯網設備從接入到退出全生命周期流程的全時、全程監控。

圖2 設備生命周期管理流程示意圖

（3）物聯網數據服務子系統

數據服務子系統是消息中間件總線，作為部門前置交換子系統與中心系統之間的信息交換通道，實現交換信息的打包、轉換、傳遞、解包等功能。交換傳輸系統采用分布式云消息技術，運行在分布式大數據操作系統上，具有大規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據交換和數據處理能力。

（4）物聯網設備運維子系統

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

圖3 運維業務邏輯示意圖

（5）數據統計分析系統

根據物聯網感知設備的運行工況，結合AI技術，對設備運行數據進行統計分析，判斷設備狀態，為故障預防、高效運維提供依據。設備運行數據分析模型包括：設備故障預警分析、設備在線率分析、設備傳輸有效率分析、故障類別趨勢分析、故障率分析、數據有效性分析等。

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

圖4 模型示意圖

1.5.3　城市涉水綜合監管應用

圍繞水務核心業務，以水務專題為基礎，以數據應用為核心，以數據挖掘、人工智能、物聯網等新技術為手段，通過建立模型，重點開展城市涉水綜合監管應用系統建設，同步推進其他智慧水務業務等服務平臺建設，全面提升對“政府、水務及相關行業、公眾”三個對象的服務能力。

圖5 領導駕駛艙示意圖

2　應用創新性及難點問題

2.1　案例應用創新性

緊緊圍繞流域項目建設目標，堅持“在繼承中智慧城市發展，在改革中創新”的原則，建設物聯網大感知體系、業務大數據中心、繪制“智慧地圖”，充分運用現代信息技術和大模型技術，推動信息化與羅湖區水務管理工作全面深入融合，全面促進流域管理信息化建設。

2.1.1　完善物聯網大感知，構建物聯網大數據

綜合運用物聯網感知技術，對河道、水庫、暗渠、雨水管網、易澇點、排水口進行全方位的監測，輔助遙感技術、無人機技術結合水文、水力、河流動力、氣象、環境、管理、經濟和數學等相關知識學科體系，實現羅湖區數據整合、分類存儲、加工處理、交換共享、分析挖掘、數據評估、數據質量和數據安全的全流程、全生命周期和全景式的管理，以大數據發展戰略為動力，以信息資源為核心，為大數據在流域水資源水清管理中的創新應用、服務和深度融合提供有力的支持和決策依據，形成數據開放共享、業務創新發展新格局。

2.1.2　流域數字化，搭建羅湖區“ 全區河流動力學”

依托衛星遙感、地面遙感、機載雷達、人工智能等技術，通過天空地一體化全方位、多手段、多元化的數據采集獲取數字流域空間信息，構建“流域智慧地圖”，以多源、多維、多時空的完整高精度空間信息，形成數字流域專題服務。

2.1.3　采用水利大模型技術，輔助管理智能化

以流域的整體模型作為基礎，模擬羅湖區水、天氣等變化的現象和過程，處理流域大數據，揭示河流河水、雨水管、雨水流動變化規律，預測河流流向和污染行為，為流域上的水污染防治信息化應用以及流域管理提供良好的支撐和決策依據。最終實現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

羅湖區水務局相關委辦局需要完善對羅湖區河道、水庫、雨水管網的監測網絡，實時掌握羅湖區行政區域內的水資源、水環境、供排水情況、水土流失、防洪等多方面業務提供數據支撐。夯實水務物聯網監測體系，完備監測類型，改善目前水務局掌握數據不全面、不及時，數據不準確的現狀，同時做到數據共享，對接其他相關部門單位的數據，做到數據融合。

（1）在水利工程管理、安全管理、監管企業管理上缺乏覆蓋完善的監測設備，缺少統一的業務管理系統，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、違法排放企業監管方面做到有據可依、有跡可循的全方位監管。

（2）在城市內澇監管方面，監測點位無法覆蓋羅湖區行政區域，監測點位設置缺乏合理性，監測數據及預警信息傳達不及時等多種現象導致無法在易澇發生前進行準確的預測，組織資源對易澇點進行防范措施。

（3）在羅湖區水資源管理方面，對羅湖區轄區內的5座區管水庫、河道缺乏完備的監測監控設備，水庫大壩安全也缺乏監測，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測設施，對水資源的監測數據獲取極度匱乏，因此水務局無法對全區的水資源進行全面掌握，導致在水資源管理、水環境治理等多方面無法達到預期效果。

（4）在業務信息化方面，目前水務局使用的系統比較單一，多為國家、省市下發的系統，這些系統存在數據不統一、不互通的問題，導致在業務處理過程中無法高效快速地辦理業務。現在仍采用傳統的人工轉達、人工前往現場進行處理的現象，效率低下。

通過羅湖區智慧水務物聯網監測項目建設為水務工程巡檢、水行政執法、行業監管事務提供規范化、精細化的日常管理工具，將人力投入、人工作業為主的“人防”模式轉變為通過系統功能提供敏捷、高效、規范化、精細化管理手段的“技防”模式，用科技換人力，能夠及時發現河道破壞、水環境污染等違法行為，進而及時采取措施，避免污染范圍擴大，制止河道、水環境破壞成為既定事實，有效降低治理污染、恢復生態所投入的成本。促使工作模式轉變，管理上降本增效。

3　應用效益

3.1　社會效益

羅湖區通過智慧水務物聯網監測項目建設，在水務領域釋放新型智慧城區發展紅利，可大幅度提升區域的水環境、水務工程管理、水利工程安全的監測能力，進一步增強水安全、水資源感知能力，強化水務行業監管能力，在提升民生服務和城市治理方面，實現對城市水務的全面感知（智能化）、態勢監測（可視化）、事件預警（可控化），推動水務行業健康有序發展和管理轉型升級，緊緊圍繞深圳現代化國際化創新型城市的發展定位，打贏水污染及環境治理的攻堅戰，維護河湖水地下管網的生態健康，具有重要的社會效益。

（1）提高城區水安全保障和防災減災能力，構建韌性城市

推進水安全的精細化管理，提升防汛排澇問題預測研判與管理調控的能力，實現汛情災情可視、可知、可預測，支撐防汛排澇的精準調度及科學決策，問題及隱患做到“快發現、短響應、快處置、時反饋”，提升跨區域、跨部門、跨領域的協同處置能力，全面提升羅湖區在水災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，提升城市環境品質

在羅湖區水務管理上切實推動新一代信息通信技術與城市水務發展深度融合，引領和促使城市的發展與創新能力。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督考核的技術能力和手段，提升羅湖區生態文明建設水平，形成“高效、活力、精準、安全、和諧”的城市發展新業態和新路徑，打造“一半山水一半城”的美麗羅湖。

（3）提高水務服務和行業監管水平，優化城市公共服務

通過羅湖區智慧水務物聯網監測項目深刻改變政府社會管理和公共服務方式，拓寬水務信息開放和共享的渠道，使社會公眾更為便利、直觀地獲取水務服務信息；實現行政審批流程優化增強人民群眾的獲得感、滿足感，助力深圳現代化國際化創新型城市的建設。

3.2　經濟效益

通過項目的建設，加快了深圳市羅湖區水務公共設施和羅湖區市政基礎設施轉型的智能化，推動了羅湖區對現有資源的有效配置和合理利用，實現了羅湖區數據驅動與業務發展相融合，改善羅湖區的生態資源有效利用，具有切實的經濟效益。

（1）技術深度融合，推動經濟發展

在新型智慧城市建設逐步形成的生態模式，在深圳羅湖區智慧水務物聯網項目建設中得到充分應用。項目使的智慧水務逐步培育新的創新生態，在開放的體系中創新主體圍繞城市水系統治理、公共服務、生產效能等方面的需求提出各種創意并付諸實踐，推動了智慧水務方面新的技術的創新和應用創新。在大數據統計、模型計算、VR技術等方面得到了突破和應用。

（2）信息充分共享，提升數據價值

通過項目建設，優化了水務管理方面的信息數據的采集、傳輸、共享、分析、管理、應用等方面的相關標準和流程，實現信息采集的全覆蓋、相關部門間業務信息的充分共享、數據分析的統一規范，消除數據孤島、信息煙囪，促進水務業務的一體化管理，使水務管理決策更加科學、精準。一方面避免水務管理數據資源的重復建設，通過應用資產和數據資產的復用，使水務信息化成果得到更充分的利用，顯著提升水務信息和數據價值；另一方面建立科學高效的業務協同機制，破解技術標準不統一、基礎數據重復采集、人力物力浪費以及數據孤島造成的勞動重復，從而有效降低系統建設運維的總體成本。

摘自《自動化博覽》2020年1月刊