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霖富水利環境技某著名企業竇秋萍基于ICM模型的智慧水務體系

Mob:

1370

1672489dR

wallingfordworkingwith

water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?

什么樣的團隊更為合適；?

對模型軟件的期望和要求RWallingfordworkingwithwater?

過去、現在、

將來?

點、

面GIS數據管理實時監測模型-排水系統模型決策對應的模型?

明白發生了什么，原因，以及過程（短期&長期）?

知道下一步該做什么決策看得明白Understand

All看得全面（時、空）

SeeAll知道要做什么，怎么做？Know

How

and

What

to

DoRWallingfordworkingwithwater?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）但未必知道解決方案實時監測RWallingfordworkingwithwater但并不知道?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?

發生問題進行報警智慧水務的發展階段（非事務、流程性的）部分知情決策應對感知（實時監測）報警RWallingfordworkingwithwater?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）優化調度（決策人員應該如何決策）Whatshould

Ido？?未來還會發生什么問題？

When?—實時模型輔助決策（常用的預案，以及臨時的預案，會起到什么效果）What

ifIdothis,whatwill

happen?部分知情與全面知情（感知與模型）SeeAlland

Know

All?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；RWallingfordworkingwithwaterRWallingfordworkingwithwater?

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?

在線模型根據應對的問題，確定模型的范圍、規模實現模型到什么階段（根據業務來確定）智慧水務的核心：模型是其中最為核心的部分RWallingfordworkingwithwater 主動應對、智慧應對

ActiveSystemControl復雜的系統SuDS?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廠站池網一體化調度—一維污水及合流制管網系統模型合流制調蓄池調度系統—減少溢流污染內澇預報預警系統首先：基于應用來確定幾個模型RWallingfordworkingwithwater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離線/在線模型實時模型離線模型RWallingfordworkingwithwater離線模型離線模型?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?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；?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在線模型事前、事后的臨時評估：

ICM

Exchange實時模型預報預警、輔助實時決策ICMLive離線模型評估策略：

ICMCSO合流制調蓄池在線調度系統RWallingfordworkingwithwater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?

對模型軟件的期望和要求?

什么樣的團隊更為合適RWallingfordworkingwithwaterICM

Live

實時預報模型系統ICM

離線模型系統二次開發接口，支持在線模型Info360基于ICM為基礎的智慧水務體系實時監測數據分析管理系統ExchangeRWallingfordworkingwithwaterICM.

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.自行車與飛機免費的模型軟件：靈活、自由等基于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免費的模型軟件的耦合RWallingfordworkingwithwater?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一體化耦合的模型系統InfoWorks

ICM具備的幾個特質強大而完整的工具，輔助到建模及分析的各個階段RWallingfordworkingwithwater系統的架構系統的擴展RWallingfordworkingwithwater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RWallingfordworkingwithwaterLocal

Agent

當地的

代理系統的架構----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RWallingfordworkingwithwaterLocal

Agent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RemoteAgentCOORDINATOR遠程協調員RWallingfordworkingwithwater當地的

代理?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思考題：RWallingfordworkingwithwater?

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

ICM的擴展—

ICM

Live

自動定時計算的預報預警模型系統實時模型軟件開發歷史超過30年應用范圍廣泛應用案例眾多

預警：比利時洪水預警的網上發布waterinfo.be

workingwithwater

HRWa

inf。rda

n

f

r

系統，成功運行超過20年）

workingwithwater

……

r

市及流域實時洪澇預報預警系統

預警：ICM

Live基于城市及流域模型的實時預報預警

workingwithwater

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

HRWa

inf。rdTreatmentPlantEnergy

ConservationWaterLevelSanitarypumpwellWaterLevelAPumpStation

輔助決策：日本新潟

workingwithwater

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

HRWa

inf。rd?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）?數據突發的缺失、異常?計算速度、穩定性的要求實時模型的結果應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……?運營和維護的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模型要能夠很好的實時更新實時預報預警系統應簡單

workingwithwater

實時模型系統應當具備的特點—專業模型師(SHWPDRI)?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?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?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

RWa

inf。r?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?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；?最大程度的享受成熟軟件中引入的先進技術及分析理念；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，而不是老化較為成熟的模型軟件智慧水務系統對模型軟件的幾點要求RWallingfordworkingwithwater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?

對模型軟件的期望和要求?

什么樣的團隊更為合適；RWallingfordworkingwithwater?

智慧水務的業主的技術人員（規劃人員、水務技術人員）?

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；?

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-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；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）設計工

況、典

型情景、

歷史事

件、預

測事件假設(設計預報）及歷史事件RWallingfordworkingwithwater\XX河廠站池（CSO調蓄池）網一體化調度系統RWallingfordworkingwithwater?

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；?

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！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?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RWallingfordworkingwithwaterWater

水資源Floods洪水Coasts海岸Maritime海洋工程Energy能源Research

研發To

be

the

most

respected

international

research

and

consultancy

organisation

in

civilengineeringandenvironmental

hydraulicsHRWWallingford

Ltd.

華霖富水利環境某著名企業RWallingfordworkingwithwaterWave-currentbasinFree-standinghydraulicWorkshopInstrumentationand

controlShipSimulationCentreFast

FlowFacilityVolumetric

flow

flumeFlumesRWallingfordworkingwithwatermodelsOur

toolbox

工具

Physical

modelling

物理模型

Numerical

modelling

數學模型

Navigation

simulation

導航模型

Ecological

modelling

生態模型RWallingfordworkingwithwater?

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?

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?

uksuds

提供了LID地塊設計時的快速評估工具海綿城市方面的快速評估的模型流域及城市排水方面的模型及應用以及開發數據驅動的模型（黑箱模型）RWallingfordworkingwithwaterTSRSim

output:

100years

hourly

rainfallRainfallgenerationInput

rainfall

(5minute

orhourly)TSRSimcalibratesrainfallparametersRainfalldisaggregation

to

5

minutesTSRSim

output:

100years5

minute

rainfallInput

rainfall

(5minute)TSRSimcalibratesdisaggregationparametersTSRSim長歷時數據生成模型工具?Rainfall

time

series

used

for

drainage

modellingR

all

n

forking

ithrater基于水質改善目標的調水系統Severn調水到泰晤士河道InterbasinTransferRWallingfordworkingwithwaterRWallingfordworkingwithwater8位組員?

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?

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?HRWallingford2016數據科學團隊

DataScienceTeam首席統計師

組長RWallingfordworkingwithwaterProbabilityofR

Waworki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orkingwithwater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todefencesorkingwithwater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

護堤，為防汛資金投入提供輔助決策模型輸出

-洪水風險