集團級水務大腦建設 打造“工業(yè)互聯(lián)網+水務”區(qū)域治理模式
引言：某水務集團業(yè)務范圍涵蓋原水、制水、供水、排水、污水、節(jié)水等水務全產業(yè)鏈條，當前集團各權屬公司信息化能力參差不齊、信息系統(tǒng)缺乏有機聯(lián)系、數(shù)據價值沒有被充分挖掘和應用、集團層統(tǒng)一管理難等問題日漸凸顯。百度通過開物工業(yè)互聯(lián)網平臺，融合大數(shù)據分析、人工智能、數(shù)字孿生等先進技術為該集團打造“集團級水務大腦”，助力業(yè)務輻射區(qū)域水務相關領域數(shù)字化和智能化轉型。開物是百度智能云在2021年推出的工業(yè)互聯(lián)網平臺品牌，以“AI+工業(yè)互聯(lián)網”為特色，產品和解決方案覆蓋質量管控、倉儲物流、供應鏈管理、安全生產、生產制造、倉儲物流、運營管理、研發(fā)設計和節(jié)能減排等9大應用場景。
2022年5月，工信部發(fā)布2022年新增跨行業(yè)跨領域工業(yè)互聯(lián)網平臺(簡稱“雙跨”平臺)清單，百度智能云開物入選“國家隊”，在新增企業(yè)中位居首位。
目前，百度智能云開物己與汽車、電子、能源電力、裝備制造、鋼鐵、化工、水務等超過22個行業(yè)的300多家標桿企業(yè)建立合作，為超過18萬家工業(yè)企業(yè)提供服務，在貴陽、重慶、桐鄉(xiāng)、蘇州、廣州、寧波等16個區(qū)域深度落地。
項目概況
水務事業(yè)關人民群眾切身利益，在工業(yè)互聯(lián)網、云計算、物聯(lián)網、大數(shù)據等科技的引領下，水務行業(yè)已呈現(xiàn)出向著自動化、智慧化、數(shù)字化的智能型變化發(fā)展趨勢。
項目背景
近年來，某區(qū)域水務集團投入了大量的資源，開展了相關信息化系統(tǒng)的建設。該集團按照“戰(zhàn)略導向、綜合集成、快速反應”的總體思路，依托大數(shù)據、人工智能、5G等技術，全力推動“水務大腦”平臺建設，提升信息化、智能化對業(yè)務發(fā)展和創(chuàng)新、集團管理決策、效能提升和生態(tài)賦能的支撐能力。
2. 項目簡介
“水務大腦”建設過程中充分利用當今領先成熟信息技術，引進先進的設計理念，按照“統(tǒng)一領導、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一建設、統(tǒng)一管理”的思路，推進企業(yè)網絡安全和信息化項目建設項目建設依據以下建設原則：
（1）建設集團統(tǒng)一的中心化信息化底座，成為支撐水務智能化發(fā)展的新型關鍵基礎設施。
（2）建設五個統(tǒng)一的信息化能力平臺，打造水務行業(yè)數(shù)字化、智能化的統(tǒng)一能力。
（3）打造五個智慧應用群，構建智能化、高附加值的場景應用，支撐集團創(chuàng)新發(fā)展。
（4）打造水務大腦生態(tài)產業(yè)鏈，提升技術和服務輸出能力。
項目目標
“水務大腦”建設將實現(xiàn)以下五個目標：
（1）貫徹集團管理管控理念，支撐企業(yè)管理體系落地
以戰(zhàn)略為目標，以績效為導向，以流程為基礎，風險驅動、合規(guī)經營，通過信息化的手段將集團管控職能切實落地，形成有效的“抓手”， 這是“水務大腦”建設的首要需求，“水務大腦”要在戰(zhàn)略支撐、業(yè)務合規(guī)、風險管理、績效明晰、流程貫通等方面支撐企業(yè)管理體系落地。
（2）生產智能化，服務個性化，管理制度化
水務大腦的建設要圍繞集團水務的核心業(yè)務，逐步實現(xiàn)生產智能化、服務個性化、管理制度化的目標。集團水務業(yè)務涵蓋原水、輸水、制水、配水、售水、排水、污水處理各個業(yè)務環(huán)節(jié)，首先必須實現(xiàn)規(guī)劃設計、工程項目建設、生產運營監(jiān)控、設施在線監(jiān)測、管網運行維護、模型模擬分析、優(yōu)化調度、應急安全、客戶服務、節(jié)水管理、產銷差分析、人財物管理等各個領域的數(shù)字化、智能化，在大數(shù)據的基礎上，通過數(shù)據整合、數(shù)據分析、數(shù)據挖掘，提高生產運行智能化水平，提高客戶服務的個性化水平，提升企業(yè)管理的制度化和流程化水平。
（3）深挖數(shù)據價值，實現(xiàn)數(shù)字轉型，打造數(shù)據資產
“水務大腦”建設，除了實現(xiàn)支撐管理、生產、服務的目標，還需在數(shù)據整合的基礎上，深挖數(shù)據價值，在節(jié)能降耗、生產預測、設備運維、客戶服務升級、水價談判、利潤挖掘等方面發(fā)揮水務大數(shù)據的價值。要實現(xiàn)數(shù)字資產和科技資產的雙輪驅動，即在實物資產創(chuàng)造價值的同時，新增的數(shù)字資產和科技資產能夠創(chuàng)造額外的價值，為集團的數(shù)字經濟探索提供基礎。
（4）打造核心競爭力，強化品牌影響力，支撐業(yè)務拓展
面對不斷開放的水務市場，公司亟需利用信息系統(tǒng)幫助企業(yè)實現(xiàn)流程化、精細化和標準化的管理流程，通過信息化項目的建設，實現(xiàn)節(jié)能降耗、安全保障等一系列具有顯著社會效益和經濟效益的目標，并且通過大數(shù)據挖掘、智能決策等能力的建設提升集團在數(shù)字水務方面的科技內涵，從而提升集團的管理水平，增強核心競爭能力，提升集團的整體品牌感和認知度，創(chuàng)造更大的經濟和社會價值，為集團區(qū)域擴張及產業(yè)鏈延伸提供良好的宣傳。
（5）解決數(shù)據孤島問題，提升集團整體信息化水平
集團建設需要進行應用系統(tǒng)集成旨在解決信息孤島的問題，成為適用于不同系統(tǒng)間的信息共用的通用工具，使公司的業(yè)務流程、公共數(shù)據、應用軟件、硬件和各種標準聯(lián)合起來，在不同應用系統(tǒng)之間實現(xiàn)無縫集成，推動集團業(yè)務的集約化、集中化利用。
二、項目實施概況
該項目以支撐水務集團六位一體業(yè)務領域為基礎，遵循集中化、平臺化設計思維，建設覆蓋原水、制水、供水、排水、污水、節(jié)水六大領域的水務大腦，靈活高效支撐全集團以及行業(yè)內外生態(tài)的業(yè)務創(chuàng)新和業(yè)務拓展。
1. 項目總體架構和主要內容
（1）項目總體架構
“水務大腦”建設緊緊圍繞著集團信息化戰(zhàn)略要求，以智慧管理、高效服務的主旨，按照“業(yè)務主導、數(shù)據驅動、頂層設計、統(tǒng)一標準”的原則，打造“1+5+5”整體架構。“1” 是建設一套統(tǒng)一運營管理中心，實現(xiàn)集團層面辦公、業(yè)務與運營的統(tǒng)一管理。第一個“5”是打造五個統(tǒng)一的信息化能力平臺，包括統(tǒng)一大數(shù)據平臺、統(tǒng)一視覺智能平臺、統(tǒng)一數(shù)據智能平臺、統(tǒng)一地理信息平臺和統(tǒng)一數(shù)字孿生平臺。第二個“5”是構建五個可擴展的智慧應用群，包括指揮調度智慧應用群、安全管理智慧應用群、運營管控智慧應用群、資產管理智慧應用群和惠民服務智慧應用群。如圖1所示。
圖1 “水務大腦”架構圖
（2）“1”運營管理中心
建設圍繞水務場景定做的解決方案開放平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一的入口、統(tǒng)一身份管理體系、統(tǒng)一認證、統(tǒng)一開放平臺、統(tǒng)一算法模型庫、統(tǒng)一應用中心，為水務行業(yè)相關用戶提供常用水務場景基礎平臺、內涵豐富的水務場景模型應用市場及水務類APP等內容。
（3）“5”信息化能力平臺
信息化能力平臺包括大數(shù)據平臺、視覺智能平臺、數(shù)據智能平臺、數(shù)字孿生平臺、地理信息平臺。
統(tǒng)一的大數(shù)據平臺：實現(xiàn)集團、各權屬企業(yè)及外部生態(tài)數(shù)據的匯聚、存儲、管理、共享和服務。按照設備和業(yè)務情況，解決數(shù)據接入、數(shù)據存儲管理和數(shù)據服務支撐能力。基于統(tǒng)一的數(shù)據湖打通集團及各權屬企業(yè)的數(shù)據孤島，統(tǒng)一管理數(shù)據資產。建設水務行業(yè)的數(shù)據標準和規(guī)范體系，完善集團的數(shù)據治理和數(shù)據管理水平。
統(tǒng)一的視覺智能平臺：基于機器學習技術建設視覺智能能力平臺，通過平臺提供多場景、易用的視覺智能能力。圍繞水務行業(yè)多樣化視覺應用領域，利用圖像、視頻采集設備，實現(xiàn)快速、可擴展、可復用的視覺智能應用場景，支撐圖像、視頻、目標識別視覺智能能力。采用通用且標準化的接入方式，快速實現(xiàn)視覺智能的擴展和賦能。
統(tǒng)一的數(shù)據智能平臺：通過構建統(tǒng)一數(shù)據智能平臺，挖掘大數(shù)據中蘊含的知識和價值。提供一站式，零代碼的開發(fā)平臺，將數(shù)據智能賦能給水務行業(yè)的分析師、開發(fā)工程師，可通過拖拽、配置式的簡單操作，實現(xiàn)數(shù)據到知識模型的操作過程，挖掘數(shù)據價值，沉淀數(shù)據資產，支撐集團全局智能化，賦能集團各業(yè)務板塊。
統(tǒng)一的地理信息平臺：在集團內建設統(tǒng)一的地理信息服務平臺，為集團各業(yè)務板塊和各業(yè)務環(huán)節(jié)提供GIS服務。可承載原水、制水、供水、排水、污水、制水，以及相關系統(tǒng)中已有的地圖文件、管網數(shù)據等。實現(xiàn)各業(yè)務板塊基于一張圖的統(tǒng)一管理，實現(xiàn)一體化全過程決策分析和實時監(jiān)管，實現(xiàn)以信息化帶動管理精細化，全面提升管理效能。支撐水務生產運行、運營管理、調度指揮、決策支撐等業(yè)務場景。
統(tǒng)一的數(shù)字孿生平臺：基于集團現(xiàn)有的設備、產線、工藝等，基于2D、3D等數(shù)字孿生技術形成相應水務行業(yè)的標準化數(shù)字孿生體。將現(xiàn)有的設備、產線等設置和管理中的點碼表、屬性、規(guī)則和管理標準等形成標準化模板。并通過視覺智能、數(shù)據智能的能力平臺，沉淀機理模型、AI模型，支撐水務管理標準化和對外賦能。
（4）“5”智慧應用群
基于新技術平臺，構建水務大腦，開發(fā)智能化應用，解決集團業(yè)務痛點，支撐集團及生態(tài)業(yè)務創(chuàng)新發(fā)展。通過應用大數(shù)據、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網以及數(shù)字孿生等技術，建立能并發(fā)運行且高度靈活的個性化、數(shù)字化、智能化的智慧水務管理平臺。支撐集團各業(yè)務板塊的智慧化應用：覆蓋原水、制水、供水、排水、污水、節(jié)水六大領域，打造新時代環(huán)境下全面科技創(chuàng)新。
智慧應用群涵蓋：指揮調度、安全管理、運營管控、資產管理、惠民服務五個方面，通過智慧應用群實現(xiàn)供水調度智能化、水質保障終端化、供水服務精準化、水廠運行智慧化、管網運行預警化、惠民便民等目標。打通六位一體的管理與應用，實現(xiàn)數(shù)據、知識在業(yè)務中的共享和協(xié)同，建立智慧水務運營體系和完善智慧應用服務。支撐管理決策，滿足集團和各業(yè)務公司的業(yè)務應用和擴展要求。
（5）打造水務大腦生態(tài)產業(yè)鏈，提升技術和服務輸出能力
基于水務大腦打造水務生態(tài)產業(yè)鏈的服務能力，提升水務大腦的技術和服務輸出能力，打造高附加值、高科技含量的智慧水務體系。通過平臺實現(xiàn)對外賦能和運營服務，滿足和承擔城市、外部水務/環(huán)保等相關企業(yè)的信息系統(tǒng)、平臺的建設、運行和管理。形成對外賦能平臺，推進和建設相關外部應用系統(tǒng)，并支撐相關智慧城市、智慧水務、環(huán)保、工程等各方面的建設、運營與技術指導。
3. 具體應用場景和應用模式
（1）水泵精準調壓
水務大腦基于集團內大量歷史數(shù)據和環(huán)境數(shù)據，運用利用工業(yè)互聯(lián)網+AI算法，構建用水量預測模型、泵組仿真模型、閥門開度優(yōu)化模型等，實現(xiàn)按需供水，節(jié)約泵機能耗；優(yōu)化管網壓力，降低管網漏損。模型精度99%以上，節(jié)約能耗約8%。
圖2 水泵精準調壓原理圖
1）目前常規(guī)泵房的供水壓力控制為變頻恒壓，此種壓力設定方法不夠靈活與智能，沒有把控用戶真正的用量需求，不能及時的根據用戶需求的變化來做出調整及響應，用戶用水體驗差，管網平均壓力偏高，增加了管網漏損的風險。且泵機組合以及泵組輪換依賴人工經驗，泵站未必工作在當前工況下最優(yōu)工作點，不利于節(jié)能降耗。水務大腦通過折線圖和陰影圖組合，直觀的展示實際出水量和預測出水量的信息，模型精度在99%以上。
圖3 水泵出水供水預測統(tǒng)計示意圖
2）基于實時用水量預測結果，結合管網壓力信息，利用機器學習技術對供水泵站壓力輸出量進行實時需求預測，并結合泵組實時運行情況、泵機自身的特性曲線，對過程參數(shù)進行動態(tài)尋優(yōu)，將優(yōu)化后的調控參數(shù)發(fā)送給操作人員或直接調控泵站的參數(shù)，建立基于供水業(yè)務的規(guī)程和參數(shù)的閉環(huán)反饋。最終泵站工作模式由憑運行經驗設置壓力、人工啟停轉變?yōu)榛跈C器深度學習的智能啟停、遠程監(jiān)控模式，使得輸出壓力根據用戶用水的實際需求動態(tài)變化，保障供水的穩(wěn)定性，大大降低管網富余壓力，節(jié)約供水壓力能耗。
圖4 水泵實時監(jiān)測運行示意圖
3）通過函數(shù)進行擬合，觀察歷史某兩日出水管的實際壓力和建議壓力，中間的面積為實際的節(jié)能空間；經過計算，為客戶提出在某兩年，使用建議壓力可以節(jié)能8%的電能。
圖5 歷史某時段出水管實際總壓力圖 圖6 歷史某時段出水管建議壓力圖
（2）泵機預防性維護
通過振動、電流、電壓、溫度、噪聲等傳感器，實時監(jiān)測水泵的運行狀態(tài)，基于實時及歷史運行數(shù)據，結合時域、頻域、時頻域等信號處理和分析方法，利用機理及機器學習等技術，提取一系列狀態(tài)指標，根據歷史數(shù)據結合專家知識提取分析指標，進而監(jiān)控設備運行情況，實現(xiàn)針對泵機的趨勢監(jiān)控、趨勢預警、問題定位、工單生成的流程化應用功能。在該項目中，實現(xiàn)了精準識別泵機異常狀態(tài)、精準統(tǒng)計設備運行時間，識別泵機的振動異常、聲音異常、軸承升溫等問題，并迅速發(fā)出異常報警，異常報警響應時間<10min，智能邊緣數(shù)據處理能夠實現(xiàn)實時反饋。
圖7 泵機預測性維護示意圖
（3）視覺智能管控
水務大腦通過工業(yè)互聯(lián)網平臺AI視覺算法對廠區(qū)的人、機、料、環(huán)進行主動安全監(jiān)測預警，針對設備腐蝕、跑冒滴漏、入池預警提示等，電力設備的儀表讀數(shù)、電力巡檢預警提示、電氣狀態(tài)、礬花識別，廠區(qū)內的雜物堆積、煙火識別等，人員的工服穿戴、人員跌倒等，助力構建廠區(qū)全面的視覺智能安全管控體系。
圖8 安全視覺智能示圖
安全及可靠性
“水務大腦”構建了六大安全防護體系，主要包括：
（1）物聯(lián)安全。水務大腦在該項目中為企業(yè)提供準入、通訊加解密、安全保護、KARMAOS 層保護、固件檢測等物聯(lián)安全能力。
（2）云安全。水務大腦以AI為特色，具備智能安全網關、主機安全、威脅狩獵、態(tài)勢感知、零信任方案、高防抗 D、滲透測試、等保、應急響應、云加速、密鑰管理 KMS、堡壘機、IDS、WAF等安全能力。
（3）數(shù)據安全。水務大腦通過隱私計算實現(xiàn)數(shù)據安全流通和治理，具備數(shù)據沙箱隔離域、MesaTee 芯片隱私計算、多方安全聯(lián)邦計算、圖數(shù)據庫等，并提供Teaclave 安全計算框架、MesaLink傳輸安全庫等數(shù)據安全能力。
（4）編碼安全。水務大腦具備交互式自動化安全測試（IAST）、自動化交互式持續(xù)檢測代碼安全漏洞等編碼安全能力。
（5）應用安全。水務大腦具備應用自我保護技術OpenRASP、史賓格隱私合規(guī)平臺（APP/SDK 權限檢測合規(guī)）、應用加固、安全 OTA、手機衛(wèi)士、慧推 PUSH 等應用安全能力。
（6）風控安全。水務大腦具備反詐/反黑/威脅情報（色情/賭博/釣魚網站識別+IP/手機號畫像+傳播鏈條追查）、昊天鏡反營銷羊毛（識別惡意刷羊毛用戶/可信設備/IP/號碼等）、文件安全識別。
5. 其他亮點
貫通全集團水務數(shù)據，形成數(shù)字資產集中化管理。在該項目中，該集團配套建設水務大數(shù)據中心，匯聚水務集團及各涉水單位全量相關數(shù)據，構建新型水務數(shù)據庫，將數(shù)據由分散存儲轉變?yōu)榧写鎯Γ瑪?shù)據管理由各自為政轉變?yōu)榧薪y(tǒng)籌，推動數(shù)據統(tǒng)一管理。
結合水務業(yè)務真實痛點，推動科技資產創(chuàng)新發(fā)展。水務大腦在節(jié)能降耗、生產預測、設備運維、客戶服務升級、水價談判、利潤挖掘等方面深度挖掘水務大數(shù)據的價值，拓寬了水務數(shù)據的價值空間，創(chuàng)造水務科技資產創(chuàng)新驅動力。
三、下一步實施計劃
1. 計劃1 持續(xù)挖掘數(shù)據潛力，提升信息與服務價值
持續(xù)監(jiān)測并挖掘數(shù)據價值，通過海量數(shù)據學習持續(xù)訓練內在模型，提升服務精準化，推動新業(yè)務領域創(chuàng)新，為該集團構建更多的高價值信息渠道，推動集團進行合理化定位、科學化營銷、高端化服務。
2. 計劃2 基于“水務大腦“，構建區(qū)域協(xié)同大生態(tài)
基于“水務大腦”，將水務服務能力不斷外延，推動形成以集團為中心、智慧水務領域為核心的區(qū)域服務生態(tài)；聯(lián)合政府、研究機構、行業(yè)協(xié)會、高校等組織建立資源與信息共享機制，共建水務、環(huán)保領域的區(qū)域賦能生態(tài)；通過“水務大腦”建設，依托百度開物工業(yè)互聯(lián)網平臺，整合社會豐富創(chuàng)新資源，提升區(qū)域創(chuàng)新服務能力大幅提升，形成區(qū)域創(chuàng)新生態(tài)，加速推動區(qū)域核心競爭力的整體提升。
3. 計劃3 構建“工業(yè)互聯(lián)網+水務“區(qū)域模式，樹立示范標桿
在不斷出臺的水務、環(huán)保政策的驅動和加持下，水務企業(yè)在當下和未來都面臨著巨大的挑戰(zhàn)，通過該項目，建立一套統(tǒng)一的數(shù)據標準體系、利用一個全局智能化大腦、建立一個橫向打通的業(yè)務平臺、謀劃一張數(shù)據可視化的統(tǒng)一大圖的服務體系，構建了“工業(yè)互聯(lián)網+水務”的區(qū)域模式，樹立“水務大腦”示范標桿，推引領全國水務企業(yè)的轉型升級。
四、項目創(chuàng)新點和實施效果
1. 項目先進性及創(chuàng)新點
創(chuàng)新技術深度融合。該項目基于工業(yè)互聯(lián)網平臺，將人工智能、大數(shù)據、數(shù)據活化、GIS、AR等技術與水務深度融合，實現(xiàn)水務信息化和數(shù)據資源整合利用和深度挖掘，形成了水務數(shù)據基于智能模型的正反向運營價值閉環(huán)，保證集團水務信息化能力的先進性。
提供零代碼開發(fā)平臺。該項目提供一站式，零代碼的開發(fā)平臺，將數(shù)據智能賦能給水務行業(yè)的分析師、開發(fā)工程師，可通過拖拽、配置式的簡單操作，實現(xiàn)數(shù)據到知識模型的操作過程。
標準化接入與快速擴展。基于機器學習技術建設視覺智能平臺，通過平臺提供多場景、易用的視覺智能能力。圍繞水務行業(yè)多樣化視覺應用領域，利用圖像、視頻采集設備，實現(xiàn)快速、可擴展、可復用的視覺智能應用場景，支撐圖像、視頻、目標識別視覺智能能力。采用通用且標準化的接入方式，快速實現(xiàn)視覺智能的擴展和賦能。
2. 實施效果
邊緣模型復用降低建設成本。該項目在邊緣端部署多種不同模型，實現(xiàn)多種智能化能力的復用，減少網絡帶寬及算力中心投資；
模型高精準度提升管網效能。該項目構建了精準的用水量預測模型和壓力推薦模型，既減少對能源的浪費，同時也降低了對供水管網的壓力要求，延長了管網使用壽命；
設施運行與應急響應效率提升顯著。分散式污水處理設施正常運行率提升了5個百分點；
構建信息通道實現(xiàn)組織高效協(xié)同。保障最后一公里客戶投訴處理及時率提升到96%，下屬企業(yè)80%以上的信息報送在1小時內完成；
踐行集團理念助力降本增效持續(xù)發(fā)展。通過水務大腦平臺的建設，實踐了該集團“求發(fā)展、重服務”的企業(yè)發(fā)展理念，整體人員效率提升5%以上，制水供水單位能耗下降8%。
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