CN115392748B - 一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统，包括：基础信息模块，展示企业的地理位置、企业取水许可总量、当年度累计的取用水总量、累计的再生水回用总量、企业各个用水环节及其管道布设情况；监测数据模块，动态展示企业实时水量图、各用水环节实时用水数据及各用水环节历史用水数据；数据分析模块，基于实时水量数据、历史用水数据，分别对煤矿各环节实时用水水平、历史用水水平进行分析，得到用水量评价结果；预警管理模块，基于用水量评价结果对不合理的水源取水量、用水环节及异常的动态平衡过程进行实时预报预警；系统管理模块，进行系统用户信息管理。本发明实现了煤矿取用水过程的精细化管理。

Description

一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统

技术领域

本发明涉及智慧水务系统技术领域，尤其涉及一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统。

背景技术

智慧水务系统是通过信息技术与水务技术的深度融合，充分发掘数据价值和逻辑关系，实现水务业务系统的控制智能化、数据资源化、管理精确化、决策智慧化，保障水务设施安全运行，使水务业务运营更高效、管理更科学和服务更优质。智慧水务系统是促进和带动水务现代化、提升水务行业社会管理和公共服务能力、保障水务可持续发展的必然选择。传统的智慧水务系统包括供用水关系的动态显示、流量过程的实时监测、设备档案管理、简单的泄露事件提醒等功能，核心功能停留在监测数据的动态展示层面，严格来说欠缺专业化，不够具体化、差异化。

目前，智慧水务技术正在发展探索阶段，尚没有形成具体的框架或成熟的标准，在新时期管理要求的背景下，传统的智慧水务系统(如图1所示)存在一些局限性：

(1)智慧水务系统虽通过信息技术辅助实现，其根本目的还是为了更好地服务于水资源管理。从传统的系统功能来看，仅仅是用水过程的动态监测展示，无法满足水资源精细化管理的需求，并没有实现水资源管理专业与信息技术的高度融合，系统功能设计不够专业化，导致智慧水务系统普及率不高、利用率不高。

(2)煤矿是用水大户,在洗浴、井下防尘、洗煤、绿化等生活生产的各个环节都需要消耗大量的水，从节约集约利用水资源角度考虑，煤矿建设智慧水务系统是非常有必要的；而传统的智慧水务系统多用于机关事业单位、高校等城市管理对象，对于煤矿类高耗水企业，系统功能设计不可一概而论，传统的智慧水务系统不够具体化，并没有体现不同类型用水户之间的差异化。

发明内容

本发明针对现有的智慧水务系统，仅仅是用水过程的动态监测展示，无法满足水资源精细化管理的需求，且传统的智慧水务系统不够具体化，并没有体现不同类型用水户之间的差异化问题，提出一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统，实现了煤矿取用水过程的精细化管理。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统，包括基础信息模块，监测数据模块，数据分析模块，预警管理模块及系统管理模块；

所述基础信息模块用于展示企业的地理位置、企业取水许可总量、当年度累计的取用水总量、累计的再生水回用总量、企业各个用水环节及其管道布设情况；

所述监测数据模块用于动态展示企业实时水量图、各用水环节实时用水数据以及各用水环节历史用水数据；

所述数据分析模块用于基于监测数据模块传输的实时水量数据、历史用水数据，分别对煤矿各环节实时用水水平、历史用水水平进行分析，进而得到煤矿各环节的用水量评价结果；

所述预警管理模块用于基于数据分析模块的用水量评价结果对不合理的水源取水量、用水环节及异常的动态平衡过程进行实时预报预警；

所述系统管理模块用于进行系统用户信息管理。

进一步地，还包括：数据库模块；用于存储上述各模块所需数据。

进一步地，所述基础信息模块包括项目位置图、企业用水情况及供用水关系图三个子模块；

项目位置图子模块用于以标准地图、卫星地图及3D地形三种形式直观的展示企业的地理位置，并在图中展示企业的概况；

用水情况子模块用于使用柱状图、饼状图、仪表图及表格展示企业取水许可总量、当年度累计的取用水总量、累计的再生水回用总量数据；

供用水关系图子模块用于以水资源论证报告及现场水平衡测试的相关成果为依据，统计分析各用水单元之间的关系，在系统中绘制企业各用水单元之间的水量关系图，直观展示企业各个用水环节及其管道布设情况。

进一步地，所述监测数据模块包括实时水量图、水量监测及水量月报三个子模块；

实时水量图子模块用于基于供用水关系图，在有监测点位的用水环节动态滚动展示对应用水环节的逐小时用水量；

水量监测子模块用于对煤矿各用水环节近24小时用水量进行监控，通过折线图及柱状图形式进行展示；

水量月报子模块用于对企业各用水环节逐月用水情况进行展示，通过图表的形式展示各用水单元历史上逐月的用水总量。

进一步地，所述数据分析模块包括实时用水水平分析和历史用水水平分析两个子模块；

实时用水水平分析子模块用于对监测数据模块传输的实时水量数据进行计算，根据各环节标准用水定额区间/阈值，对煤矿各环节实时用水水平进行分析，得到煤矿各环节的用水量评价结果，进而根据评价结果定位薄弱用水环节；

历史用水水平分析子模块用于对任意选取的历史区间，进行用水水平分析评价。

进一步地，按照以下方式得到煤矿各环节的用水量评价结果：

根据各环节标准用水定额区间/阈值，设置“优、良、差”三个评价结果：

当用水量小于等于标准用水定额区间下限，或小于等于“标准用水定额阈值 *0.9”时，评价结果为“优”；

当用水量大于标准用水定额区间下限、小于等于标准用水定额区间上限，或大于“标准用水定额阈值*0.9”、小于等于“标准用水定额阈值*1.1”时，评价结果为“良”；

当用水量大于标准用水定额区间上限，或大于“标准用水定额阈值*1.1”，评价结果为“差”；

根据标准用水定额区间或阈值，结合煤矿各环节实际用水量，得到各环节用水水平评价结果。

进一步地，所述预警管理模块包括设备管理、实时预警管理、历史预警管理三个子模块；

设备管理子模块用于展示所有计量设备的基本信息；

实时预警管理子模块用于结合监测数据模块、数据分析模块的计算成果，对不合理的水源取水量、用水环节及异常的动态平衡过程进行实时预报预警；

历史预警管理子模块用于对系统运行历史中各种预报预警时间进行查询、确认、删除操作。

进一步地，所述预报预警包括：

超许可预报预警：年取水总量超过“企业取水许可总量*0.9”或用水量占企业取水许可总量比大于等于“本年度已过(指时间)占比*1.1”，判断为“预报”状态；年取水总量超过“企业取水许可总量”或用水量占许可比大于等于“本年度已过占比*1.2”，判断为“预警”状态；

超定额预报预警：单位产品用水量大于等于“标准用水定额区间上限或标准值*1.1”判断为“预报”状态，单位产品用水量大于等于“标准用水定额区间上限或标准值*1.2”，判断为“预警”状态；

超计划预报预警：年取水总量超过“本年度计划的取用水总量*0.9”或用水量占计划比大于等于“本年度已过占比*1.1”判断为“预报”状态；年取水总量超过“本年度计划的取用水总量”或用水量占计划比大于等于“本年度已过占比*1.2”，判断为“预警”状态；

水量异常预警：用水不平衡率即“(一级计量总用水量减去二级计量总用水量)/一级计量总用水量”大于等于5％，判断为“预报”状态，用水不平衡率大于等于10％，判断为“预警”状态，其中一级计量总用水量为取水口总取水量，二级计量总用水量为各环节用水量之和。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明针对煤矿取用水特点，设计一套可实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统。本次设计的煤矿智慧水务系统可实现数据的实时采集、整编、以及相关报表的生成，特别是完成取水许可、用水计划等参数的设置后，系统可针对各用水环节进行用水合理性分析评价以及自动预报预警(超许可、超定额、超计划、水量异常)等功能，系统中对应模块为“数据分析”与“预警管理”，有效地推动了信息技术与煤炭生产用水过程的融合发展，实现了煤矿取用水过程的精细化管理。

附图说明

图1为传统智慧水务系统功能展示；

图2为本发明实施例一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统功能设计框架图；

图3为本发明实施例煤矿取用水智慧水务管理系统主界面；

图4为本发明实施例煤矿供用水关系图；

图5为本发明实施例煤矿用水水平分析评价结果界面；

图6为本发明实施例煤矿实时预报预警管理界面；

图7为本发明实施例煤矿智慧水务数据库设计框架图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明：

一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统(简称为煤矿取用水智慧水务管理系统)，包括：

1、系统功能设计

针对煤矿生活生产取用水特点，本发明提出的智慧水务系统功能设计主要包括取用水基础信息、监测数据、数据分析、预警管理、系统管理五个模块，系统框架见图2。

基础信息模块用于展示企业的地理位置、企业取水许可总量、当年度累计的取用水总量、累计的再生水回用总量、企业各个用水环节及其管道布设情况；

监测数据模块用于动态展示企业实时水量图、各用水环节实时用水数据以及各用水环节历史用水数据；

数据分析模块用于基于监测数据模块传输的实时水量数据、历史用水数据，分别对煤矿各环节实时用水水平、历史用水水平进行分析，进而得到煤矿各环节的用水量评价结果；

预警管理模块用于基于数据分析模块的用水量评价结果对不合理的水源取水量、用水环节及异常的动态平衡过程进行实时预报预警。

具体地，本发明设计的“煤矿取用水智慧水务管理系统”主界面见图3，主要展示部分重要信息：预警信息(左上)、用水水平分析(左下)、设备运行状态监测(右上)、主要环节实时用水量(右下)。

(1)基础信息模块

取用水基础信息模块分为项目位置图、企业用水情况及供用水关系图三个子模块。项目位置图子模块该模块主要以标准地图、卫星地图及3D地形三种形式直观的展示企业的地理位置，并在图中展示企业的概况，便于用户了解到煤矿的概况及地理位置；企业用水情况子模块主要使用柱状图、饼状图、仪表图等及表格来清晰明了的展示企业取水许可总量、当年度累计的取用水总量、累计的再生水回用总量等数据；供用水关系图子模块主要以水资源论证报告及现场水平衡测试的相关成果为依据，统计分析各用水单元之间的关系，在系统中绘制企业各用水单元之间的水量关系图，直观展示企业各个用水环节及其管道布设情况，见图4。

(2)监测数据模块

监测数据模块分为实时水量图、水量监测及水量月报三个子模块，主要是动态展示企业实时水量图、各用水环节实时用水数据以及各用水环节历史用水数据。实时水量图子模块是在供用水关系图的基础上，在有监测点位的用水环节动态滚动展示对应用水环节的逐小时用水量，方便企业或管理部门对各用水单元的用水情况进行实时监控；水量监测子模块主要是对煤矿各用水环节近24小时用水量进行监控，通过折线图及柱状图形式进行展示；水量月报子模块主要是对企业各用水环节逐月用水情况进行展示，通过图表的形式展示各用水单元历史上逐月的用水总量。

(3)数据分析模块

数据分析模块分为实时用水水平分析和历史用水水平分析两个子模块。实时用水水平分析子模块主要是对监测数据模块传输的实时水量数据进行计算，根据国家标准或行业标准规定的用水定额，对煤矿各环节实时用水水平进行分析，精准定位薄弱用水环节，从而规范煤矿取用水行为，促进其实现水资源的节约集约利用。历史用水水平分析子模块主要是对任意选取的历史区间，进行用水水平分析评价。

煤矿需进行用水水平分析的用水环节如下：

生活：职工生活、职工食堂、单身宿舍、浴室、洗衣房、物供基地、综合生活；

生产及其他：锅炉房、黄泥灌浆、原煤生产、洗煤生产、绿化洒水、道路洒水。

各用水环节设置的标准用水定额区间或阈值见表1。

表1各环节标准用水定额

根据表1中的标准用水定额区间或阈值，设置“优、良、差”三个评价结果，规则如下：

优：用水量小于等于标准定额区间下限，或小于等于“阈值*0.9”；

良：用水量大于标准定额区间下限、小于等于标准定额区间上限，或大于“阈值*0.9”、小于等于“阈值*1.1”；

差：用水量大于标准定额区间上限，或大于“阈值*1.1”。

根据标准用水定额区间或阈值，结合煤矿各环节实际用水量，可得到各环节用水水平评价结果，从而精准定位薄弱用水环节，评价结果界面见图5。

(4)预警管理模块

预警管理模块分为设备管理、实时预警管理、历史预警管理三个子模块。设备管理子模块主要展示所有计量设备的基本信息，如编号、安装位置、计量范围、运行状态等；实时预警管理子模块主要是结合监测数据、数据分析模块的计算成果，对不合理的水源取水量、用水环节及异常的动态平衡过程进行实时预报预警，避免企业违规取水、超定额用水及水资源漏损等现象的发生，煤矿实时预报预警管理界面如图6所示。历史预警管理子模块主要是对历史以来的各种预报预警时间进行查询、确认、删除等操作。

预报预警管理总共分为四个类型：

超许可预报预警：年取水总量超过“企业取水许可总量*0.9”或用水量占企业取水许可总量比大于等于“本年度已过(指时间)占比*1.1”，判断为“预报”状态；年取水总量超过“企业取水许可总量”或用水量占许可比大于等于“本年度已过占比*1.2”，判断为“预警”状态；

超定额预报预警：单位产品用水量大于等于“标准用水定额区间上限或标准值*1.1”判断为“预报”状态，单位产品用水量大于等于“标准用水定额区间上限或标准值*1.2”，判断为“预警”状态；其中标准值即为标准用水定额阈值；

超计划预报预警：年取水总量超过“本年度计划的取用水总量*0.9”或用水量占计划比大于等于“本年度已过占比*1.1”，判断为“预报”状态；年取水总量超过“本年度计划的取用水总量”或用水量占计划比大于等于“本年度已过占比 *1.2”，判断为“预警”状态；

水量异常预警：用水不平衡率即“(一级计量总用水量减去二级计量总用水量)/一级计量总用水量”大于等于5％，判断为“预报”状态，用水不平衡率大于等于10％，判断为“预警”状态，其中一级计量总用水量为取水口总取水量，二级计量总用水量为各环节用水量之和。

(5)系统管理模块

系统管理模块分为用户管理、系统日志及联系我们三个子模块。用户管理子模块可进行用户的注册、修改、权限设置、用户删除等操作，用户权限设置为三种：超级管理员、管理员、访客，超级管理员即开发人员，拥有最高权限，可以对各种用户进行操作管理；管理员为部门主管人员用户，可以对煤矿各种基本信息进行修改，可以对访客进行操作管理；访客为部门其他人员用户，权限最低，只能浏览取用水信息，不能进行各种操作。系统日志子模块主要记录用户的登录情况、系统操作信息等，方便管理员对用户的登录状态或操作信息进行监测和查询。联系我们子模块展示开发单位的基本信息，并提供了相关水行政主管部门官方网站链接，以及部分涉水法律法规、政策文件链接。

进一步地，还包括：数据库模块；用于存储上述各模块所需数据。数据库模块具体设计如下：

2、数据库设计

如图7所示，煤矿智慧水务数据来源主要包括：在线监测、基础信息数据收集，以及业务系统中产生的过程状态数据、外部交换动态数据，各类来源的数据分别进入各自对应的数据表，在各类数据表的数据之上梳理形成智慧水务的数据仓库，之后系统自动对需要的数据进行计算与分析。煤矿智慧水务系统数据库由数据采集、业务数据、数据仓库、数据分析和数据展现5个区域组成。

(1)数据采集指实时监测数据的采集传输；

(2)业务数据包括实时监测库、基础数据库、业务管理库；实时监测库为直接采集进入数据库的数据，包括各计量设施实时监测数据；基础信息数据包括职工生活、职工食堂、单身宿舍、浴室、洗衣房、综合生活、锅炉房、井下洒水、选煤厂、绿化浇洒、道路浇洒、黄泥灌浆、物供基地等基本用水数据，实时监测数据处理后录入基础数据库；业务管理库指业务应用系统的处理过程中，产生的大量中间数据，如用水水平分析评价过程数据、预报预警状态分析过程数据、系统日志数据等。

(3)数据仓库为统一存放与管理的经整合后，具有分析价值的现状数据与历史数据，用于支持基于现状或历史数据的决策分析。

(4)数据分析为根据不同的功能需求，从数据仓库选择相关数据表并提取相关数据后，形成的数据暂存状态；

(5)数据展现指将暂存的数据进行处理加工后，按照用户需求进行展示。

综上，本发明针对煤矿取用水特点，设计一套可实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统。本次设计的煤矿智慧水务系统可实现数据的实时采集、整编、以及相关报表的生成，特别是完成取水许可、用水计划等参数的设置后，系统可针对各用水环节进行用水合理性分析评价以及自动预报预警(超许可、超定额、超计划、水量异常)等功能，专利中对应模块为“数据分析”与“预警管理”，有效地推动了信息技术与煤炭生产用水过程的融合发展，实现了煤矿取用水过程的精细化管理。

以上所示仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统，其特征在于，包括基础信息模块、监测数据模块、数据分析模块、预警管理模块及系统管理模块；

所述基础信息模块用于展示企业的地理位置、企业取水许可总量、当年度累计的取用水总量、累计的再生水回用总量、企业各个用水环节及其管道布设情况；

所述监测数据模块用于动态展示企业实时水量图、各用水环节实时用水数据以及各用水环节历史用水数据；

所述数据分析模块用于基于监测数据模块传输的实时用水数据和历史用水数据，根据国家标准或行业标准规定的用水定额，分别对煤矿各环节实时用水水平和历史用水水平进行分析，进而得到煤矿各环节的用水量评价结果；

所述预警管理模块用于基于数据分析模块的用水量评价结果对不合理的水源取水量、用水环节及异常的动态平衡过程进行实时预报预警；

所述系统管理模块用于进行系统用户信息管理；

所述基础信息模块包括项目位置图、企业用水情况及供用水关系图三个子模块；

项目位置图子模块用于以标准地图、卫星地图及3D地形三种形式展示企业的地理位置，并在图中展示企业的概况；

企业用水情况子模块用于使用柱状图、饼状图、仪表图及表格展示企业取水许可总量和当年度累计的取用水总量、累计的再生水回用总量数据；

供用水关系图子模块用于以水资源论证报告及现场水平衡测试的相关成果为依据，统计分析各用水单元之间的关系，在系统中绘制企业各用水单元之间的水量关系图，展示企业各个用水环节及其管道布设情况；

所述监测数据模块包括实时水量图、水量监测及水量月报三个子模块；

实时水量图子模块用于基于供用水关系图，在有监测点位的用水环节动态滚动展示对应用水环节的逐小时用水量；

水量监测子模块用于对煤矿各用水环节近24小时用水量进行监控，通过折线图及柱状图形式进行展示；

水量月报子模块用于对企业各用水环节逐月用水情况进行展示，通过图表的形式展示各用水单元历史上逐月的用水总量；

所述数据分析模块包括实时用水水平分析和历史用水水平分析两个子模块；

实时用水水平分析子模块用于对监测数据模块传输的实时用水数据进行计算，根据各环节标准用水定额区间/阈值，对煤矿各环节实时用水水平进行分析，得到煤矿各环节的用水量评价结果，进而根据评价结果定位薄弱用水环节；

历史用水水平分析子模块用于对任意选取的历史区间，进行用水水平分析评价；

按照以下方式得到煤矿各环节的用水量评价结果：

根据各环节标准用水定额区间/阈值，设置“优、良、差”三个评价结果：

当用水量小于等于标准用水定额区间下限，或小于等于“标准用水定额阈值*0.9”时，评价结果为“优”；

当用水量大于标准用水定额区间下限、小于等于标准用水定额区间上限，或大于“标准用水定额阈值*0.9”、小于等于“标准用水定额阈值*1.1”时，评价结果为“良”；

当用水量大于标准用水定额区间上限，或大于“标准用水定额阈值*1.1”，评价结果为“差”；

根据标准用水定额区间或阈值，结合煤矿各环节实际用水量，得到各环节的用水量评价结果；

所述预警管理模块包括设备管理、实时预警管理和历史预警管理三个子模块；

设备管理子模块用于展示所有计量设备的基本信息；

实时预警管理子模块用于结合监测数据模块、数据分析模块的计算成果，对不合理的水源取水量、用水环节及异常的动态平衡过程进行实时预报预警；

历史预警管理子模块用于对系统运行历史中各种预报预警时间进行查询、确认和删除操作；

所述预报预警包括：

超许可预报预警：年取水总量超过“企业取水许可总量*0.9”或用水量占企业取水许可总量比大于等于“本年度已过占比*1.1”，判断为“预报”状态；年取水总量超过“企业取水许可总量”或用水量占企业取水许可总量比大于等于“本年度已过占比*1.2”，判断为“预警”状态；

超定额预报预警：单位产品用水量大于等于“标准用水定额区间上限或标准值*1.1”判断为“预报”状态，单位产品用水量大于等于“标准用水定额区间上限或标准值*1.2”，判断为“预警”状态；

超计划预报预警：年取水总量超过“本年度计划的取用水总量*0.9”或用水量占计划比大于等于“本年度已过占比*1.1”判断为“预报”状态；年取水总量超过“本年度计划的取用水总量”或用水量占计划比大于等于“本年度已过占比*1.2”，判断为“预警”状态；

水量异常预警：用水不平衡率即“（一级计量总用水量减去二级计量总用水量）/一级计量总用水量”大于等于5%，判断为“预报”状态，用水不平衡率大于等于10%，判断为“预警”状态，其中一级计量总用水量为取水口总取水量，二级计量总用水量为各环节用水量之和；

所述系统管理模块包括联系我们子模块，联系我们子模块用于展示开发单位的基本信息，并提供相关水行政主管部门官方网站链接，以及部分涉水法律法规和政策文件链接。

2.根据权利要求1所述的一种实现煤矿取用水过程精细化管理的智慧水务系统，其特征在于，还包括：数据库模块；用于存储上述各模块所需数据。