咸阳市自来水公司 陕西咸阳 712000
摘要：城市供水系统是城市运行的命脉，供水调度在城市供水系统中举足轻重。传统意义上的城市供水调度系统是以人工经验决策、传统的通讯方式发布指令。SCADA数据难以系统全面地反映水力状态，人工经验可继承性差，指令发布难以追溯统计，存在供水调度不精准、能源浪费等问题。为此，本文设计了一个城市供水优化调度方案，通过搭建水司调度中心大数据网络平台、构建城市供水优化调度模型框架以及对泵站设备的能源优化，从而实现城市供水调度系统的高效、智能以及节能目标。
关键词：供水调度系统；城市供水；应用
引言
近年来，随着我国经济的快速发展，我国城市化水平在不断提高，城市供水高能耗的问题愈来愈严重。在国家节能减排政策的号召下，积极推动城市供水工业化和信息化的融合，提高城市供水服务能效，利用人工智能技术解决城市供水调度优化已成为必然选择。传统的城市供水调度系统，是通过简单的数据采集与监视控制系统（SCADA）进行数据的采集，通过人工经验决策以及传统的通讯方式进行指令发布。由于人工经验可继承性差，指令发布难以追溯、统计、分析，因此造成能源过于消耗、资源浪费的问题。针对以上问题，本文提出了构建实时的、多变量的、非线性的近最优城市供水优化调度模型，以达到城市供水优化调度以及节约能源的目的。
一、现阶段城镇供水管网系统存在的一些弊病
1.欠缺完备详尽的饮用水供水管网管道分布数据
城镇的饮用水供水管网系统管道的分布原本就错综复杂，伴随着国民经济建设的不断深入发展，地下供水管网系统在持续不断地改建、扩建，造成城镇饮用水供水管网系统管道的分布越来越复杂。倘若仅仅通过相关工程技术人员本身的回忆来定位供水管道的分布，且依照这样的分布情况去维修管控，必然会出现遗漏、细节错误，进而致使维修管控工作不能及时准确的进行。因此，欲对城镇的饮用水供水管网系统进行高效的维修和养护，拥有一套详尽的管网建设分布资料（以时间顺序排布）是必不可少的。掌握资料并利用因特网解决方案实行辅助管控，这项工作需要各个有关单位通力合作才能有效地进行。然而鉴于不同相关单位对供水管网系统的着眼点大相径庭，有的单位对该工作重视程度不够，导致各个单位无法进行密切合作，这样也就致使了多个相关部门很难对饮用水供水管网系统的资料进行详尽备份和快速更新，造成对供水管网的维修管控难度大大增加。
2. 供水管道漏水问题经常发生
普遍来说，对于因气温的变化和土壤的挤压与摩擦产生的城镇居民饮用水供水管道的漏水现象，现今仍然无法提供一个合适的解决方案。同时，国内许多城镇居民饮用水供水管网系统因为竣工年代和预算问题，供水管网系统管道的建筑原材料还停留在混凝土和灰铸铁的水平，而且伴随着其长期的应用，致使供水管道锈蚀老化的问题非常严重，进而经常会出现供水管道系统破裂、漏水的问题，此类问题严重干扰城镇居民的日常工作生活以及企业单位的作业发展，还会致使相关供水单位产生不必要的经济效益损失。此外，一些城镇在公共事业用水，例如消防车用水和绿化用水等的管控非常松懈，致使公共事业用水被私自挪用、滥用的问题经常发生，造成了宝贵的城镇水资源的巨大浪费。
3. 城镇居民饮用水供水管道系统的生锈问题
因为城镇居民饮用水供水管网系统自身的机能就是给城镇提供饮用水资源，这样就致使饮用水供水管网系统在所难免的与水体发生接触，与此同时因为供水管道与水体接触时间太长，也在所难免的产生一些化学反应，致使锈蚀情况的产生，进而必然会产生水垢与多种锈蚀微生物等化学反应相关产物的出现。伴随着长时间的积累，城镇居民饮用水供水管网系统当中的多种锈蚀微生物和水垢一定会进行混合。日常生活中，在供水管路内常规的褐色斑点状的杂质便是水体与多种锈蚀物的结合产物。
这种结合物包含有非常多的细菌病毒与有毒有害物质，将会对广大人民群众的身心健康产生严重的不良后果。
二、供水调度系统在城市供水中的应用
1.城市供水优化调度系统模型的建立
城市供水优化调度系统（WOS）在能源优化系统（EOS）的基础上以人工智能算法库AILab为核心开发。WOS系统由数据预处理、供水量预测、供水建模、水厂优化控制、泵站优化控制以及WOS大数据平台六个模块构成。最佳调度的建立必须基于实时、真实和可靠的在线监视数据，然后讨论数据是否具有可扩展性，建立全面、深入、系统的在线数据监控系统是进行最佳计划的前提。数据预处理模块是以人工智能算法库AILab为核心，采用AILab中的多种算法，对实时数据进行智能化的数据清洗、数据分析以及特征提取。供水建模是城市供水优化调度系统的核心模块，供水管网是一个多变量的、非线性的、时滞性的复杂性系统。WOS采用模型预测控制（MPC）技术，将机器学习算法的输入变量分为控制变量、可控变量以及不可控变量，通过人工智能算法库AILab提供的优化机器学习算法进行大量的训练学习，能够精准地输出每一个可控变量与控制变量的预测值。其中，时滞性是供水管网建模的一个难题，利用数据驱动的MPC技术解决了管网水压长距离传递带来的时间延迟预测问题。将控制变量与可控变量的若干周期的延迟采用AILab算法进行预处理，可以精确计算出每一个变量的时滞周期。此外，泵站用水量的预测还需要将整个供水管网的多个参数加入进来，共同进行建模学习，以增加泵站的应变响应能力，使用户端的水压能够总是处于安全运行状态。
2.城市供水优化调度系统泵站设备的能源优化
供水泵站优化系统分为泵的能源优化系统（EPM）与泵的健康管理系统两部分，并相互独立运行。将采集的数据通过使用AILab算法库中的组合优化算法进行分析处理后，经过智慧节能终端传输给主控PC机，主控PC机收到传输的信息后根据信息中包括的参数信息，将不同的调度指令通过PLC控制器对不同的变频器发出指令。在主控PC机中运行三种不同的软件模式，并根据不同的输入、输出信息进行模式的切换，包括数据信息预处理训练学习模式、原有系统能源消耗检测模式以及优化运行模式。原有系统能源消耗检测模式是在能源优化系统启用之前的一段时间内，监控原有系统的总能耗。通过在原有泵组系统的每一个电机之前安装一个智能电表，将该智能电表通过LoRa无线通讯模块传送到控制室的能源管理系统中，主控PC机保留能源数据库并随时可以进行分析与对比。
3.对城镇供水系统的阀门管控维修
伴随着国内科学技术水平的持续提升，许多新型的建筑原材料持续的被开发出来并且被大量使用于各种各样的建筑施工项目中，有的建筑原材料，比如：球墨铸铁就能够有效的避免水管、阀门与水体产生的化学反应。逐步使用新型建筑原材料来对老旧供水管道进行更新升级换代，这样操作既能减少供水管道、阀门的维修成本，而且还可以对阀门位置等的相关技术数据实行重新记载，如此操作就可以依据更新以后的技术数据编制更加详尽科学的维修保养计划，保障供水管路阀门的正常平稳安全的作业能力。
结束语
伴随着社会经济的不断发展，城市供水需求量以及能源消耗不断增加，能够精准地对城市供水调度进行优化，是高效推进城市供水系统建设以及减少能源消耗的重要举措。本文通过在城市供水调度系统中搭建WOS框架并嵌入设备的智能节能系统，以此来实现近最优的供水调度体系。实现高效、效益供水，为城市的发展提供坚实的保障。
参考文献
【1】王晓冰.城市供水系统的优化调度与智能控制[J].电子世界,2014(10):185.
【2】王立伟,龙剑波,万珊.城市供水系统优化调度模型[J].四川理工学院学报(自然科学版),2007(01):107-110.
【3】戚明杰,赖华.城市智能化供水调度系统的研究与应用[J].自动化仪表,2014,35(05):34-37.