基于模型的智慧水務體系及應用的展望—海綿城市需要什么樣的智慧水務體系華基于ICM模型的智慧水務體系

智慧水務中的模型系統的發展何為智慧水務系統?

智慧水務系統的發展階段?

模型系統的發展階段基于ICM模型的智慧水務體系

Page2?HRWallingford2016?

對模型軟件的期望和要求?

什么樣的團隊更為合適；HRWallingfordworkingwithwater大綱?

過去、現在、將來?

點、

面?

知道下一步該做什么決策?

明白發生了什么，原因，以及過程（短期&長期）GIS數據管理實時監測模型-排水系統模型決策對應的模型?HRWallingford2016知道要做什么，怎么做？Know

How

and

What

to

Do基于ICM模型的智慧水務體系

Page3何為智慧水務系統看得明白Understand

All看得全面（時、空）HRWallingfordworkingwithwaterSee

All?離線模型（提前算好的一些結論），可以回答一些能力方面的問題，比如降雨太大了超出系統承受的范圍；?實時模型（一方面，自動計算剛剛發生過的事件）：結合實測數據，真實反映問題發生的過程，有助于了解是怎么

回事，真正的知情，進一步做到更好的應對；?實時模型（另一方面，結合預報降雨或預先制定的策略，計算未來會發生什么，并進行預警）：對未來可能發生的

情況進行預測，和預警（這是對未來知情）?問題怎么出的，以及發生的過程：?是泵站沒有開足、還是某些管道排水能力超標、還是降雨太大了超出了系統承受的范圍等（模型來回答的問題）?知道哪里出問題了：比如有些地方積水了（監測設備的作用）?HRWallingford2016基于ICM模型的智慧水務體系

Page4智慧水務發展階段HRWallingfordworkingwithwater但未必知道解決方案實時監測?問題產生的原因，?以及發生的過程；?

未來可能發生什么？?

如果采取某個策略，會是什么

效果，是否能解決問題？?

知道重點位置發生了什么，以

及哪些位置發生了問題，?

確定發生后應對決策?

重點位置發生了什么?

發生問題進行報警?HRWallingford2016智慧水務的發展階段（非事務、流程性的）基于ICM模型的智慧水務體系

Page5感知（實時監測）但并不知道HRWallingfordworkingwithwater部分知情決策應對報警?離線模型：提前算好的預案，幫助決策者更好的決策?實時模型：實現設定好的各種策略，結合預報降雨等邊界的輸入，

自動計算，比較多種策略達到的效果，從而輔助決策；?在線模型階段：用來預演新的決策，看會有什么效果；?基于感知系統(實測等）可以知道?

哪里發生了問題；what??基于模型可以繼續知道：?更為確定發生問題的原因；why?離線及實時模型?

問題發生的整個過程；how?實時模型（或者在線模型）輔助決策（常用的預案，以及臨時的預案，會起到什么效果）What

if

Ido

this,whatwill

happen?部分知情與全面知情（感知與模型）SeeAlland

Know

All基于ICM模型的智慧水務體系

Page7?HRWallingford2016?有模型結合各方信息，結合優化算法（優化的目標和限制條件等）

自動提出優化調度方案；?各種要求很高：數據、模型要到位，還有結合優化的算法，包括硬件等；

優化調度（決策人員應該如何決策）What

should

Ido？

智慧水務發展階段?未來還會發生什么問題？When?—實時模型HRWallingfordworkingwithwater?HRWallingford2016智慧水務的發展階段基于ICM模型的智慧水務體系

Page9HRWallingfordworkingwithwater?

什么系統的模型?

污水系統模型（包不包含混接雨水？）?

雨水系統及合流制系統（包不包含二維積水、包不包含河道、包不包含水質？）?

什么狀態的系統；?

現狀還是規劃改造?

離線模型?

實時模型?

在線模型實現模型到什么階段（根據業務來確定）?HRWallingford2016智慧水務的核心：模型是其中最為核心的部分基于ICM模型的智慧水務體系

Page

10根據應對的問題，確定模型的范圍、規模HRWallingfordworkingwithwater

SuDS

?HRWallingford2016主動應對、智慧應對

ActiveSystemControl復雜的系統HRWallingfordworkingwithwater7April,2015?旱天污水量冒溢（能力不足、地下水入滲）?污水廠來水量大，其濃度偏低-提質增效（地下水入滲，雨污混接）?雨天溢流污染（常發于合流制系統，或者雨污混接）?一維雨水管網及二維地面積水模型?雨天溢流污染（合流制系統）一維合流制主干管網系統模型W

KingwithWtHR

W·

ai

ngf。·r·d

首先：基于應用來確定幾個模型廠站池網一體化調度—一維污水及合流制管網系統模型?HRWallingford2016基于ICM模型的智慧水務體系

Page

12合流制調蓄池調度系統—減少溢流污染內澇預報預警系統?HRWallingford2016確定模型實現的階段：以內澇為例（思維導圖）在線模型離線模型實時模型基于ICM模型的智慧水務體系

Page

13離線/在線模型HRWallingfordworkingwithwater實時模型離線模型離線模型離線模型?特殊情況出現時，能夠快速的進行調整方案的測試；?事故發生后，能夠重現發生經過，總結經驗教訓；?同時，一個自動計算的預報系統，提前告知可能的問題、風險，?提前測算常見預案的后果的優劣，更加了決策的更多依據；現狀系統的模型?提前預備了常見工況的調蓄池的啟閉策略，是現場工作人員日常操作的基礎規范

CSO合流制調蓄池在線調度系統實時模型預報預警、輔助實時決策ICMLiveICM?HRWallingford2016在線模型事前、事后的臨時評估：Exchange基于ICM模型的智慧水務體系

Page

14離線模型評估策略：ICM智慧水務中的模型系統的發展何為智慧水務系統?

智慧水務系統的發展階段?

模型系統的發展階段基于ICM模型的智慧水務體系Page

15?HRWallingford2016?

對模型軟件的期望和要求?

什么樣的團隊更為合適HRWallingfordworkingwithwater大綱vmge

基于ICM為基礎的智慧水務體系ICMICM?HRWallingford2016ICM

Exchange

二次開發接口，支持在線模型Info360實時監測數據分析管理系統基于ICM模型的智慧水務體系

Page

16Live

實時預報模型系統離線模型系統?

拖拉機的發動機(SWMM）相比于汽車、飛機（ICM：成熟的商用軟件）--并不僅僅是引擎與引擎+

復雜工具的區別，引擎與引擎也有巨大的區別（完整性、計算能力：大的系統、復雜的系統）?

Arcgis與其他GIS軟件（SQLServer與Excel&Access)?

SWMM+HacRas+……故事（OpenMI-2003）?

增加了系統的不穩定因素、準確度的下降?

小學生與大學生?自行車與飛機?HRWallingford2016基于SWMM開發的新老軟件，以及僅僅使用過免費的模型軟件開發的團隊基于ICM模型的智慧水務體系

Page

17常見的誤解免費的模型軟件：靈活、自由等免費的模型軟件的耦合HRWallingfordworkingwithwater?工作組（云共享：權限共享、計算資源共享、數據庫共享）?模型項目的數據庫管理模式?版本控制，同一網絡上保存各個時期的版本?

ICM

Live（發展了40多年年，VMM）?

ICM

Exchange二次開發接口?水文、管網、河道、二維地面積水、

LID、各種設施的復雜控制、水質等與一體的模型?HRWallingford2016InfoWorks

ICM具備的幾個特質基于ICM模型的智慧水務體系

Page

18強大而完整的工具，輔助到建模及分析的各個階段一體化耦合的模型系統HRWallingfordworkingwithwater系統的擴展系統的架構HRllinfon

itwater?HRWallingford2016基于ICM模型的智慧水務體系

Page

19系統的架構由公司網絡與中央服務器組成的工作組數據庫?HRWallingford2016HRWallingfordworkingwithwater20系統的架構由公司網絡與中央服務器組成的工作組數據庫Remote

Agent遠程代理?HRWallingford2016Local

Agent

當地的

代理HRWallingfordworkingwithwater21系統的架構由公司網絡與中央服務器組成的工作組數據庫Local

AgentRemoteAgent

COORDINATOR遠程協調員?HRWallingford2016HRWallingfordworkingwithwater當地的

代理22?業主應用部門內如何優化模型管理體系?

共享模型師；?共享模型服務

?建模?更新模型?方案分析系統的架構由公司網絡與中央服務器組成的工作組數據庫 ?HRWallingford2016HRWallingfordworkingwithwater思考題：23?

VMM比利時環保署，使用超過20年，改版不下三次；?

泰晤士水務，2012年，排水系統CSO預報預警、后續排水系統運維養護預警系統；?日本：多地，結合雷達預報，內澇預警、泵站調度等；?

上海水務規劃院：2009年，排水系統內澇及CSO預報預警系統；?

實時模型，不是實時計算的模型，在此基礎上，預報預警的模型；?

流域、排水、洪水及內澇，排水系統的運維維護等?HRWallingford2016ICM的擴展—ICM

Live

自動定時計算的預報預警模型系統基于ICM模型的智慧水務體系

Page26實時模型軟件開發歷史超過30年HRWallingfordworkingwithwater應用案例眾多應用范圍廣泛?HRWallingford2016預警：比利時洪水預警的網上發布www.waterinfo.beHRWallingfordworkingwithwater預警：比利時環保署：城市及流域實時洪澇預報預警系統

HR

W（網頁版/基于InfoWorks系統，成功運行超過20年）workingwithwater?HRWallingford2016?HRWallingford2016預警：ICM

Live基于城市及流域模型的實時預報預警HRWallingfordworkingwithwater結合預報降雨，對各個位置的未來積水情況的嚴重程度進行推測與預警?HRWallingford2016SanitaryPlantAPumpStationEnergy

ConservationWaterLevel實時信息將作為集成了

觀測信息和實時分析結

果的傳送內容，通過網

站從信息傳輸系統傳送

給相應負責人。傳送內容包含：

洪水控制

合流改善

能量消減輔助決策：日本新潟HRWallingfordworkingwithwater?運營和維護的成本非常高?如果實時預報預警系統的構建過于復雜，會導致：?學習成本非常高 實時預報預警系統要保證應對自動、實時模式下的各種高要求

?數據突發的缺失、異常?實時模型如果要和業主決策平臺耦合，需要考慮對接數據庫 模型要能夠很好的實時更新

?不止實時監測數據，監測泵、閘、入流及水位邊界的上傳及更新（juststarting)?

管網是否能夠實時更新（清淤記錄&竣工記錄）實時模型的結果應易于查看和理解實時模型系統的結果應支持方便的自動的輸出等……實時預報預警系統應簡單易建立HRWall

ngfordworkingwithwater實時模型系統應當具備的特點—專業模型師(SHWPDRI)?預報預警系統的最終服務對象是對模型并不怎么熟悉的業主部門?計算速度、穩定性的要求?HRWallingford2016?計算能力夠強，跑的要快，還要穩定；?盡量減少不必要的耦合，而使用已經耦合好的，有多年成功經驗的模型軟件；?數據庫的管理模式，利于長期的統一管理，而不是文件；?支持最大程度的共享：同時能夠兼容后續的云共享、云計算等可能的需求?最大程度的享受成熟軟件中引入的先進技術及分析理念；W

KingwithWtHR

W·

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智慧水務系統對模型軟件的幾點要求較為成熟的模型軟件?HRWallingford2016強大、完整的計算引擎：滿足近期、遠期擴展的要求模型軟件的系統架構較先進，而不是老化基于ICM模型的智慧水務體系

Page

32ICM智慧水務中的模型系統的發展何為智慧水務系統?

智慧水務系統的發展階段?

模型系統的發展階段基于ICM模型的智慧水務體系

Page33?HRWallingford2016?

對模型軟件的期望和要求?

什么樣的團隊更為合適；HRWallingfordworkingwithwater大綱?

智慧水務的業主的技術人員（規劃人員、水務技術人員）?

要解決的問題是什么，每一個問題，對應的排水系統是哪些？確定有

多少個模型；?

確定問題的先后重要順序，確定你希望做到什么階段?

不是怎么建立模型（數據清單）--你不會想知道實時監測設備怎么安裝吧?

而是模型什么情況下能夠啟動計算、能夠計算哪些情景、會輸出什么結

果、可以怎么用；提前算-策略、臨時算-測算方案、自動定時向后預報-預報預警、評估測試后果假設(設計\預報）及歷史事件應該了解模型什么內容：能夠根據這些，來確定你到底要什么，要實現什么?水力、水質、設施啟

閉狀態水力的結果：流量、水深、積水過程；水

質的結果：各位置濃度及擴散的過程等；以及泵、閘、堰啟閉的過程（根據預設的

規則）?HRWallingford2016智慧水務系統中，應該重點關注或控制什么：專業背景的人最為重要、并非軟件開發人員模型團隊中把控者或者業主的技術總工的要求提前算：

找規律、

定策略；

臨時算、

評估方案、

心里有底

或經驗總結；自動

算：預報

預警；設計工

況、典

型情景、

歷史事

件、預

測事件基于ICM模型的智慧水務體系

Page

34HRWallingfordworkingwithwater?HRWallingford2016XX河廠站池（CSO調蓄池）網一體化調度系統基于ICM模型的智慧水務體系

Page

35HRWallingfordworkingwithwater?

不是怎么建立模型（數據清單）

--你不會想知道實時監測設備怎么安裝吧；?

而是模型能夠計算哪些情景、會輸出什么結果、什么情況下能夠啟動計算、可以

怎么用；?

要解決的問題是什么，每一個問題，對應的排水系統是哪些？確定有多少個模

型；?

確定問題的先后重要順序，確定你希望做到什么階段?

智慧水務的業主的技術人員（規劃人員、水務技術人員）至于數據是否

滿足你的期望，

留給建模型的

人員，來做詳

細的評估前期的調研十

分重要，特別

是對模型來講！?HRWallingford2016模型團隊中把控者或者業主的技術總工的要求應該了解模型什么內容：能夠根據這些，來確定你到底要什么，要實現什么?基于ICM模型的智慧水務體系

Page

36智慧水務系統中，應該重點關注或控制什么：專業背景的人最為重要、并非軟件開發人員HRWallingfordworkingwithwaterMaritime海洋工程Research

研發To

be

the

most

respected

international

research

and

consultancy

organisation

in

civilengineeringandenvironmental

hydraulicsHRWWallingford

Ltd.

華霖富水利環境技術咨詢(上海）有限公司11/13/2019HRW

Introduction

Page37HRWallingfordworkingwithwaterFloods洪水Coasts

海岸Energy

能源Water水資源?HRWallingford2016?HRWallingford2016Wave-currentbasinFree-standinghydraulicFroudeModelling

HallWorkshopInstrumentationand

control11/13/2019HRW

Introduction

Page38ShipSimulationCentreFast

FlowFacilityVolumetric

flow

flumeFlumesHRWallingfordworkingwithwatermodelsOur

toolbox

工具n

Physical

modelling

物理模型n

Numerical

modelling

數學模型n

Navigation

simulation

導航模型n

Ecological

modelling

生態模型What

makesus

different?11/13/2019HRW

Introduction

Page39HRWallingfordworkingwithwater?HRWallingford2016?

離線模型的方案評估?實時預報預警模型；?

結合社會人文的：洪水淹沒過程的人員撤退模型?

大數據分析：優化調度方面的分析?

海洋、流域、城市排水等各方面，?

最新的：登革熱擴散模型?

www.uksuds.com

提供了LID地塊設計時的快速評估工具?HRWallingford2016所有基于模型的應用基于ICM模型的智慧水務體系

Page40流域及城市排水方面的模型及應用以及開發海綿城市方面的快速評估的模型數據驅動的模型（黑箱模型）HRWallingfordworkingwithwaterRainfalldisaggregation

to

5

minutesInput

rainfall

(5

minute)

RainfallgenerationTSRSim長歷時數據生成模型工具?TSRSim

output:

100years5

minute

rainfall13November2019?HRWallingford2016TSRSim

output:

100years

hourly

rainfallTSRSimcalibratesdisaggregationparametersTSRSimcalibratesrainfallparametersInput

rainfall

(5minute

orhourly)Rainfall

time

series

used

for

drainage

modellingHRWallingfordworkingwithwater基于水質改善目標的調水系統Severn調水到泰晤士河道InterbasinTransferSeptember2016Page42?HRWallingford2016HRWallingfordworkingwithwater?HRWallingford2016UKSudsHRWallingfordworkingwithwater13November,2019?

技術背景涵蓋－統計模型，大數據生成及分析，物理模型模擬器，人工智能（神經網絡），極值理論，多維數據分析?

應用領域包括－海岸工程，海洋海事，衛星數據，水利水文，洪澇及干旱風險分析，市政水利（海綿城市）登革熱擴散模型：最近?HRWallingford20168位組員?6位博士學歷，2位碩士學歷?來自歐洲頂尖大學－牛津，劍橋，帝國理工，巴斯，謝菲爾德，代爾夫特理工總計超過100年的學術或職業經驗數據科學團隊

DataScienceTeam首席統計師

組長

劉燁博士HRWallingfordworkingwithwaterProbabilityof

InundationHRWallingfordworkingwithwaterPage45模型結果:流域的洪水風險分布圖-概率分布圖基于模型上千次或更多的計算結果得到的?HRWallingford2016Page46allingfordworkingwithwater基于模型上千次或更多的計算結果,并結合社會/經濟/環境/人口分布等得到經濟損失分布圖模型結果:流域的洪水風險分布圖-經濟損失分布圖?HRWallingford2016HR

模型輸出

-

洪水風險to分de布fe

c

對河堤的風險圖Page47wallingfordworking

wi從此圖中，可以確定出重點防護堤岸位

置，真正了解到：哪些才是真正需要重點維護和管理的防