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江苏水厂导航解决方案
一、方案背景与目标
二、智慧导航系统构建
(一)地理信息系统(GIS)应用
数据整合与地图绘制:收集江苏全省范围内水源地、水厂、供水管网、泵站等地理信息数据,以及地形地貌、交通状况等基础地理数据。运用 GIS 技术进行整合,绘制高精度电子地图。例如,将太湖、洪泽湖等重要水源地的精确位置,以及周边可能影响取水的航道、建筑等信息清晰标注在地图上,为后续导航规划提供直观、准确的地理底图。
动态信息叠加:实时获取水质监测数据、水位变化数据、设备运行状态数据等,并叠加在 GIS 地图上。以可视化方式展示,如通过不同颜色标识水质优劣区域,用动态曲线反映水位实时波动。水厂管理人员可通过地图实时掌握整个供水系统动态,及时发现异常,如某水源地水质突然恶化或某区域供水管网压力异常降低,便于快速决策。
(二)导航算法开发
取水路线优化算法:综合考虑水源地水质、水量、取水成本、运输距离及路况等因素,开发取水路线优化算法。根据实时数据,为水厂选择最优取水路线。例如,在旱季部分水源地水量减少时,算法自动评估其他水源地情况,规划出既能保证水质水量,又能降低运输成本的取水路线,避免因某一水源地问题导致取水困难。
供水调度算法:结合用户用水需求预测、管网压力分布、泵站运行效率等信息,构建供水调度算法。实现对供水网络的智能调度,确保在不同时段、不同区域满足用水需求的同时,使供水能耗最低。如在夏季用水高峰期,算法合理调配各水厂供水流量,优先保障居民生活用水,同时优化泵站运行,降低电力消耗。
三、水源地精准导航
(一)水源地定位与监测
高精度定位技术应用:在水源地设置北斗卫星定位基站,配合物联网传感器,实现对水源地的高精度定位。即使在复杂地形或恶劣天气条件下,也能确保定位精准度在米级以内。为取水作业船只或车辆提供准确导航,避免因定位偏差导致取水困难或对水源地生态环境造成破坏。
水质与水量实时监测:安装水质监测传感器,实时监测水源地的酸碱度、浊度、溶解氧、重金属含量等关键水质指标,以及水位、流量等水量信息。通过无线传输技术将数据实时上传至水厂监控中心,一旦水质或水量出现异常,系统立即发出预警,水厂可及时调整取水策略,如暂停从水质恶化的水源地取水,或增加对水量减少水源地的监测频率。
(二)取水作业导航辅助
导航终端配备:为取水作业船只和车辆配备定制化导航终端,与智慧导航系统实时连接。终端显示取水路线规划、水源地实时位置、周边环境信息等。操作人员可根据导航提示,快速、准确地抵达取水点,提高取水效率。如在复杂水域,导航终端能引导船只避开暗礁、浅滩等危险区域。
安全警示与应急导航:系统根据水源地周边环境和实时情况,为取水作业提供安全警示。如当船只靠近水源地保护区边界或有其他船只靠近存在碰撞风险时,导航终端发出警报。在遇到突发恶劣天气或设备故障等紧急情况时,系统自动规划应急返航或避险路线,保障取水作业人员安全。
四、与供水网络协同
(一)管网压力与流量监测
传感器部署:在供水管网关键节点,如大型泵站、小区供水入口、市政管网交汇处等,安装压力传感器和流量传感器。全面监测管网内压力和流量变化,实时数据上传至智慧导航系统,形成管网压力与流量动态分布图。水厂可根据分布图及时发现管网堵塞、漏水等问题,如某区域管网压力突然下降,可能存在管道破裂漏水情况。
数据分析与预警:运用大数据分析技术,对管网压力与流量数据进行深度分析。建立正常运行模型,当实际数据偏离模型范围时,系统自动发出预警。例如,通过分析历史数据,预测某区域在特定时段的正常用水量范围,若实际用水量大幅超出或低于该范围,可能存在异常用水或管网故障,提醒水厂及时排查处理。
(二)供水调度与导航联动
实时调度决策:智慧导航系统根据管网压力、流量监测数据,以及用户用水需求变化,自动生成供水调度方案。如某区域用水量突然增加,系统调整相关水厂供水流量,同时通过导航系统优化供水路径,优先保障该区域供水。调度指令实时传达至各水厂和泵站,实现快速响应。
故障应急处理:当供水管网发生故障时,智慧导航系统迅速定位故障点,评估影响范围。一方面,自动调整供水调度,通过其他管网或泵站迂回供水,尽量减少停水区域;另一方面,为维修人员规划最佳抢修路线,提供故障点周边地理信息和管网布局图,帮助维修人员快速抵达并进行维修,缩短停水时间,保障居民用水。
五、实施步骤
(一)前期准备阶段(1 - 2 个月)
组建项目团队,包括地理信息专家、软件开发工程师、水务行业技术人员等,明确各成员职责。
开展江苏水厂及供水系统现状调研,收集相关地理信息、设备参数、运行数据等资料,为系统构建提供基础数据支持。
完成智慧导航系统开发所需硬件设备采购,如服务器、北斗定位基站、传感器等,以及软件系统框架搭建。
(二)系统开发与部署阶段(3 - 5 个月)
按照设计方案,进行地理信息系统(GIS)数据整合与地图绘制,开发导航算法,实现水源地定位、取水路线规划、供水调度等功能模块。
在选定的水源地、供水管网关键节点部署传感器和北斗定位基站,将采集的数据接入智慧导航系统,进行系统联调与测试,确保各功能正常运行,数据传输准确、稳定。
为取水作业船只、车辆及相关工作人员配备导航终端,并完成终端与系统的适配调试。
(三)试运行与优化阶段(1 - 2 个月)
在部分水厂及供水区域开展智慧导航系统试运行,实时监测系统运行状况,收集操作人员反馈意见。
根据试运行情况,对系统进行优化调整,如优化导航算法提高路线规划准确性,调整传感器位置提升数据采集精度,完善用户界面增强操作便捷性等。
组织相关人员进行系统操作培训,确保其熟练掌握系统使用方法,保障系统正式运行效果。
(四)全面推广阶段(持续推进)
在江苏全省范围内的水厂及供水系统全面推广智慧导航系统,逐步替换原有管理模式。
建立系统运维团队,定期对系统进行维护、升级,保障系统长期稳定运行。根据实际运行情况和新的需求,持续优化系统功能,如增加新的数据分析模型,拓展与其他水务管理系统的对接功能等。
六、保障措施
(一)技术保障
与高校、科研机构建立合作关系,如与河海大学、南京水利科学研究院等合作,共同开展技术研发与创新,解决系统建设与运行过程中的技术难题。借助高校和科研机构的专业人才和科研资源,不断优化导航算法,提升系统智能化水平。
定期对系统技术人员进行培训,参加行业技术研讨会,及时掌握最新技术动态,确保系统技术的先进性和适用性。例如,安排技术人员参加每年的智慧水务技术研讨会,学习先进的地理信息技术、物联网应用技术等,为系统升级提供技术储备。
(二)数据安全保障
建立严格的数据访问权限管理制度,根据不同岗位人员职责,设置相应的数据访问级别。如水厂管理人员只能查看与自身工作相关的水源地、供水区域数据,而系统维护人员具有更高的数据管理权限,确保数据不被非法访问和篡改。
采用加密传输技术,对水源地监测数据、管网运行数据等在传输过程中进行加密处理,防止数据泄露。同时,建立数据备份与恢复机制,定期对系统数据进行备份,并存储在异地安全场所,一旦发生数据丢失或损坏,可及时恢复,保障系统正常运行。
(三)资金保障
争取政府相关部门在智慧水务建设方面的专项资金支持,如江苏省水利厅、财政厅设立的智慧水利项目扶持资金,用于系统开发、设备采购、技术研发等方面。
吸引社会资本参与,通过 PPP(政府和社会资本合作)模式,与有实力的企业合作,共同投资建设和运营智慧导航系统,拓宽资金来源渠道,确保项目顺利实施。