IBM智慧水資源管理解決方案-ML-CN20131121

IBM智慧水資源解決方案馬鐳IBM智慧城市高級產(chǎn)品經(jīng)理IBM智慧地球300多億個RFID標簽嵌入在我們生活的世界中20多億互聯(lián)網(wǎng)用戶，上萬億的物聯(lián)網(wǎng)資源每天都有1.5拍字節(jié)的新信息產(chǎn)生我們的世界變得

可感知化我們的世界變得

互/物聯(lián)化需要我們變得更加

智慧化幾乎各類組織中的任何人、任何對象、任何流程或服務，都可以通過電子設備而被感知，并且被囊括到智慧物理基礎架構中嚴重缺水城市110座全國城市缺水總量達60億立方米的城市地下水水質(zhì)較差或極差55%的可飲用水資源由于城市基礎設施損壞而被浪費20%

中國的城鎮(zhèn)化面臨著嚴重的水資源挑戰(zhàn)，需要采用智慧的方法應對今天中國的城市水資源…2011年，中央一號文件制定水資源管理“三條紅線”水資源開發(fā)利用控制紅線用水效率控制紅線水功能區(qū)限制納污紅線IBM智慧水資源管理解決方案由中國開發(fā)中心團隊研發(fā)。IBM中國研發(fā)中心成立于1999年，擁有5000多名資深研發(fā)人員，已成為IBM全球最大研發(fā)基地。5中國研發(fā)中心從事智慧水資源管理產(chǎn)品研發(fā)愛爾蘭都柏林研發(fā)中心從事智慧交通產(chǎn)品研發(fā)美國羅利研發(fā)中心從事智能運營中心及智慧交通產(chǎn)品研發(fā)6606-1月-25?2009IBMCorporation

NewYorkAlmadenAustinTokyoHaifaZurichIndiaChinaIBM分布全球的研究院對智慧水務管理及相關領域有著深入研究Brazil~3,000位科學家SmartCityCloudADAMMeteringAnalyticsDeepThunderFloodSimulationSemanticmodelingCrowdsourcingMembranedev.Mobileapps

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

-NetworkOptimization-DemandForecastingSingaporeCollaboratorywithAustraliaDublin問題解析城市強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癱瘓案例：IBM幫助實現(xiàn)城市排水管網(wǎng)管理智慧化傳統(tǒng)解決方法移除阻塞物，修補泄漏管道疏導交通智慧的解決方法事先移除阻塞物，修補泄漏管道，避免事故發(fā)生如果事故發(fā)生，快速定位原因，整體聯(lián)動，迅速解決問題城市關鍵區(qū)域部署智能井蓋，每5分鐘獲取一次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括：水位、流速和水溫等實時回傳數(shù)據(jù)12預測未來72小時降雨城市交通狀況監(jiān)測3在管網(wǎng)拓撲圖中實時展示所獲得信息，結(jié)合交通及氣象信息，進行分析預測4提前制定計劃安排維修檢測智慧的關鍵在于發(fā)掘數(shù)據(jù)背后的信息及知識如何判定何處有堵塞?管道智能井蓋B智能井蓋A水流方向堵塞物水位智能井蓋A下的水流速度和高度=當堵塞情況發(fā)生時智能井蓋B下的水流速度和高度《流速《《《流速城市狀況監(jiān)測變被動為主動10智能井蓋1氣象信息預測及影響分析2維護排程計劃3管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測維修任務執(zhí)行4在降雨之前，實時獲知何處有堵塞發(fā)生通過GIS實時展示管網(wǎng)堵塞情況，并將相關信息及時提供給市政運營部門，密切監(jiān)視交通變化情況和氣象情況預測降雨情況，結(jié)合堵塞信息，進行影響分析，確定隱患級別根據(jù)隱患級別制定維護計劃，派遣人員至現(xiàn)場解決問題在降雨過程中，實施監(jiān)測交通及管網(wǎng)狀況。通過從數(shù)據(jù)抽取信息，從信息積累獲得知識，在正確的時間，派遣正確的人，攜帶正確的工具，去正確的地方，解決潛在的隱患，這就是智慧水務管理！設備感知互聯(lián)互通智慧化智慧城市通過設備感知、數(shù)據(jù)匯集、預測和協(xié)同，實現(xiàn)前瞻性運營管理產(chǎn)業(yè)民生政府管理利用水資源運營數(shù)據(jù)，為水資源管理提供深入分析，并提高日常運營管理能力預測潛在的水資源問題及長期水資源需求協(xié)調(diào)保障水資源健康運營,促進水資源的合理及可持續(xù)利用IBM智慧水資源管理通過數(shù)據(jù)集成并分析，對DC水務局所管理的資產(chǎn)進行預維護。在2個月的應用當中實現(xiàn)了629%的ROIIBM智慧水資源管理覆蓋水務管理的多個領域，通過數(shù)據(jù)/系統(tǒng)集成、智能分析/預測和協(xié)同處理，實現(xiàn)水務管理的智能化轉(zhuǎn)型自然水源水資源調(diào)配清潔水源供應水消費污水處理循環(huán)/處理監(jiān)測各類水資源相關數(shù)據(jù)，匯集并識別數(shù)據(jù)內(nèi)涵，實現(xiàn)統(tǒng)一的城市/區(qū)域水務管理視圖。通過模型和分析系統(tǒng)，結(jié)合相關外圍系統(tǒng)輸入（如氣象），對水資源進行仿真和預測，為科學管理決策提供支持。通過高效的協(xié)同和預案管理，實現(xiàn)對水資源的科學有效管理。IBM智慧水資源管理所涉及領域美國Dubuque市在9周的運營中，通過智慧水資源管理方案達到了減少6.6%水消耗的目的Alertcitizenstowaterwastethroughbetterleakdetection美國Sonoma水務局使資源在不同的用戶和部門間的分配都基于統(tǒng)一的水網(wǎng)整體運營視圖，從而實現(xiàn)對有限水資源的合理利用美國SouthBend水務局基于云計算，實時監(jiān)測和控制城市的污水收集系統(tǒng)，供水/污水處理業(yè)務，采用先進的優(yōu)化決策協(xié)調(diào)系統(tǒng)，大大減少了污水溢出事件的發(fā)生率GatherandanalyzeinformationaboutleveesintheNetherlandswithanetworkofsensorstodetectandpreventproblemsandflooding荷蘭FloodControl2015通過收集和分析大壩壩體傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，探測壩體潛在問題，預防因壩體垮塌引起的洪水事件Encourageamoreholisticviewthatultimatelyprotectsthelong-termhealthofthewaterresources智慧水資源管理最佳實踐IntegratedwastewatermonitoringtodecreasetheCSOincidence自然水源水資源調(diào)配清潔水源供應水消費污水處理15SouthBend智慧水務大幅減少下水道污水溢流客戶挑戰(zhàn)SouthBend使用的是傳統(tǒng)的合流下水道，經(jīng)常出現(xiàn)污水溢流并導致多種不良影響。該市希望在不進行大規(guī)模改造之前提下，通過有效的信息技術手段來監(jiān)控、改進與優(yōu)化利用城市的污水收集與處理系統(tǒng)，以大幅減少污水溢流的現(xiàn)象與不良影響。同時希望該系統(tǒng)未來可以擴展應用到水管理之外的其它城市管理領域。CityofSouthBendvideo–客戶價值跨系統(tǒng)、跨設備的實時監(jiān)控能力，及時發(fā)現(xiàn)與展示合流下水道污水溢流等相關事件。持續(xù)監(jiān)測，對危險趨勢與事件（如廢水已接近危險高度或者管道出現(xiàn)堵塞）進行及時告警

觸發(fā)預先定義的應急處理流程并監(jiān)控其執(zhí)行，以減輕污水溢流可能造成的影響方便易用的儀表盤以準確顯示污水溢流風險等熱點區(qū)域與事件

基于IBMSmartCloud快速實施并產(chǎn)生價值Sonoma區(qū)域智慧水資源管理水資源需求：60萬居民，葡萄種植和葡萄酒產(chǎn)業(yè)水庫是三文魚主要棲息地水供給特點：Russian河是主要水源地下水作為補充水源夏季是用水高峰期冰雪融化時可能會引起洪水水供應網(wǎng)絡：由SCWaterAgency監(jiān)管，9家水供應商Q1:葡萄種植業(yè)對水的大量需求造成用水高峰期水資源緊張,和水位波動Q2:用水高峰期需要管理水庫水位以維持生態(tài)環(huán)境Q4:用水波動導致水資源分配不均Q3:用水高峰期對地下水的開采，可能會導致海水倒灌影響水質(zhì)Q1Q2Q3Q4Q5:水資源的供求矛盾導致了政府和供應商間的扯皮Q5Sonoma區(qū)域智慧水資源解決方案1.準實時采集自然水水位信息2.準實時采集采水情況(水位、水壓、水流、水質(zhì)、水溫)3.通過無線傳感網(wǎng)絡，準實時分區(qū)采集供水網(wǎng)絡情況(水位、水壓、水流、水溫)4.跨部門共享從自然水到飲用水過程中采集的數(shù)據(jù)區(qū)域智慧水資源管理系統(tǒng)1.多組織部門協(xié)同2.統(tǒng)一展示管網(wǎng)、事件和預警信息2.可視化方式統(tǒng)一展示區(qū)域管網(wǎng)、事件和預警信息4.各類事件列表5.水情信息統(tǒng)計6.業(yè)務流程處理3.可視化方式展示水量需求、儲量和設備狀態(tài)等增壓水站(Booster)采水水箱(Caisson)水塔(Tank)水井(Well)實時采集數(shù)據(jù)、及時發(fā)現(xiàn)問題梳理供需關系、優(yōu)化區(qū)域調(diào)度跨組織共享、促進區(qū)域協(xié)同IBM智慧水管理解決方案產(chǎn)品核心能力和業(yè)務用例地理信息系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)壓力管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型重力管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型可擴展的水行業(yè)語義模型現(xiàn)有系統(tǒng)(CRM,FM,EAM)業(yè)界先進的系統(tǒng)集成核心的行業(yè)數(shù)據(jù)模型豐富的前端展示事件報表SOPKPI給水排水工單優(yōu)化水損管理管網(wǎng)監(jiān)控溢出監(jiān)控預防性維修自然水壩體監(jiān)控原水管理工業(yè)水運營中心第三方方案集成（開放的平臺）農(nóng)業(yè)水河流水質(zhì)監(jiān)測海灣水質(zhì)監(jiān)測灌溉優(yōu)化IBM智慧水管理解決方案產(chǎn)品（IOW）致力于城市水務一體化智慧運營管理,構建現(xiàn)代智慧水務運營中心團隊專家團隊基層員工水處理財務管理污水處理管網(wǎng)輸配客戶服務設備管理供應鏈管理人力資源管理KPI事件預警

SOP模型分析優(yōu)化業(yè)務創(chuàng)新收入成本智慧水務運營中心精英團隊、公司核心競爭力關注業(yè)績和風險關注工藝、優(yōu)化和創(chuàng)新智慧水務管理系統(tǒng)執(zhí)行層關注具體任務盈利公司管理層智慧水務運營中心21圖像監(jiān)控子系統(tǒng)水情自動化子系統(tǒng)閘門監(jiān)控子系統(tǒng)算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)光纖通訊子系統(tǒng)渠道自動化系統(tǒng)圖像監(jiān)控子系統(tǒng)水情自動化子系統(tǒng)大壩監(jiān)測自動化子系統(tǒng)閘門監(jiān)控子系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)光纖通訊子系統(tǒng)視頻會商子系統(tǒng)水庫自動化系統(tǒng)圖像監(jiān)控子系統(tǒng)水情自動化子系統(tǒng)地下水測控子系統(tǒng)閘門監(jiān)控子系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡子系統(tǒng)光纖通訊子系統(tǒng)視頻會商子系統(tǒng)網(wǎng)絡安全子系統(tǒng)水源地自動化系統(tǒng)供水管理系統(tǒng)工業(yè)供水水量傳輸自動化工程水廠管理系統(tǒng)排水/污水處理管理系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡安全洪水預報水質(zhì)監(jiān)測自動化電源自動化管理智慧水務運營中心大壩安全監(jiān)控自動化統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一水務視圖(GIS)基于SOA架構、B/S模式的統(tǒng)一集成平臺（業(yè)界主流先進技術，具有規(guī)范性、高可靠性、高可擴展性、高可復用性）模型/分析/優(yōu)化/報表實時監(jiān)測/事件報告應急預警/協(xié)同響應水務統(tǒng)一調(diào)配管理水務管理關鍵績效指標(KPI)智慧水務運營中心資源統(tǒng)一配置供水統(tǒng)一調(diào)度運行統(tǒng)一管理應急統(tǒng)一指揮現(xiàn)有保障系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)源如天氣預報水網(wǎng)地圖天氣預報流量計液位變送器數(shù)據(jù)集成展現(xiàn)KPI模型KPI熱點圖KPI下鉆智慧水務:管理員監(jiān)控水管網(wǎng)各項指標展現(xiàn)傳感器讀數(shù)傳感器歷史趨勢下水管道設備監(jiān)控地圖地理信息系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)源如天氣預報水網(wǎng)地圖天氣預報流量計液位變送器數(shù)據(jù)集成語義模型設備列表智慧水務:管理員監(jiān)控水管網(wǎng)各種設備地理信息系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)源如天氣預報水網(wǎng)地圖天氣預報流量計液位變送器數(shù)據(jù)集成展現(xiàn)事件規(guī)則設備/事件地圖事件列表傳感器歷史趨勢智慧水務:管理員監(jiān)控污水溢出預警地理信息系統(tǒng)SCADA系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)源如天氣預報水網(wǎng)地圖天氣預報流量計液位變送器數(shù)據(jù)集成展現(xiàn)工作流第一步:領導批準第二步:創(chuàng)建工單第三步:工單優(yōu)化排程第四步:確認完成領導管理員系統(tǒng)自動/管理員維修工智慧水務:多方協(xié)同處理污水溢出事件26智慧水務：產(chǎn)銷差水綜合分析與管理面臨的挑戰(zhàn)產(chǎn)銷差水為水務公司日常運營活動帶來可觀的運營損失如何減少產(chǎn)銷差，減少運營損失，提高經(jīng)營利潤成為水務公司迫切需求如何通過產(chǎn)銷差數(shù)據(jù)分析，進行運營優(yōu)化控制，成為產(chǎn)銷差控制技術難點應對手段分類及IBM相關解決方案：1.壓力管理技術2.管網(wǎng)風險評估與預防性維修優(yōu)化3.水表讀數(shù)異常分析智慧水務：管網(wǎng)壓力優(yōu)化

——通過先進的分析與優(yōu)化方法以支持工作人員進行更為智能與高效的壓力管理與壓力管理相關的設備與資產(chǎn)（如泵站、減壓閥、蓄水池等）優(yōu)化的壓力設置建議操作人員需要關注的壓力相關KPI壓力趨勢報告基于GIS顯示壓力網(wǎng)絡、壓力區(qū)域的劃分等信息業(yè)務挑戰(zhàn)：供水系統(tǒng)事故率高管網(wǎng)爆管/泄漏事件頻繁，中等城市每年有上百起水管網(wǎng)事故，大大影響著城市的正常運營。泄漏率高，世界城市的平均水泄漏率為20%。解決方案：基于歷史維修數(shù)據(jù)的風險預測引擎

通過歷史爆管及相關因素的挖掘,定量預測爆管風險，保證城市管網(wǎng)預防性維修的科學計劃方案效果1.提高預防性維修的針對性，降低未來泄漏率。在一城市試驗表明，較人工經(jīng)驗有3～10倍提高，維修2%的高危管子，可降低20%的泄漏事件。2.實施容易，基于歷史工單數(shù)據(jù)的分析，不需要額外的傳感器應用場景預防性維修計劃，需要了解各個管道的失效概率 智慧水務：管網(wǎng)風險評估及預防性維修系統(tǒng)智慧水務：水表讀數(shù)異常分析背景：國際大城市的水務署發(fā)現(xiàn)他們每年生產(chǎn)的17.3百萬水“不翼而飛”，由此可損失大約8百萬美金偷水案例與日俱增，自2008年至今被起訴的偷水案例已增加了53%個體用戶的用水特征

通常而言，每年同一時節(jié)具有類似的用水量

在連續(xù)年間，具有相對較穩(wěn)定的用水模式具有相似用水行為的用戶群

一般大用戶可根據(jù)行業(yè)，經(jīng)濟效益等特性指標等用于分組

分組后的各組中用戶將具有相似的用水模式識別異常模式發(fā)現(xiàn)偷水行為基于機器學習的分析方法On-siteinspection可分析稀疏用水數(shù)據(jù)（3個月的用水記錄）將偷水行為等級分為3類：警告、輕度懷疑，重度懷疑在分析的187個用戶當中：有75%的實際被證實的偷水行為在分析中發(fā)現(xiàn)智慧水務:管理員優(yōu)化操作流程，減少人工成本功能展示:

優(yōu)化工作人員的時間表，最小化無效工作時間，最大化生產(chǎn)力水管理員和監(jiān)督員最優(yōu)化安排工作人員:

圖形化交互操作

時間安排選項

手動自動使用最優(yōu)算法帶更多優(yōu)化的工單分析查詢過濾

公共服務優(yōu)先級資產(chǎn)和它的現(xiàn)狀類型人員位置優(yōu)化過的工單計劃表地圖顯示未被安排的和已安排的工單，并用不同色彩標記人員分配未被計劃的工單列表功能展示:

用水量的可視化展現(xiàn)及用水模式分析水管理員獲得全市的賬戶、資產(chǎn)和工單可視化信息:

賬戶和工單的空間地理可視化

分類和過濾信息以便更容易了解和分析

通過報表顯示趨勢智慧水務:管理員通過可視化的方式監(jiān)測用戶用量客戶賬戶地圖平均耗水量在前10%的客戶賬戶詳細信息未計劃安排的工單地圖通過在地圖上選擇的方式選擇需要處理的工單智慧水務:節(jié)水門戶幫助用戶識別用水模式，提倡可持續(xù)消費模式家庭日用水量小時/日/周統(tǒng)計分析和歷史比較積分趨勢排名月消費金額變化月消費水量變化IBM智慧水管理解決方案產(chǎn)品（IOW）助力區(qū)域水利一體化智慧運營管理，構建智慧水利運營中心團隊專家團隊基層員工城管局發(fā)改委環(huán)保局氣象局水務局水利局KPI事件預警

SOP模型分析優(yōu)化業(yè)務創(chuàng)新水質(zhì)水效率智慧水資源運營中心管理團隊關注效果、效率和風險關注服務、管理、優(yōu)化和創(chuàng)新智慧水資源管理系統(tǒng)執(zhí)行層關注具體任務...水量城市管理層智慧區(qū)域水資源運營中心總體架構水利核心管理子系統(tǒng)（原有或新建）商業(yè)智能和據(jù)分析門戶智慧水資源管理支撐平臺（IOW）企業(yè)服務總線(ESB)地理信息系統(tǒng)外網(wǎng)交換網(wǎng)關統(tǒng)一安全管理內(nèi)網(wǎng)交換網(wǎng)關系統(tǒng)監(jiān)控管理應用服務流程引擎數(shù)據(jù)服務智慧水資源運營中心（IOW）KPI和分析報表事件和預警預案和響應模型、分析、優(yōu)化生產(chǎn)、監(jiān)測數(shù)據(jù)大壩監(jiān)測河流渠道監(jiān)測洪水預報水質(zhì)監(jiān)測能耗管理計算機網(wǎng)絡管理閘門監(jiān)控水情自動化圖像監(jiān)控光纖通訊管理渠首安全監(jiān)測自動化農(nóng)業(yè)用水水量傳輸?shù)叵滤O(jiān)控泵站自動化視頻會商工業(yè)供水水量傳輸水資源統(tǒng)一調(diào)配管理水環(huán)境安全預警兩大系統(tǒng)水環(huán)境安全預警Web系統(tǒng)水環(huán)境安全評價模型構架工具三類用戶公眾：提供流域水環(huán)境的全面、實時展示，提高公眾在水環(huán)境保護上的互動專家：通過實時監(jiān)測、精細評價、溯源分析、場景模擬，防患于未然決策者：通過全面、動態(tài)、實時的數(shù)據(jù)展示和可視化展示，保證流域水環(huán)境的全程可視可控和統(tǒng)籌規(guī)劃五項功能公眾門戶現(xiàn)狀監(jiān)控評價預警事故應急藍藻監(jiān)測三大技術特點開放式架構：支持與不同數(shù)據(jù)源的整合科學的風險評價方法：采用國際標準框架，運用一系列嚴謹?shù)娜簺Q策算法（熵權、AHP、聚類分析），降低專家的個體偏差強大的擴展能力：可對不同類型公共水域水環(huán)境進行監(jiān)測融化采集的數(shù)據(jù)信息的“創(chuàng)建“可視化的虛擬河流科學家，教育工作者和政府決策者，通過由電腦綜合數(shù)據(jù)形成的“虛擬”河，以進一步了解生態(tài)系統(tǒng)，觀察沉積物和化學污染物，深入了解人類對水質(zhì)和魚類的遷移的影響。修定區(qū)域發(fā)展政策和模式傳感器數(shù)據(jù)的收集和處理借助IBM的新的“流計算”技術，對分布式傳感器網(wǎng)絡收集到的實時的連續(xù)的物理、化學和生物數(shù)據(jù)流進行檢查分類并按優(yōu)先次序處理分布式傳感器網(wǎng)絡由移動和固定無線傳感器（每個傳感器都有自己的計算芯片）組成的一個分布式傳感器網(wǎng)絡，負責收集傳送流域的物理，化學和生物的變化實時數(shù)據(jù)河流水環(huán)境實時監(jiān)控1996年，紐約州長柏德基簽署了哈德森河河口管理法案，這是一個為長期保護和恢復河流生態(tài)系統(tǒng)（從特洛伊大壩到紐約港入海口）的全面藍圖。城市防洪預警決策支持排水系統(tǒng)

(SWMM模型)污水處理廠/工農(nóng)業(yè)用/排水

河流(QUAL2K,MIKE11,等)地面徑流(Muskingum、API等模型)河流/水庫(WASP模型)城市洪水仿真是多個環(huán)節(jié)模型的綜合，涉及到水的自然循環(huán)和社會循環(huán)，是一個復雜過程解決方案主要特點城市水文建模結(jié)合1D/2D兩種方式，在降低計算量的同時，精確構建城市水文模型先進的模型自調(diào)整地表徑流仿真根據(jù)當前氣象信息、預報信息和GIS地形信息，分析不同降水情形下城市的地表徑流，以及對基礎設施的影響降水預測徑流分析影響分析智慧堤壩是實體