智慧方案基于ICM水力模型智慧水务的应用与发展

基于模型的智慧水务体系及应用的展望—海绵城市需要什么样的智慧水务体系华霖富水利环境技某著名企业窦秋萍基于ICM模型的智慧水务体系

Mob:

1370

1672489dR

wallingfordworkingwith

water智慧水务中的模型系统的发展何为智慧水务系统•

智慧水务系统的发展阶段•

模型系统的发展阶段•

什么样的团队更为合适；•

对模型软件的期望和要求RWallingfordworkingwithwater•

过去、现在、

将来•

点、

面GIS数据管理实时监测模型-排水系统模型决策对应的模型•

明白发生了什么，原因，以及过程（短期&长期）•

知道下一步该做什么决策看得明白Understand

All看得全面（时、空）

SeeAll知道要做什么，怎么做？Know

How

and

What

to

DoRWallingfordworkingwithwater•离线模型（提前算好的一些结论），可以回答一些能力方面的问题，比如降雨太大了超出系统承受的范围；•实时模型（一方面，自动计算刚刚发生过的事件）：结合实测数据，真实反映问题发生的过程，有助于了解是怎么回事，真正的知情，进一步做到更好的应对；•实时模型（另一方面，结合预报降雨或预先制定的策略，计算未来会发生什么，并进行预警）：对未来可能发生的情况进行预测，和预警（这是对未来知情）•问题怎么出的，以及发生的过程：•----是泵站没有开足、还是某些管道排水能力超标、还是降雨太大了超出了系统承受的范围等（模型来回答的问题）•知道哪里出问题了：比如有些地方积水了（监测设备的作用）但未必知道解决方案实时监测RWallingfordworkingwithwater但并不知道•问题产生的原因，•以及发生的过程；•

未来可能发生什么？•

如果采取某个策略，会是什么

效果，是否能解决问题？•

知道重点位置发生了什么，以及哪些位置发生了问题，•

确定发生后应对决策•

重点位置发生了什么•

发生问题进行报警智慧水务的发展阶段（非事务、流程性的）部分知情决策应对感知（实时监测）报警RWallingfordworkingwithwater•离线模型：提前算好的预案，帮助决策者更好的决策•实时模型：实现设定好的各种策略，结合预报降雨等边界的输入，自动计算，比较多种策略达到的效果，从而辅助决策；•在线模型阶段：用来预演新的决策，看会有什么效果；•基于感知系统(实测等）

可以知道•

哪里发生了问题；

what?•基于模型可以继续知道：•更为确定发生问题的原因；why?---离线及实时模型•

问题发生的整个过程；

how?---实时模型（或者在线模型）优化调度（决策人员应该如何决策）Whatshould

Ido？•未来还会发生什么问题？

When?—实时模型辅助决策（常用的预案，以及临时的预案，会起到什么效果）What

ifIdothis,whatwill

happen?部分知情与全面知情（感知与模型）SeeAlland

Know

All•有模型结合各方信息，结合优化算法（优化的目标和限制条件等）

自动提出优化调度方案；•各种要求很高：数据、模型要到位，还有结合优化的算法，

包括硬件等；RWallingfordworkingwithwaterRWallingfordworkingwithwater•

什么系统的模型•

污水系统模型（包不包含混接雨水？）•

雨水系统及合流制系统（包不包含二维积水、包不包含河道、包不包含水质？）•

什么状态的系统；•

现状还是规划改造•

离线模型•

实时模型•

在线模型根据应对的问题，确定模型的范围、规模实现模型到什么阶段（根据业务来确定）智慧水务的核心：模型是其中最为核心的部分RWallingfordworkingwithwater 主动应对、智慧应对

ActiveSystemControl复杂的系统SuDS•旱天污水量冒溢（能力不足、地下水入渗）•污水厂来水量大，其浓度偏低-提质增效（地下水入渗，雨污混接）•雨天溢流污染（常发于合流制系统，或者雨污混接）•一维雨水管网及二维地面积水模型•雨天溢流污染（合流制系统）---一维合流制主干管网系统模型厂站池网一体化调度—一维污水及合流制管网系统模型合流制调蓄池调度系统—减少溢流污染内涝预报预警系统首先：基于应用来确定几个模型RWallingfordworkingwithwater确定模型实现的阶段：以内涝为例（思维导图）在线模型离线模型实时模型离线/在线模型实时模型离线模型RWallingfordworkingwithwater离线模型离线模型•同时，

一个自动计算的预报系统，提前告知可能的问题、风险，•提前测算常见预案的后果的优劣，更加了决策的更多依据；现状系统的模型•特殊情况出现时，能够快速的进行调整方案的测试；•事故发生后，能够重现发生经过，总结经验教训；•提前预备了常见工况的调蓄池的启闭策略，是现场工作人员日常操作的基础规范在线模型事前、事后的临时评估：

ICM

Exchange实时模型预报预警、辅助实时决策ICMLive离线模型评估策略：

ICMCSO合流制调蓄池在线调度系统RWallingfordworkingwithwater智慧水务中的模型系统的发展何为智慧水务系统•

智慧水务系统的发展阶段•

模型系统的发展阶段•

对模型软件的期望和要求•

什么样的团队更为合适RWallingfordworkingwithwaterICM

Live

实时预报模型系统ICM

离线模型系统二次开发接口，支持在线模型Info360基于ICM为基础的智慧水务体系实时监测数据分析管理系统ExchangeRWallingfordworkingwithwaterICM.

拖拉机的发动机(SWMM）相比于汽车、飞机（ICM：成熟的商用软件）--并不仅仅是引擎与引擎+复杂工具的区别，引擎与引擎也有巨大的区别（完整性、计算能力：大的系统、复杂的系统）.

Arcgis与其他GIS软件（SQLServer与Excel&Access).

SWMM+HacRas+……-----------故事（OpenMI-2003）.

增加了系统的不稳定因素、准确度的下降.

小学生与大学生.自行车与飞机免费的模型软件：灵活、自由等基于SWMM开发的新老软件，以及仅仅使用过免费的模型软件开发的团队免费的模型软件的耦合RWallingfordworkingwithwater•工作组（云共享：权限共享、计算资源共享、数据库共享）•模型项目的数据库管理模式•版本控制，同一网络上保存各个时期的版本•

ICM

Live

（发展了40多年年，

VMM）•

ICM

Exchange二次开发接口•水文、

管网、河道、二维地面积水、

LID、各种设施的复杂控制、

水质等与一体的模型一体化耦合的模型系统InfoWorks

ICM具备的几个特质强大而完整的工具，辅助到建模及分析的各个阶段RWallingfordworkingwithwater系统的架构系统的扩展RWallingfordworkingwithwater系统的架构----由公司网络与中央服务器组成的工作组数据库RWallingfordworkingwithwaterLocal

Agent

当地的

代理系统的架构----由公司网络与中央服务器组成的工作组数据库Remote

Agent远程代理RWallingfordworkingwithwaterLocal

Agent系统的架构----由公司网络与中央服务器组成的工作组数据库RemoteAgentCOORDINATOR远程协调员RWallingfordworkingwithwater当地的

代理•业主应用部门内如何优化模型管理体系•

共享模型师；•共享模型服务•建模•更新模型•方案分析系统的架构----由公司网络与中央服务器组成的工作组数据库思考题：RWallingfordworkingwithwater•

VMM比利时环保署，使用超过20年，改版不下三次；•

泰晤士水务，

2012年，排水系统CSO预报预警、后续排水系统运维养护预警系统；•日本：多地，结合雷达预报，内涝预警、泵站调度等；•

上海水务规划院：

2009年，排水系统内涝及CSO预报预警系统；•

实时模型，不是实时计算的模型，在此基础上，预报预警的模型；•

流域、排水、洪水及内涝，排水系统的运维维护等

ICM的扩展—

ICM

Live

自动定时计算的预报预警模型系统实时模型软件开发历史超过30年应用范围广泛应用案例众多

预警：比利时洪水预警的网上发布waterinfo.be

workingwithwater

HRWa

inf。rda

n

f

r

系统，成功运行超过20年）

workingwithwater

……

r

市及流域实时洪涝预报预警系统

预警：ICM

Live基于城市及流域模型的实时预报预警

workingwithwater

结合预报降雨，对各个位置的未来积水情况的严重程度进行推测与预警

HRWa

inf。rdTreatmentPlantEnergy

ConservationWaterLevelSanitarypumpwellWaterLevelAPumpStation

辅助决策：日本新潟

workingwithwater

实时信息将作为集成了

观测信息和实时分析结

果的传送内容，通过网

站从信息传输系统传送

给相应负责人。传送内容包含：>

洪水控制>

合流改善>

能量消减

HRWa

inf。rd•不止实时监测数据，监测泵、闸、入流及水位边界的上传及更新（juststarting)•

管网是否能够实时更新（清淤记录&竣工记录）•数据突发的缺失、异常•计算速度、稳定性的要求实时模型的结果应看和理解实时模型系统的结果应支持方便的自动的输出等……•运营和维护的成本非常高实时预报预警系统要保证应对自动、实时模式下的各种高要求模型要能够很好的实时更新实时预报预警系统应简单

workingwithwater

实时模型系统应当具备的特点—专业模型师(SHWPDRI)•如果实时预报预警系统的构建过于复杂，会导致：•学习成本非常高•预报预警系统的最终服务对象是对模型并不怎么熟悉的业主部门•实时模型如果要和业主决策平台耦合，需要考虑对接数据库

RWa

inf。r•数据库的管理模式，利于长期的统一管理，而不是文件；•支持最大程度的共享：同时能够兼容后续的云共享、云计算等可能的需求•计算能力够强，跑的要快，还要稳定；•尽量减少不必要的耦合，

而使用已经耦合好的，有多年成功经验的模型软件；•最大程度的享受成熟软件中引入的先进技术及分析理念；强大、完整的计算引擎：满足近期、远期扩展的要求模型软件的系统架构较先进，而不是老化较为成熟的模型软件智慧水务系统对模型软件的几点要求RWallingfordworkingwithwater智慧水务中的模型系统的发展何为智慧水务系统•

智慧水务系统的发展阶段•

模型系统的发展阶段•

对模型软件的期望和要求•

什么样的团队更为合适；RWallingfordworkingwithwater•

智慧水务的业主的技术人员（规划人员、水务技术人员）•

不是怎么建立模型（数据清单）

--你不会想知道实时监测设备怎么安装吧•

而是模型什么情况下能够启动计算、能够计算哪些情景、会输出什么结果、可以怎么用；•

要解决的问题是什么，每一个问题，对应的排水系统是哪些？---确定有多少个模型；•

确定问题的先后重要顺序，确定你希望做到什么阶段应该了解模型什么内容：能够根据这些，来确定你到底要什么，要实现什么?水力、水质、设施启闭状态智慧水务系统中，应该重点关注或控制什么：专业背景的人最为重要、并非软件开发人员模型团队中把控者或者业主的技术总工的要求提前算-策略、临时算-测算方案、自动定时向后预报-预报预警、评估测试后果提前算：找规律、

定策略；

临时算、

评估方案、

心里有底

或经验总结；自动

算：预报

预警；水力的结果：流量、水深、积水过程；水

质的结果：各位置浓度及扩散的过程等；以及泵、闸、堰启闭的过程（根据预设的

规则）设计工

况、典

型情景、

历史事

件、预

测事件假设(设计预报）及历史事件RWallingfordworkingwithwater\XX河厂站池（CSO调蓄池）网一体化调度系统RWallingfordworkingwithwater•

要解决的问题是什么，每一个问题，对应的排水系统是哪些？

---确定有多少个模型；•

确定问题的先后重要顺序，确定你希望做到什么阶段•

不是怎么建立模型（数据清单）--你不会想知道实时监测设备怎么安装吧；•

而是模型能够计算哪些情景、会输出什么结果、什么情况下能够启动计算、可以

怎么用；•

智慧水务的业主的技术人员（规划人员、水务技术人员）至于数据是否

满足你的期望，

留给建模型的

人员，来做详

细的评估前期的调研十

分重要，特别

是对模型来讲！应该了解模型什么内容：能够根据这些，来确定你到底要什么，要实现什么?智慧水务系统中，应该重点关注或控制什么：专业背景的人最为重要、并非软件开发人员模型团队中把控者或者业主的技术总工的要求RWallingfordworkingwithwaterWater

水资源Floods洪水Coasts海岸Maritime海洋工程Energy能源Research

研发To

be

the

most

respected

international

research

and

consultancy

organisation

in

civilengineeringandenvironmental

hydraulicsHRWWallingford

Ltd.

华霖富水利环境某著名企业RWallingfordworkingwithwaterWave-currentbasinFree-standinghydraulicWorkshopInstrumentationand

controlShipSimulationCentreFast

FlowFacilityVolumetric

flow

flumeFlumesRWallingfordworkingwithwatermodelsOur

toolbox

工具

Physical

modelling

物理模型

Numerical

modelling

数学模型

Navigation

simulation

导航模型

Ecological

modelling

生态模型RWallingfordworkingwithwater•

大数据分析：优化调度方面的分析•

海洋、流域、城市排水等各方面，•

最新的：登革热扩散模型•

离线模型的方案评估•实时预报预警模型；•

结合社会人文的：洪水淹没过程的人员撤退模型•

uksuds

提供了LID地块设计时的快速评估工具海绵城市方面的快速评估的模型流域及城市排水方面的模型及应用以及开发数据驱动的模型（黑箱模型）RWallingfordworkingwithwaterTSRSim

output:

100years

hourly

rainfallRainfallgenerationInput

rainfall

(5minute

orhourly)TSRSimcalibratesrainfallparametersRainfalldisaggregation

to

5

minutesTSRSim

output:

100years5

minute

rainfallInput

rainfall

(5minute)TSRSimcalibratesdisaggregationparametersTSRSim长历时数据生成模型工具?Rainfall

time

series

used

for

drainage

modellingR

all

n

forking

ithrater基于水质改善目标的调水系统Severn调水到泰晤士河道InterbasinTransferRWallingfordworkingwithwaterRWallingfordworkingwithwater8位组员•

学历，

2位硕士学历•来自欧洲顶尖大学－牛津，剑

桥，帝国理工，巴斯，谢菲尔德，代尔夫特理工总计超过100年的学术或职业经验•

技术背景涵盖－统计模型，大数据生成及分析，物理模型模拟

器，人工智能（神经网络），极值理论，多维数据分析•

应用领域包括－海岸工程，海洋海事，卫星数据，水利水文，

洪涝及干旱风险分析，市政水利（海绵城市）登革热扩散模型：最近©HRWallingford2016数据科学团队

DataScienceTeam首席统计师

组长RWallingfordworkingwithwaterProbabilityofR

Waworki模型结果:流域的洪水风险分布图-概率分布图基于模型上千次或更多的计算结果得到的orkingwithwater基于模型上千次或更多的计算结果,

并结合社会/经济/环境/人口分布等

得到经济损失分布图模型结果:流域的洪水风险分布图-经济损失分布todefencesorkingwithwater从此图中，可以确定出重点防护堤岸位

置，真正了解到：哪些才是真正需要重点维护和管理的防

护堤，为防汛资金投入提供辅助决策模型输出

-洪水风险