01.当前智慧水务的背景与政策

自2014年，国务院、国家发改委、水利部、住房城乡建设部等多部门都陆续印发了支持智慧水务行业的发展政策。

从国家政策的发展时间线也可以看出，我国水务工程及管理信息化建设经历了基础阶段-自动化-信息化-智能化的发展历程。国家对智慧水务行业的支持政策经历了从“发展智能水务”到“发展智慧水务”再到“构建智慧水利体系”的变化。

国家智慧水务相关政策发展的时间线

02 感知，智慧水务的“神经系统”

智慧水务标志着水务信息化的前沿发展，依托坚实的水务信息基础设施，融合云计算、大数据、水务模型和数字孪生等尖端技术。

通过全面部署的感知系统，智慧水务能够实时捕捉城镇水务各部件的空间布局和运行状态，并通过直观的可视化手段进行展示。

浦东新区农村生活污水综合监管平台https://mp.weixin.qq.com/s/VzmpGT9l3G5O6aiH6EBLsw

如图所示，浦东新区农村生活污水综合监管平台是一个先进的智慧水务解决方案，它涵盖了358座污水处理站和730座泵站。为了确保污水处理站的出水水质满足排放标准，计划在这些站点的出水口安装水质监测设备。同时，为了实时监控泵站的运行状况，将在每座泵站部署流量监测装置，并收集关键的工况数据。

这一智慧水务项目的核心是确保感知数据的精准性和可信度。这要求感知层建设从数据采集的精确性，到数据在传输过程中的稳定性，再到后续处理的可靠性，每一个环节都必须严格把控。高质量的数据收集与分析将使监管平台能够高效监控污水处理流程和泵站操作，从而保障整个系统的优化运作和环境可持续性。

上海市排水运行调度平台项目

（https://swj.sh.gov.cn/shspaglc-xxhjs/20200214/eef8b0c2495e48e3ada54014fa189d7b.html）

从上述项目中，我们可以看到，智慧水务系统建设，是需要通过海量感知层数据的获取，实现分析预测以及有效管理水资源，从而有效的管理城市或者农村水环境、疏导城市雨污管网，实现水务管理协同化和水资源利用高效化。而感知层，又是这海量数据的来源，是不可或缺的一环。

可以说，感知层是整个智慧水务的“神经系统”，为整个系统的智能化、自动化和高效运行提供了基础支撑。

03 传感器是感知系统的“神经末梢”

智慧水务是利用现代信息技术对城市水务系统进行智能化管理和优化的系统。在智慧水务中，感知层是整个系统的基础。

在另一些智慧水务应用场景，例如排水管网管理、水厂智能曝气和智能加药系统，构建精确的水务模型是关键。这些模型的准确性和有效性依赖于传感器提供的精确数据。因此，确保传感器数据的准确性对于模型的校准和优化至关重要，这直接影响到智慧水务系统的性能和效率。

当前，智慧水务的感知层急需解决的是，传统采集设备“测不到、测不准、测得慢、成本高”等问题，而一些新技术应积极探索视频、遥感等新技术在水务领域和关键要素监测中的应用。

而对于智慧水务系统，感知层建设的基本要求应包括：

1. 实时的数字信号传输

智慧水务系统要及时的提供决策支持，需要数据能及时的上传分析。需要数字信号传输，从而确保数据的无线传输，和及时更新和快速响应。

1. 低成本低功耗的感知层设备

智慧水务系统往往需要部署大量的传感器，覆盖广泛的区域，大多区域无法提供电源。低成本和低功耗的设备可以降低整体成本，并减少能源消耗，这对于大规模部署尤其重要。

1. 少运维或者免运维的感知层设备

由于智慧水务的很多场景需要将传感器部署在难以到达或环境恶劣的地方，因此设备的维护成本和难度都较高。而少运维或免运维的设备可以减少维护频率，降低运营成本。

1. 良好的精确度、线性、稳定性

水质和水量的测量需要高精度和稳定性，以确保数据的可靠性。例如，若流量的读数不稳定或不准确，可能会导致错误的决策，导致不必要的水资源浪费或未及时应对污染事件。

1. 安全性

涉及到水务信息，其中的数据不仅关系到公共安全，还可能包含敏感信息。因此，感知层设备必须具备防止数据泄露和篡改的能力，确保系统的安全性和数据的完整性。

感知系统的关键技术包括传感器技术、通信技术、数据治理技术等。

其中，传感器相当于系统的”神经末梢”，负责收集水环境的实时数据。在智慧水务系统中，感知层的部署至关重要，它通常需要安装大量不同种类的传感器，

传感器根据其功能可分为水质、水量和水压传感器三大类，如下图所示：

禹山传感-水质类传感器                    美仪-水量类传感器               尧慧-水压类传感器

在感知层方面，新型传感器技术不断涌现。

例如，天健创新（北京）监测仪表股份有限公司新推出的TMS-E3000多参数水质分析仪产品，主要面向农村、乡镇饮用水单村水站的建设方和各县乡镇自来水公司。产品具有测量准确、可靠性高、使用成本低的特点，相较于进口品牌，具有采购成本低、使用成本低、维护量小、耗水量少等优势。该产品可同时实现浊度、余氯、PH、温度、电导率等参数的测量，适用于乡镇和农村水厂的监测需求。

天健创新TMS-E3000多参数水质分析仪

青岛乾程科技股份有限公司推出的新一代超声波水表，适用于新建小区、直饮水入户、老旧小区改造、农村供水、节水改造和农业灌溉等场景。产品采用食品级高分子材料，具有高耐温性和抗冻性能，准确度等级可达2级（可定制1级），微功耗技术，可稳定运行10年以上，并支持多种通讯接口。

青岛乾程科技 新一代超声波水表

这些新型传感器的发展，不仅提高了测量的精度和效率，还为水质、水量和水压的监测提供了更为智能化和自动化的解决方案。

04 感知系统建设的“六步走”

感知层建设的关键环节通常包括需求分析、硬件部署、通信网络建设等。具体可以分为六个步骤：

第一步 需求分析：

在智慧水务项目的感知层建设实施过程中，第一步是精确定义传感器的应用场景、监测目标、功能需求和性能标准。由于传感器类型繁多，选择之前必须明确其应用的具体环境。包括细化到供水系统中的供水管网、二次供水泵房、用户终端等具体环节，以及排水系统中的排水管网、泵站提升、排污口监测等关键点。

在明确了应用场景后，接下来需要进行技术评估，以确定这些场景下所需的监测参数、数据传输的频率、数据精度的要求以及供电需求等技术规格。这一评估将为智慧水务系统的传感器选型和部署提供科学依据。

最终，需要编制一份详尽的《传感器产品技术需求规格说明书》，该文档将详细阐述传感器的技术参数和性能指标，确保所选传感器能够满足智慧水务项目的具体需求。

第二步 技术评估

依据《传感器产品技术需求规格说明书》的指导，接下来的任务是确定符合技术要求的传感器类型和实施方案。在此阶段，需要深入分析市场上现有传感器的性能、成本效益以及它们在特定应用场景中的适用性，从而精确选择传感器型号。

评估过程中，如果发现初步需求与实际条件不符，比如原计划的电池更换周期与传感器实际功耗不匹配，应立即回顾并调整《传感器产品技术需求规格说明书》，确保需求的可行性和实用性。

在完成技术评估和传感器选型确认后，下一步是制定《智慧水务场景网络拓扑图》。这份拓扑图将详细展示传感器在智慧水务系统中的布局和网络连接，包括数据流向、通信协议和系统集成等关键信息，为项目的实施和后期维护提供清晰的技术蓝图。

第三步 供应商评估

在拥有了详尽的《传感器产品技术需求规格说明书》和清晰的《智慧水务场景网络拓扑图》之后，便可以启动供应商询价和评估流程。

在这一阶段，关键是对比不同供应商的综合实力，包括但不限于他们的资质证书、产品的质量标准、客户服务的专业性以及产品报价。同时，要深入了解供应商的生产和检测流程是否符合规范，以及他们是否提供及时有效的售前和售后服务。

为了更全面地评估供应商，建议实地考察其生产设施。在考察前，可以准备一份《供应商基本情况调查表》，明确考察的重点和目标，确保考察过程有序且高效。这样的实地考察有助于直观了解供应商的制造能力和服务水平，为最终选择合适的供应商提供决策支持。

第四步 成本评估

在评估供应商报价时，应全面考虑传感器的总体拥有成本，包括但不限于传感器本身的购置费用、安装费用、通信费用、运维成本以及预期使用寿命。传感器的成本不仅仅局限于购买价格，其长期的运维成本同样重要，这包括传感器耗材的更换以及更换频率，以及相关的耗材和人工费用。

通信和安装成本的评估不仅要参考供应商的报价，还应结合《智慧水务场景网络拓扑图》来确定最合适的解决方案。这份拓扑图将帮助分析通信网络的布局和安装的复杂性，从而更准确地估算相关成本。

为了系统地管理这些成本信息，应编制一份《传感器成本核算表》，该表格将详细列出所有相关成本，包括一次性的购置和安装费用，以及长期的运维和耗材更换成本。这样的核算表将为项目的经济评估和预算编制提供清晰的数据支持。

第五步 实地测试：

在面对条件较为严苛的环境时，进行现场传感器性能测试是确保其适应性和可靠性的关键步骤。这样的测试能够验证传感器是否能够满足项目的实际需求。

在进行实地测试时，应重点关注以下几个核心指标：传感器的数据传输效率、数据的稳定性以及能耗情况。为了系统地开展测试，可以制定一份《传感器实地测试计划》，计划明确测试的目标、方法、时间表和预期结果。

测试计划应包括对传感器在不同环境条件下的性能评估，如极端温度、湿度、压力等。测试完成后，应编制详细的测试报告，总结传感器的表现，包括其优势和可能的局限性，并提出任何必要的改进建议。这份报告将为最终的传感器选型和部署提供重要的参考依据。

第六步 维护支持：

尽管维护和支持通常是感知层建设的最后一环，但它的重要性不容忽视。

鉴于传感器部署现场的环境复杂性和不可预测性，选择能够提供全面售后服务和强大技术支持的供应商至关重要。这确保了传感器收集的数据能够稳定、准确地传输至智慧水务系统，从而保障整个系统的长期有效运行。

05 智慧水务建设案例分析

案例1：常州排水“源网站厂”一体化数字运营平台

案例来源：2023年住建部智慧水务典型案例

常州排水“源网站厂”一体化数字运营平台系统覆盖3座城市污水处理厂、172座雨污水提升泵站、2000多公里管网、10万多只检查井、4400多台套排水设备等，先后建成了城区排水防涝指挥中心、排水管网GIS系统等10个信息化系统，应用系统数量全省领先。

平台的一些关键特点和成效如下：

系统整合性：常州智慧排水系统覆盖了包括污水处理厂、雨污水提升泵站、管网、检查井、排水设备等在内的多个设施，形成了一个全面的数据计算体系，能够实现水质水量的动态分析和预测研判。

数字化转型：平台打通了排水全链路数据的汇聚、治理、融合分析，为排水业务决策提供了数字化支撑。

实时监控与预警：平台能够实时监控泵站和污水厂的运行状态，通过自动诊断系统，实现对管网淤积、外水入侵、水量水质规律异常等7类异常场景的自动诊断识别，异常事件识别准确率超过85%。

提升效率：平台的建设使得维护人员可以减少，通过数字化运营管理，提高了工作效率，每年节约用人及电费成本至少1200万元。

环境效益：通过数据监测与分析功能，平台能够第一时间识别污水冒溢外渗、城市内涝等风险并快速处置，提升了城市环境品位和综合承载能力。

示范引领作用：常州排水“源网站厂”一体化数字运营平台成功入选2023年度“智慧水务典型案例”，体现了常州智慧水务经验的可复制、可推广，具有较好的示范引领作用。

案例2：基于大数据的自优化供水厂多药剂智能投加系统

案例来源：2023年住建部智慧水务典型案例

2023年，住建部公布了智慧水务典型案例，其中包括了基于大数据的自优化供水厂多药剂智能投加系统。这一系统由苏州市自来水有限公司和南京邮电大学联合研发，旨在解决传统供水厂药剂投加依赖人工经验的问题，通过智能化技术提升出厂水的稳定性和生产效率。

系统建设内容包括水源水质大数据建模、智能加矾系统、智能加臭氧系统、智能加次氯酸钠系统、大滞后多药剂协同的联合加药系统。系统感知层数据包括流量、各种水质、系统工况等，并结合相关模型系统应用。系统于2022年8月全面正式上线，并已在苏州市自来水有限公司的三座水厂得到成熟应用，同时正在向长三角地区的供水厂推广。通过这该案例系统的应用，沉淀池出水浊度波动率和出厂水余氯波动率相比人工控制模式都有显著降低，分别降低了约50%和35%。不仅提高了水质稳定性，还减少了运行管理人员的工作量，为实现厂站一体化运控提供了技术支撑，并有助于降低生产药剂的消耗。

06 感知系统建设的未来趋势

感知层对智慧水务系统具有长期影响，通过海量数据的获取，感知层助力智慧水务系统实现分析预测以及有效管理水资源，有效管理城市水环境、疏导城市雨污管网，实现水务管理协同化和水资源利用高效化。

未来，智慧水务感知系统层建设将有如下的发展趋势：

1. 实时感知将结合智能控制、数据驱动和智慧决策等，推动水务行业的创新与变革。
2. 感知系统的统一规范与标准是智慧水务标准体系的重要部分，有助于解决智慧水务建设中的混乱现象，实现信息互联互通，避免信息孤岛问题，引领智慧水务建设全面规范化发展。
3. 感知层与人工智能、数字孪生等技术的融合，为水务行业带来新动能，通过构建数字孪生体，实现对水务基础设施的仿真交互、故障预测，提高基础设施的运维管理效率。
4. 智慧水务感知系统的建设和应用也推动了智慧水务相关软硬件、解决方案的研发与推广，吸引了各行各业具有技术优势的外部企业进入水务行业，带来了新的理念、技术、资金和人才，推动了水务产业的升级。