人工智能技术在二次供水领域的应用前景浅析

01 城市二次供水运营管理在技术上有待解决的问题二次供水运营管理包括局部和整体两个维度。局部是指具体到小区现场增压设备的运行控制和作业，需要在合理的成本水平下连续稳定保障该小区内用水终端龙头的水量、水压、水质；

城市二次供水运营管理在技术上有待解决的问题

二次供水运营管理包括局部和整体两个维度。

局部是指 具体到小区现场增压设备的运行控制和作业，需要在合理的成本水平下连续稳定保障该小区内用水终端龙头的水量、水压、水质；

整体是指 辖区内全部二次供水设施的统筹管理以及与城市管网输配水体系的协同，实现人力物力合理分配，以及客观资源条件下峰谷期的全体系安全高效运行。

目前，国内不同城市的二次供水运营管理水平差异较大 ，除了历史条件和政策因素外，在技术应用水平上的差异主要是自动化、信息化、网络化技术的应用广度和深度存在差异，其中，先进城市通过出台标准、规范二次供水设施建设，在增压设备自动化控制、运行数据采集、远程集中监控平台建设、水龄管理、错峰蓄水等环节已开展实践，取得了相关成效和经验。

但是，二次供水运营管理确实存在控制节点繁多、影响因素及其相互关系繁杂的客观实际，难以生成清晰明确的决策逻辑， 实践中，即使能够高水平运用自动化、信息化、网络化技术，仍然存在有待解决的技术问题：

现场作业难以实现完全标准化决策，

离不开经验指导

近年新建的二次供水增压调蓄设施大都配备PLC系统进行该供水单元自身的自动化控制，建成年限长、欠缺PLC系统的旧设施则可以通过改造，增加配置该功能，但是，各小区供水单元的工艺参数各异，使用的设备品牌各异，无论是开发商的建设和采购标准，或是设备厂商的产品标准，均不可能从供水企业开展运行维护的角度进行设计，增压调蓄设备自动化控制系统的控制参数、控制逻辑、输出信号等，各色其色，并不能满足运行维护现场作业的决策需要。

例如：增压调蓄设备自动化控制系统输出的报警信号，往往不能直接采信，一是 除了实质性故障信号外，PLC系统往往反复出现大量提示性异常信号 ，这是因为PLC程序的控制逻辑所需的若干参数使用了计算值、虚拟值而并非实际监测值，应用在不同的小区实际环境中必然产生偏差，因而无可避免地反复提示，这类报警属于设备厂商内部工作，对现场运行维护作业只会造成干扰而没有实际意义，二是报警信号只能反映某一状态值发生偏差或缺失的结果，由于PLC系统本身不能对传感回路和通讯回路故障进行识别，因此还需要对该偏差或缺失是否属实、或是传感器故障、或是通讯故障进行进一步判断。

实践中，单凭增压调蓄设备自动化控制系统对现场运行维护作业的决策指引很不充分，难以实现完全标准化决策，一方面需要增加现场数据的实际监测，为作业决策提供更充足的依据，另一方面，需要运维人员的根据经验对故障信号加以过滤和分析，并且结合实际环境、设施建设和质量状态、运维历史数据等信息，才能够作出合理的判断和作业决策。

个别指标不足以统筹厂网体系与众多二次供水

单元的协同，直接而充分的逻辑关系难以建立

每个二次供水单元的设计用水人口往往数以千计，从局部看，单个小区的进水要充分保障小区内水量水压的需求，同时要避免水龄过长而产生水质问题，这方面主要受小区入住率高低影响，因此需要合理控制水箱进水，从整体看，小区水箱的进水对外围管网水力状态产生冲击，多个小区进水的叠加效应必然对外围管网输配能力带来更大考验，甚至影响城市供水整体安全，这方面不但取决于厂网输配水能力，还受到城市建设发展变化、居住人群用水特性和作息特性等因素影响。

显然，除了水质、水压、水量以及二次供水小区地理布局、管网水力模型等可以实现明确的技术量化，但是诸如不同小区的入住率、用水和作息特性等因素均是难以量化而且是动态发展变化的，因此，二次供水错峰蓄水等技术性管理措施往往仅限于局部试验，难以从整体上建立充分的逻辑模型来实现科学的自动化统筹调度。

人工智能技术的优势

人工智能技术泛指研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统，包括机器人、语言和图像识别、专家系统、机器学习等。具体到二次供水领域，对于前述的现场作业决策经验、小区用水特性和作息特性等难以建立技术量化和逻辑关系的诸多因素的处理和处置，专家系统和机器学习将具备相对于自动化、信息化技术的突出优势，绕开目前难以实现的量化逻辑关系，着重通过对经验化作业的“积累”和“学习”建立相应的有效“算法”，正如马斯克指出的，“在人工智能机器学习面具之下的本质仍然是统计”，只要采集的客观基础数据足够充分，智能算法的参照维度就足够丰富，再通过一定规模、一定时间之下足够多的实践数据积累，人工智能算法替代经验化决策的准确性和有效性就能够实现，并且能够持续优化，从而突破传统自动化信息化技术的瓶颈，提高二次供水运营管理的效率。

人工智能技术在二次供水领域的应用条件与应用展望

综上分析，人工智能技术在二次供水领域的应用具有现实意义，需要供水企业积极创造条件，开展实践探索。

数据采集和信息化建设是人工智能技术应用

的前提条件

每一个需要具体判断或决策的特定场景，是此时此刻该场景的若干项相关数据描述构成的， 数据项越直接、越细分、越完整，则对该场景的描述指向越准确，人工智能“学习”所得的算法的有效性越强 。

对于局部的二次供水单元，包括增压调蓄泵房的水箱液位、设备开关状态、变频泵运行频率、电压电流功率各项电能参数等自身运行数据，流量、进出水及末端压力、水质等状态数据，以及温湿度、噪声、震动、烟雾等环境参数，排水坑、门禁、视像系统等安全状态，均为场景描述的基础数据项；而二次供水设施建设档案信息，包括规格、型号、材质、使用年限、工艺和配置参数等，以及运行故障维修历史信息，包括故障记录、维修方式及物料耗用记录、处置时效等，则是现场作业有效性分析和作业决策的基础因素。

至于二次供水单元与城市管网输配水体系的统筹，需要构建小区管网以及外围管网的信息化模型，以及城市输配水体系的水力模型，尽可能将已知的、明确的信息，纳入积累，作为机器学习的对象。

现实中，由开发商和设备厂商主导建设的二次供水增压调蓄设备系统往往只能提供十分有限的数据项，再加已建成在用的设备品牌型号繁杂、数据通讯协议格式各异，供水企业管理二次供水所需开展的数据整合和利用遇到极大困难；管网输配水体系水力建模，则是供水行业信息化建设达到较高水平的体现，需要企业全方位发展到一定阶段作为基础，大部分城市供水企业还需要一个夯实基础、逐步发展的过程。

建议供水企业在规范二次供水设施建设、接管二次供水运营管理的过程中，着重强调现场完整数据项的配置和采集要求，运用兼容采集通讯等先进技术，克服数据采集的技术障碍，实现高效率的数据整合和利用，同时，重视厂网体系的信息化建设，为构建真正高效的智慧水务创造条件。

从现场作业实现标准化决策的迫切需求着手，

从局部到整体逐步建立算法、深化应用

事物发展总是需要由量变到质变的过程， 人工智能技术在二次供水领域的应用也需要随着相关条件的具备而逐步推进，由浅到深、由局部到整体逐步深化。

首先是“报警信号识别”： 成百上千个二次供水单元的增压调蓄泵房通过网络连接到供水企业的监控平台，监控平台每时每刻接受到来自增压调蓄泵房的报警信号，哪些属于设备PLC系统自身的提示性异常信号、运维人员可以不受干扰而忽略？哪些不属于干扰信号而是真实发生故障的信号？真实故障信号当中，哪些属于传感回路故障或通讯回路故障，哪些属于真正的供水异常状态？…… 实践中，运维团队基于具体小区具体设备具体特性的了解和经验，再结合数据采集传感器获得的数据信息，对监控平台接收到的每一个报警信号作出判断和相应的不同响应安排，经过一段时间的不同信号对应具体“场景”及其“判断和响应”的积累，利用人工智能技术进行“学习”，就可以形成“报警信号识别算法”，实现自动过滤干扰性信号、精准反映报警故障信息，并通过持续的自动修正和完善过程，将大幅度提高对故障报警的响应效率，提高运维团队工作效率和二次供水服务质量。

接着是“设施运行质量评价”： 某个二次供水单元发生供水故障需要维修时，应该对故障部件进行零件修复或是整个部件更换？企业经营预算能承受的更新改造资金有限，僧多粥少，应该安排哪个单元哪个设备实行更新改造？此时，在设施建设档案系统提供的材质、使用年限等信息基础上，加上运维工单系统的故障记录、维修方式等历史信息，以及监控系统提供的水质、能耗等维修前后的数据进行维修有效性分析，就可以构建“设施运行质量评价模型”，关键在于各数据信息项的权重分配，既是不同供水企业的个性化选择，也受不同的资金充裕程度影响而形成不同的倾向，结合这类非技术性因素，就能够形成“设施运行质量”的人工智能专家系统算法，产生具有指导意义的评价结果，不但为维修及更新改造提供明确依据，还可指导开展预防性维护，提升二次供水资产管理和投资运营管理水平。

进一步可开展“小区水箱水龄管理”： 小区入住率较低的阶段，开展水龄管理、避免水质问题需要精准的进水控制。某一时点的水箱液位、箱内水体停留时间、水质等数据均可明确量化并控制调节，但是，仅依据这些数据计算而成的进水时点，是否与外围管网的配水高峰期重合、加剧外围管网的水力负担？而且，入住率是难以量化且动态变化的，因此，在管网和水力模型逐步建设、管网信息化技术应用有待完善的过程中，“水龄管理”需要依赖人为的经验判断，面对数量众多、位置分散的二次供水单元，利用人工智能技术“学习”形成不同小区单元的水龄管理算法，是二次供水运营管理不断提升的有效途径。

再进一步可开展“错峰蓄水管理”： 为避免多个小区同时进水的叠加效应对管网输配水的冲击，有必要对不同的二次供水单元尤其是密集区域的小区水箱实行错峰进水控制。即使管网水力模型建成投入使用，但管网水力状态受到自身的除二次供水之外的城市供水各种情况的影响，对单个乃至多个二次供水单元进水的承受能力往往需要实践检验，直接关系到城市供水安全。从测试到确认的过程，涉及跨系统、多维度的信息综合，既需要二次供水完整数据信息和管网水力模型信息等明确量化的技术指标，也有对安全风险和其他不确定因素的基于经验判断的取值，如何形成标准化决策，在技术上很有挑战性，正是人工智能技术的用武之地。

结语

城市供水支撑了城市快速发展，随着城市建设和社会发展进入新阶段，城市供水也面临新的使命、机遇和挑战，其中，二次供水日益成为焦点， 人工智能可望助力供水企业解决二次供水技术和管理上的迫切难题 。人工智能技术应用以数据采集和信息化建设为基础条件，具备条件的城市供水企业应积极先行先试，为行业发展积累成功经验。