利用现代信息技术，建设智慧城市，是当今世界城市发展的趋势，更是城市生态文明建设的重要内容。随着河长制、治水提质、海绵城市建设等治水策略的先后实施，水务管理的精细化、业务协同化能力不断提高。同时，新时代的发展，对水务的智慧化也提出了更高的要求。

在此基础上，广东省在其环境保护“十三五”规划、水利发展“十三五”规划中提出了“着力提升水利科技和信息化水平，打造广东智慧水利”的规划目标。深圳市在其水务发展“十三五”规划及新型智慧城市建设总体方案中分别提出了“推进具有智能感知、智慧分析的智慧水务工程建设”、“注重智能感知、突出智能应用，构建智慧水务服务体系”、“深化智慧水务建设，推进集数据采集、水务预警决策和应急于一体的智慧环保建设”
的规划建设目标。

结合罗湖区水务管理的实际工作需要，在《深圳市罗湖区“智慧城区”“十三五”规划》、《深圳市罗湖区生态文明建设规划2016-2030》的基础上，开展罗湖区“智慧水务”物联网监测项目建设规划，既是整体提升罗湖区水务业务监督管理水平的重要举措，也是落实智慧水务建设要求的具体体现，同时更是智慧罗湖、智慧深圳建设的坚实基础。因此，本项目的建设有着十分重要的意义。

1　案例应用

1.1　项目建设概况

图1 总体框架结构图

罗湖区智慧水务物联网监测项目以智慧分析应用为牵引，以智慧决策支持为核心，以智慧感知为基础，以智慧服务为目标，是一个全面建设智慧水务信息平台的应用系统。

数据采集系统，即智慧感知网的建设。对罗湖区境内主要江河、湖泊的水位、流量、水质和岸线，对水位、水质，以及对水库、堤防、水闸等水利工程要素全面透彻感知，集成共享水利行业及其他涉水信息，并实现区水务局与深圳市水务局、罗湖区和街道，与区政府和相关部门的互联互通。

基础平台，即水务数据库建设。通过水务数据库的建设，实现水利及相关数据的存储、清洗、交换、共享、融合及数据的分类与综合分析；通过智慧城市领导驾驶舱的建设，为罗湖区水务重大事件决策会商、现场指挥、应急响应和智慧系统综合展示提供支撑。

智慧应用建设，重点开展城市涉水综合体等应用的建设，同步推进水务业务系统、移动办公等系统平台建设。

通过智慧水务信息平台应用建设，能够为各级政府提供科学精准的综合调度和决策支持服务，为其他相关行业提供便捷高效的业务办公和监督管理服务，为社会公众提供完善的公众舆论监督和信息咨询服务。

1.2　建设清单一览表

本项目建设内容为物联网感知、水利模型、特色应用三大部分。其中物联网感知主要建设前端各类监测，构建物联网监测网络，形成物联网大数据平台；AI分析能力计算根据罗湖区的实际情况建设相应的水利模型。详细如表1所示。

表1 罗湖区智慧水务物联网监测项目建设清单一览表

1.3　物联网建设内容

通过梳理现有存量数据和需要补充的数据信息,借助IoT物联网平台、卫星遥感、视频监控等先进科技手段，对重点河流水库、水务工程等开展监测设施建设。初步构建了较为完善的水情、雨情、工情、灾情、水文、水位、水量、水质等水利信息采集体系，形成自动化、高精度、全天候、多元化智能采集网络，初步构建起空天地一体化的空间格局，集成多源社会数据，以达到透彻感知、全面互联。

1.4　水务专题数据库建设

在制定数据标准、实施数据分类、建立数据资源目录和开发数据库的基础上，采用元数据技术、数据交换共享技术及数据处理技术，通过在线实时处理、固定格式导入、标准接口对接等多种方式获取监测数据、共享数据。

罗湖区水务局数据交换共享系统（ROMA）用于对接水务局内部业务系统、各个业务交换子平台及对接深圳市罗湖区相关业务系统等，横向打通与罗湖区其他委办局的数据共享，实现各单位之间的交换数据收集和管理，提取共性的涉水数据，为数据中心提供数据来源。

1.5　业务应用平台建设

1.5.1　物联网平台

（1）NB-IoT网关

NB-IoT物联网网关主要由传输模块和数据采集模块组成，其中传输模块支持GPRS/4G/NB-IoT/LTE多种模式。网关的LiteOS可远程自动升级，具有设备反控、加密处理等功能。

在物联网网关中内置了区块链算法，每一组数据产生时会同步采集设备的状态数据，经过加密后追加到区块链中，每条数据都带有时间戳，通过监测网络上的分布式验证，再进行数据传输，确保每条数据都安全可靠。

（2）物联网设备接入管理系统

通过建设设备接入管理系统，实现社区全域物联网设备统一接入标准、一站式管理，对物联网设备从接入到退出全生命周期流程的全时、全程监控。

图2 设备生命周期管理流程示意图

（3）物联网数据服务子系统

数据服务子系统是消息中间件总线，作为部门前置交换子系统与中心系统之间的信息交换通道，实现交换信息的打包、转换、传递、解包等功能。交换传输系统采用分布式云消息技术，运行在分布式大数据操作系统上，具有大规模集群化消息处理能力，提供高可靠性、高性能和高吞吐量的大数据交换和数据处理能力。

（4）物联网设备运维子系统

根据规则引擎模块反馈回来的告警信息，对告警信息做出分析，制定相应的巡检任务进行相应的计划与处理。此功能包括巡检计划、巡检任务、运维人员等模块。

图3 运维业务逻辑示意图

（5）数据统计分析系统

根据物联网感知设备的运行工况，结合AI技术，对设备运行数据进行统计分析，判断设备状态，为故障预防、高效运维提供依据。设备运行数据分析模型包括：设备故障预警分析、设备在线率分析、设备传输有效率分析、故障类别趋势分析、故障率分析、数据有效性分析等。

1.5.2　罗湖区水利AI分析平台
包括地表产汇流模型、水体零维模型、河道一维水力学模型、地下管网汇流模型等水利AI分析能力计算。

图4 模型示意图

1.5.3　城市涉水综合监管应用

围绕水务核心业务，以水务专题为基础，以数据应用为核心，以数据挖掘、人工智能、物联网等新技术为手段，通过建立模型，重点开展城市涉水综合监管应用系统建设，同步推进其他智慧水务业务等服务平台建设，全面提升对“政府、水务及相关行业、公众”三个对象的服务能力。

图5 领导驾驶舱示意图

2　应用创新性及难点问题

2.1　案例应用创新性

紧紧围绕流域项目建设目标，坚持“在继承中智慧城市发展，在改革中创新”的原则，建设物联网大感知体系、业务大数据中心、绘制“智慧地图”，充分运用现代信息技术和大模型技术，推动信息化与罗湖区水务管理工作全面深入融合，全面促进流域管理信息化建设。

2.1.1　完善物联网大感知，构建物联网大数据

综合运用物联网感知技术，对河道、水库、暗渠、雨水管网、易涝点、排水口进行全方位的监测，辅助遥感技术、无人机技术结合水文、水力、河流动力、气象、环境、管理、经济和数学等相关知识学科体系，实现罗湖区数据整合、分类存储、加工处理、交换共享、分析挖掘、数据评估、数据质量和数据安全的全流程、全生命周期和全景式的管理，以大数据发展战略为动力，以信息资源为核心，为大数据在流域水资源水清管理中的创新应用、服务和深度融合提供有力的支持和决策依据，形成数据开放共享、业务创新发展新格局。

2.1.2　流域数字化，搭建罗湖区“ 全区河流动力学”

依托卫星遥感、地面遥感、机载雷达、人工智能等技术，通过天空地一体化全方位、多手段、多元化的数据采集获取数字流域空间信息，构建“流域智慧地图”，以多源、多维、多时空的完整高精度空间信息，形成数字流域专题服务。

2.1.3　采用水利大模型技术，辅助管理智能化

以流域的整体模型作为基础，模拟罗湖区水、天气等变化的现象和过程，处理流域大数据，揭示河流河水、雨水管、雨水流动变化规律，预测河流流向和污染行为，为流域上的水污染防治信息化应用以及流域管理提供良好的支撑和决策依据。最终实现让流域的每一处水的管理，都有模型精准计算，辅助流域管理的智能化。

2.2　案例难点问题及解决思路

罗湖区水务局相关委办局需要完善对罗湖区河道、水库、雨水管网的监测网络，实时掌握罗湖区行政区域内的水资源、水环境、供排水情况、水土流失、防洪等多方面业务提供数据支撑。夯实水务物联网监测体系，完备监测类型，改善目前水务局掌握数据不全面、不及时，数据不准确的现状，同时做到数据共享，对接其他相关部门单位的数据，做到数据融合。

（1）在水利工程管理、安全管理、监管企业管理上缺乏覆盖完善的监测设备，缺少统一的业务管理系统，无法对在建和已建水利工程全生命周期、在建工程安全方面、违法排放企业监管方面做到有据可依、有迹可循的全方位监管。

（2）在城市内涝监管方面，监测点位无法覆盖罗湖区行政区域，监测点位设置缺乏合理性，监测数据及预警信息传达不及时等多种现象导致无法在易涝发生前进行准确的预测，组织资源对易涝点进行防范措施。

（3）在罗湖区水资源管理方面，对罗湖区辖区内的5座区管水库、河道缺乏完备的监测监控设备，水库大坝安全也缺乏监测，少量的水库只建有水尺和部分摄像头，缺乏完善高效的水利自动化监测设施，对水资源的监测数据获取极度匮乏，因此水务局无法对全区的水资源进行全面掌握，导致在水资源管理、水环境治理等多方面无法达到预期效果。

（4）在业务信息化方面，目前水务局使用的系统比较单一，多为国家、省市下发的系统，这些系统存在数据不统一、不互通的问题，导致在业务处理过程中无法高效快速地办理业务。现在仍采用传统的人工转达、人工前往现场进行处理的现象，效率低下。

通过罗湖区智慧水务物联网监测项目建设为水务工程巡检、水行政执法、行业监管事务提供规范化、精细化的日常管理工具，将人力投入、人工作业为主的“人防”模式转变为通过系统功能提供敏捷、高效、规范化、精细化管理手段的“技防”模式，用科技换人力，能够及时发现河道破坏、水环境污染等违法行为，进而及时采取措施，避免污染范围扩大，制止河道、水环境破坏成为既定事实，有效降低治理污染、恢复生态所投入的成本。促使工作模式转变，管理上降本增效。

3　应用效益

3.1　社会效益

罗湖区通过智慧水务物联网监测项目建设，在水务领域释放新型智慧城区发展红利，可大幅度提升区域的水环境、水务工程管理、水利工程安全的监测能力，进一步增强水安全、水资源感知能力，强化水务行业监管能力，在提升民生服务和城市治理方面，实现对城市水务的全面感知（智能化）、态势监测（可视化）、事件预警（可控化），推动水务行业健康有序发展和管理转型升级，紧紧围绕深圳现代化国际化创新型城市的发展定位，打赢水污染及环境治理的攻坚战，维护河湖水地下管网的生态健康，具有重要的社会效益。

（1）提高城区水安全保障和防灾减灾能力，构建韧性城市

推进水安全的精细化管理，提升防汛排涝问题预测研判与管理调控的能力，实现汛情灾情可视、可知、可预测，支撑防汛排涝的精准调度及科学决策，问题及隐患做到“快发现、短响应、快处置、时反馈”，提升跨区域、跨部门、跨领域的协同处置能力，全面提升罗湖区在水灾害方面的城市安全韧性，增强人民群众的安全感。

（2）增强河湖综合治理能力，提升城市环境品质

在罗湖区水务管理上切实推动新一代信息通信技术与城市水务发展深度融合，引领和促使城市的发展与创新能力。从而增强河湖综合治理能力，强化水污染治理工作落实和监督考核的技术能力和手段，提升罗湖区生态文明建设水平，形成“高效、活力、精准、安全、和谐”的城市发展新业态和新路径，打造“一半山水一半城”的美丽罗湖。

（3）提高水务服务和行业监管水平，优化城市公共服务

通过罗湖区智慧水务物联网监测项目深刻改变政府社会管理和公共服务方式，拓宽水务信息开放和共享的渠道，使社会公众更为便利、直观地获取水务服务信息；实现行政审批流程优化增强人民群众的获得感、满足感，助力深圳现代化国际化创新型城市的建设。

3.2　经济效益

通过项目的建设，加快了深圳市罗湖区水务公共设施和罗湖区市政基础设施转型的智能化，推动了罗湖区对现有资源的有效配置和合理利用，实现了罗湖区数据驱动与业务发展相融合，改善罗湖区的生态资源有效利用，具有切实的经济效益。

（1）技术深度融合，推动经济发展

在新型智慧城市建设逐步形成的生态模式，在深圳罗湖区智慧水务物联网项目建设中得到充分应用。项目使的智慧水务逐步培育新的创新生态，在开放的体系中创新主体围绕城市水系统治理、公共服务、生产效能等方面的需求提出各种创意并付诸实践，推动了智慧水务方面新的技术的创新和应用创新。在大数据统计、模型计算、VR技术等方面得到了突破和应用。

（2）信息充分共享，提升数据价值

通过项目建设，优化了水务管理方面的信息数据的采集、传输、共享、分析、管理、应用等方面的相关标准和流程，实现信息采集的全覆盖、相关部门间业务信息的充分共享、数据分析的统一规范，消除数据孤岛、信息烟囱，促进水务业务的一体化管理，使水务管理决策更加科学、精准。一方面避免水务管理数据资源的重复建设，通过应用资产和数据资产的复用，使水务信息化成果得到更充分的利用，显著提升水务信息和数据价值；另一方面建立科学高效的业务协同机制，破解技术标准不统一、基础数据重复采集、人力物力浪费以及数据孤岛造成的劳动重复，从而有效降低系统建设运维的总体成本。

摘自《自动化博览》2020年1月刊