IBM智慧水资源管理解决方案-ML-CN20131121

IBM智慧水资源解决方案马镭IBM智慧城市高级产品经理IBM智慧地球300多亿个RFID标签嵌入在我们生活的世界中20多亿互联网用户，上万亿的物联网资源每天都有1.5拍字节的新信息产生我们的世界变得

可感知化我们的世界变得

互/物联化需要我们变得更加

智慧化几乎各类组织中的任何人、任何对象、任何流程或服务，都可以通过电子设备而被感知，并且被囊括到智慧物理基础架构中严重缺水城市110座全国城市缺水总量达60亿立方米的城市地下水水质较差或极差55%的可饮用水资源由于城市基础设施损坏而被浪费20%

中国的城镇化面临着严重的水资源挑战，需要采用智慧的方法应对今天中国的城市水资源…2011年，中央一号文件制定水资源管理“三条红线”水资源开发利用控制红线用水效率控制红线水功能区限制纳污红线IBM智慧水资源管理解决方案由中国开发中心团队研发。IBM中国研发中心成立于1999年，拥有5000多名资深研发人员，已成为IBM全球最大研发基地。5中国研发中心从事智慧水资源管理产品研发爱尔兰都柏林研发中心从事智慧交通产品研发美国罗利研发中心从事智能运营中心及智慧交通产品研发6606-1月-25©2009IBMCorporation

NewYorkAlmadenAustinTokyoHaifaZurichIndiaChinaIBM分布全球的研究院对智慧水务管理及相关领域有着深入研究Brazil~3,000位科学家SmartCityCloudADAMMeteringAnalyticsDeepThunderFloodSimulationSemanticmodelingCrowdsourcingMembranedev.Mobileapps

CambridgeRiverBasinsimulationWeather,floodmanagementEmergencyservices-Optimizationbasedoperation–NonRevenueWater-PressureManagement-Energyoptimization–IWRM-MeteringanalyticsandSpatio-temporalVisualanalyticsClimatechangemodeling-weather,floodWatersystemsoptimizationforGMU(withHRL)-PipeManagement(FailurePrediction,HydraulicsSimulation,etc.)-WaterEnvironmentRiskManagement-InternetofThingsSmartCityCenterWaterDistributionOceanandestuarymodelingEnergyOptimizationforwatertreatmentPressureManagementCollaboratorywithPUB

-NetworkOptimization-DemandForecastingSingaporeCollaboratorywithAustraliaDublin问题解析城市强降雨由于堵塞和泄漏引起的城市污水溢出事故街道被阻塞和交通陷入瘫痪案例：IBM帮助实现城市排水管网管理智慧化传统解决方法移除阻塞物，修补泄漏管道疏导交通智慧的解决方法事先移除阻塞物，修补泄漏管道，避免事故发生如果事故发生，快速定位原因，整体联动，迅速解决问题城市关键区域部署智能井盖，每5分钟获取一次数据。数据包括：水位、流速和水温等实时回传数据12预测未来72小时降雨城市交通状况监测3在管网拓扑图中实时展示所获得信息，结合交通及气象信息，进行分析预测4提前制定计划安排维修检测智慧的关键在于发掘数据背后的信息及知识如何判定何处有堵塞?管道智能井盖B智能井盖A水流方向堵塞物水位智能井盖A下的水流速度和高度=当堵塞情况发生时智能井盖B下的水流速度和高度《流速《《《流速城市状况监测变被动为主动10智能井盖1气象信息预测及影响分析2维护排程计划3管网状态监测维修任务执行4在降雨之前，实时获知何处有堵塞发生通过GIS实时展示管网堵塞情况，并将相关信息及时提供给市政运营部门，密切监视交通变化情况和气象情况预测降雨情况，结合堵塞信息，进行影响分析，确定隐患级别根据隐患级别制定维护计划，派遣人员至现场解决问题在降雨过程中，实施监测交通及管网状况。通过从数据抽取信息，从信息积累获得知识，在正确的时间，派遣正确的人，携带正确的工具，去正确的地方，解决潜在的隐患，这就是智慧水务管理！设备感知互联互通智慧化智慧城市通过设备感知、数据汇集、预测和协同，实现前瞻性运营管理产业民生政府管理利用水资源运营数据，为水资源管理提供深入分析，并提高日常运营管理能力预测潜在的水资源问题及长期水资源需求协调保障水资源健康运营,促进水资源的合理及可持续利用IBM智慧水资源管理通过数据集成并分析，对DC水务局所管理的资产进行预维护。在2个月的应用当中实现了629%的ROIIBM智慧水资源管理覆盖水务管理的多个领域，通过数据/系统集成、智能分析/预测和协同处理，实现水务管理的智能化转型自然水源水资源调配清洁水源供应水消费污水处理循环/处理监测各类水资源相关数据，汇集并识别数据内涵，实现统一的城市/区域水务管理视图。通过模型和分析系统，结合相关外围系统输入（如气象），对水资源进行仿真和预测，为科学管理决策提供支持。通过高效的协同和预案管理，实现对水资源的科学有效管理。IBM智慧水资源管理所涉及领域美国Dubuque市在9周的运营中，通过智慧水资源管理方案达到了减少6.6%水消耗的目的Alertcitizenstowaterwastethroughbetterleakdetection美国Sonoma水务局使资源在不同的用户和部门间的分配都基于统一的水网整体运营视图，从而实现对有限水资源的合理利用美国SouthBend水务局基于云计算，实时监测和控制城市的污水收集系统，供水/污水处理业务，采用先进的优化决策协调系统，大大减少了污水溢出事件的发生率GatherandanalyzeinformationaboutleveesintheNetherlandswithanetworkofsensorstodetectandpreventproblemsandflooding荷兰FloodControl2015通过收集和分析大坝坝体传感器网络数据，探测坝体潜在问题，预防因坝体垮塌引起的洪水事件Encourageamoreholisticviewthatultimatelyprotectsthelong-termhealthofthewaterresources智慧水资源管理最佳实践IntegratedwastewatermonitoringtodecreasetheCSOincidence自然水源水资源调配清洁水源供应水消费污水处理15SouthBend智慧水务大幅减少下水道污水溢流客户挑战SouthBend使用的是传统的合流下水道，经常出现污水溢流并导致多种不良影响。该市希望在不进行大规模改造之前提下，通过有效的信息技术手段来监控、改进与优化利用城市的污水收集与处理系统，以大幅减少污水溢流的现象与不良影响。同时希望该系统未来可以扩展应用到水管理之外的其它城市管理领域。CityofSouthBendvideo–客户价值跨系统、跨设备的实时监控能力，及时发现与展示合流下水道污水溢流等相关事件。持续监测，对危险趋势与事件（如废水已接近危险高度或者管道出现堵塞）进行及时告警

触发预先定义的应急处理流程并监控其执行，以减轻污水溢流可能造成的影响方便易用的仪表盘以准确显示污水溢流风险等热点区域与事件

基于IBMSmartCloud快速实施并产生价值Sonoma区域智慧水资源管理水资源需求：60万居民，葡萄种植和葡萄酒产业水库是三文鱼主要栖息地水供给特点：Russian河是主要水源地下水作为补充水源夏季是用水高峰期冰雪融化时可能会引起洪水水供应网络：由SCWaterAgency监管，9家水供应商Q1:葡萄种植业对水的大量需求造成用水高峰期水资源紧张,和水位波动Q2:用水高峰期需要管理水库水位以维持生态环境Q4:用水波动导致水资源分配不均Q3:用水高峰期对地下水的开采，可能会导致海水倒灌影响水质Q1Q2Q3Q4Q5:水资源的供求矛盾导致了政府和供应商间的扯皮Q5Sonoma区域智慧水资源解决方案1.准实时采集自然水水位信息2.准实时采集采水情况(水位、水压、水流、水质、水温)3.通过无线传感网络，准实时分区采集供水网络情况(水位、水压、水流、水温)4.跨部门共享从自然水到饮用水过程中采集的数据区域智慧水资源管理系统1.多组织部门协同2.统一展示管网、事件和预警信息2.可视化方式统一展示区域管网、事件和预警信息4.各类事件列表5.水情信息统计6.业务流程处理3.可视化方式展示水量需求、储量和设备状态等增压水站(Booster)采水水箱(Caisson)水塔(Tank)水井(Well)实时采集数据、及时发现问题梳理供需关系、优化区域调度跨组织共享、促进区域协同IBM智慧水管理解决方案产品核心能力和业务用例地理信息系统SCADA系统压力管网数据模型重力管网数据模型可扩展的水行业语义模型现有系统(CRM,FM,EAM)业界先进的系统集成核心的行业数据模型丰富的前端展示事件报表SOPKPI给水排水工单优化水损管理管网监控溢出监控预防性维修自然水坝体监控原水管理工业水运营中心第三方方案集成（开放的平台）农业水河流水质监测海湾水质监测灌溉优化IBM智慧水管理解决方案产品（IOW）致力于城市水务一体化智慧运营管理,构建现代智慧水务运营中心团队专家团队基层员工水处理财务管理污水处理管网输配客户服务设备管理供应链管理人力资源管理KPI事件预警

SOP模型分析优化业务创新收入成本智慧水务运营中心精英团队、公司核心竞争力关注业绩和风险关注工艺、优化和创新智慧水务管理系统执行层关注具体任务盈利公司管理层智慧水务运营中心21图像监控子系统水情自动化子系统闸门监控子系统算机网络子系统光纤通讯子系统渠道自动化系统图像监控子系统水情自动化子系统大坝监测自动化子系统闸门监控子系统计算机网络子系统光纤通讯子系统视频会商子系统水库自动化系统图像监控子系统水情自动化子系统地下水测控子系统闸门监控子系统计算机网络子系统光纤通讯子系统视频会商子系统网络安全子系统水源地自动化系统供水管理系统工业供水水量传输自动化工程水厂管理系统排水/污水处理管理系统计算机网络安全洪水预报水质监测自动化电源自动化管理智慧水务运营中心大坝安全监控自动化统一数据库统一水务视图(GIS)基于SOA架构、B/S模式的统一集成平台（业界主流先进技术，具有规范性、高可靠性、高可扩展性、高可复用性）模型/分析/优化/报表实时监测/事件报告应急预警/协同响应水务统一调配管理水务管理关键绩效指标(KPI)智慧水务运营中心资源统一配置供水统一调度运行统一管理应急统一指挥现有保障系统地理信息系统SCADA系统外部数据源如天气预报水网地图天气预报流量计液位变送器数据集成展现KPI模型KPI热点图KPI下钻智慧水务:管理员监控水管网各项指标展现传感器读数传感器历史趋势下水管道设备监控地图地理信息系统SCADA系统外部数据源如天气预报水网地图天气预报流量计液位变送器数据集成语义模型设备列表智慧水务:管理员监控水管网各种设备地理信息系统SCADA系统外部数据源如天气预报水网地图天气预报流量计液位变送器数据集成展现事件规则设备/事件地图事件列表传感器历史趋势智慧水务:管理员监控污水溢出预警地理信息系统SCADA系统外部数据源如天气预报水网地图天气预报流量计液位变送器数据集成展现工作流第一步:领导批准第二步:创建工单第三步:工单优化排程第四步:确认完成领导管理员系统自动/管理员维修工智慧水务:多方协同处理污水溢出事件26智慧水务：产销差水综合分析与管理面临的挑战产销差水为水务公司日常运营活动带来可观的运营损失如何减少产销差，减少运营损失，提高经营利润成为水务公司迫切需求如何通过产销差数据分析，进行运营优化控制，成为产销差控制技术难点应对手段分类及IBM相关解决方案：1.压力管理技术2.管网风险评估与预防性维修优化3.水表读数异常分析智慧水务：管网压力优化

——通过先进的分析与优化方法以支持工作人员进行更为智能与高效的压力管理与压力管理相关的设备与资产（如泵站、减压阀、蓄水池等）优化的压力设置建议操作人员需要关注的压力相关KPI压力趋势报告基于GIS显示压力网络、压力区域的划分等信息业务挑战：供水系统事故率高管网爆管/泄漏事件频繁，中等城市每年有上百起水管网事故，大大影响着城市的正常运营。泄漏率高，世界城市的平均水泄漏率为20%。解决方案：基于历史维修数据的风险预测引擎

通过历史爆管及相关因素的挖掘,定量预测爆管风险，保证城市管网预防性维修的科学计划方案效果1.提高预防性维修的针对性，降低未来泄漏率。在一城市试验表明，较人工经验有3～10倍提高，维修2%的高危管子，可降低20%的泄漏事件。2.实施容易，基于历史工单数据的分析，不需要额外的传感器应用场景预防性维修计划，需要了解各个管道的失效概率 智慧水务：管网风险评估及预防性维修系统智慧水务：水表读数异常分析背景：国际大城市的水务署发现他们每年生产的17.3百万水“不翼而飞”，由此可损失大约8百万美金偷水案例与日俱增，自2008年至今被起诉的偷水案例已增加了53%个体用户的用水特征

通常而言，每年同一时节具有类似的用水量

在连续年间，具有相对较稳定的用水模式具有相似用水行为的用户群

一般大用户可根据行业，经济效益等特性指标等用于分组

分组后的各组中用户将具有相似的用水模式识别异常模式发现偷水行为基于机器学习的分析方法On-siteinspection可分析稀疏用水数据（3个月的用水记录）将偷水行为等级分为3类：警告、轻度怀疑，重度怀疑在分析的187个用户当中：有75%的实际被证实的偷水行为在分析中发现智慧水务:管理员优化操作流程，减少人工成本功能展示:

优化工作人员的时间表，最小化无效工作时间，最大化生产力水管理员和监督员最优化安排工作人员:

图形化交互操作

时间安排选项

手动自动使用最优算法带更多优化的工单分析查询过滤

公共服务优先级资产和它的现状类型人员位置优化过的工单计划表地图显示未被安排的和已安排的工单，并用不同色彩标记人员分配未被计划的工单列表功能展示:

用水量的可视化展现及用水模式分析水管理员获得全市的账户、资产和工单可视化信息:

账户和工单的空间地理可视化

分类和过滤信息以便更容易了解和分析

通过报表显示趋势智慧水务:管理员通过可视化的方式监测用户用量客户账户地图平均耗水量在前10%的客户账户详细信息未计划安排的工单地图通过在地图上选择的方式选择需要处理的工单智慧水务:节水门户帮助用户识别用水模式，提倡可持续消费模式家庭日用水量小时/日/周统计分析和历史比较积分趋势排名月消费金额变化月消费水量变化IBM智慧水管理解决方案产品（IOW）助力区域水利一体化智慧运营管理，构建智慧水利运营中心团队专家团队基层员工城管局发改委环保局气象局水务局水利局KPI事件预警

SOP模型分析优化业务创新水质水效率智慧水资源运营中心管理团队关注效果、效率和风险关注服务、管理、优化和创新智慧水资源管理系统执行层关注具体任务...水量城市管理层智慧区域水资源运营中心总体架构水利核心管理子系统（原有或新建）商业智能和据分析门户智慧水资源管理支撑平台（IOW）企业服务总线(ESB)地理信息系统外网交换网关统一安全管理内网交换网关系统监控管理应用服务流程引擎数据服务智慧水资源运营中心（IOW）KPI和分析报表事件和预警预案和响应模型、分析、优化生产、监测数据大坝监测河流渠道监测洪水预报水质监测能耗管理计算机网络管理闸门监控水情自动化图像监控光纤通讯管理渠首安全监测自动化农业用水水量传输地下水监控泵站自动化视频会商工业供水水量传输水资源统一调配管理水环境安全预警两大系统水环境安全预警Web系统水环境安全评价模型构架工具三类用户公众：提供流域水环境的全面、实时展示，提高公众在水环境保护上的互动专家：通过实时监测、精细评价、溯源分析、场景模拟，防患于未然决策者：通过全面、动态、实时的数据展示和可视化展示，保证流域水环境的全程可视可控和统筹规划五项功能公众门户现状监控评价预警事故应急蓝藻监测三大技术特点开放式架构：支持与不同数据源的整合科学的风险评价方法：采用国际标准框架，运用一系列严谨的群决策算法（熵权、AHP、聚类分析），降低专家的个体偏差强大的扩展能力：可对不同类型公共水域水环境进行监测融化采集的数据信息的“创建“可视化的虚拟河流科学家，教育工作者和政府决策者，通过由电脑综合数据形成的“虚拟”河，以进一步了解生态系统，观察沉积物和化学污染物，深入了解人类对水质和鱼类的迁移的影响。修定区域发展政策和模式传感器数据的收集和处理借助IBM的新的“流计算”技术，对分布式传感器网络收集到的实时的连续的物理、化学和生物数据流进行检查分类并按优先次序处理分布式传感器网络由移动和固定无线传感器（每个传感器都有自己的计算芯片）组成的一个分布式传感器网络，负责收集传送流域的物理，化学和生物的变化实时数据河流水环境实时监控1996年，纽约州长柏德基签署了哈德森河河口管理法案，这是一个为长期保护和恢复河流生态系统（从特洛伊大坝到纽约港入海口）的全面蓝图。城市防洪预警决策支持排水系统

(SWMM模型)污水处理厂/工农业用/排水

河流(QUAL2K,MIKE11,等)地面径流(Muskingum、API等模型)河流/水库(WASP模型)城市洪水仿真是多个环节模型的综合，涉及到水的自然循环和社会循环，是一个复杂过程解决方案主要特点城市水文建模结合1D/2D两种方式，在降低计算量的同时，精确构建城市水文模型先进的模型自调整地表径流仿真根据当前气象信息、预报信息和GIS地形信息，分析不同降水情形下城市的地表径流，以及对基础设施的影响降水预测径流分析影响分析智慧堤坝是实体