城镇排水系统由排水管网和污水处理厂串联组成，需要两者统筹建设和协调运行，才能完整发挥其水环境保障功能。但是，目前我国大多数城市的污水处理厂与排水管网仍分属不同单位运营管理，由于运营目标和管理考核不同，也就产生了厂网统筹建设及协调运行方面的诸多问题，导致城镇排水系统不能完全发挥其应有的功能。针对这个问题，北京排水集团早在2010年就率先提出了“厂网一体化”运营的概念，经过不断研究和实践，初步形成了较为完备的“厂网一体化”运营管理模式。同时，以物联网、移动互联网、云计算、大数据为代表的新兴技术的发展，进一步推动城市水务系统智慧化信息系统的建设和实践。智慧水务将为城市提供更为优质的供排水、防汛排涝、水质污染管控、环境保护、防灾减灾等公共服务，同时提升水务部门的工作效能与工作质量，管控和及时处理各种应急水务事件，提升水务服务水平与群众满意程度，优化资源配置，实现各类水务活动的数据化、信息化与智慧化管理。
国际水协（IWA）在2021年发布的《人工智能赋能数字水务》白皮书提出了“人工智能赋能数字水务将以业务指导、数据驱动、顶层设计、统一标准为原则，以智慧管理、高效服务为主旨，充分利用人工智能、大数据、云计算、物联网、数字孪生、AR等新型信息化技术，深化业务流程优化和工作模式创新，搭建覆盖原水、制水、供水、污水、雨水等全业务流程的大系统，实现水务信息化和数据资源整合利用，增进数据的深度挖掘，最终推动水务企业实现智能化转型”的顶层规划。
白皮书提供的人工智能赋能数字水务解决方案的总体架构包括基础云平台、基础技术平台和智能化应用。同时，为有序推进水务信息化建设，总体架构还包 括网络安全保障体系和标准规范体系。其中业务终端及基础云平台旨在完成不同业务场景多源数据信息的接入，包括物联接入、服务器、存储、网络设备等，支撑企业信息沟通、服务传递和业务协同。基础技术平台是实现新兴技术对水务企业赋能的核心，以大数据平台为基础，实现水务数据的汇聚、存储、计算、分析和挖掘，基于统一的“数据湖”打通传统水务“数据孤岛”，统一管理数据资产；以机器学习为核心，搭建人工智能平台，通过视觉智能、数据智能、数字孪生等能力平台，沉淀机理模型、AI模型，支撑水务管理标准化和对外赋能；以GIS平台为技术支撑，实现各业务板块基于一张图的统一管理；借助工业互联网平台，打造高附加值、高科技含量的智慧水务体系，推动企业向智能化发展，重塑企业发展格局。
由于排水管网泵站和污水处理厂通常处于不同的地理位置，造成“厂网一体化”运营调度生产信息需要采用不同的传输路径和传输方式才可以汇聚融合。另一方面，生产调度涉及厂区和管网泵站自控SCADA系统、厂用电监控系统（ECS）、VMS视频图像系统等多个基础专业，传统设计根据专业划分而建立多种系统，造成调度中心中控室生产监控存在“信息孤岛”现象，设备信息割裂、运行人员顾此失彼的现象时常发生。在污水处理厂普遍减员增效的要求下，运行管理压力明显加大，容易因为设备故障或突发工况时响应缓慢，造成运行事故。同时也不利于对生产过程信息进行综合分析，影响调度决策优化。综上所述，市政污水处理“厂网一体化”生产运营监控涉及多个专业和多个节点数据，这些节点数据具有分布分散化、网络异构化、数据特征多样化的特征，需采用异构网络融合技术和系统容错技术对网络节点数据传输、系统基础设施进行容错设计，保证数据传输高效、稳定、安全、可靠，并为实现被监控对象多种属性的统一融合、生产监控和调度运行的多种综合应用打下基础。
以武汉北湖污水处理厂及配套大东湖核心区污水传输系统工程各预处理站生产监控为例，详细描述了北湖污水处理厂生产综合监控系统对大东湖污水调度中心和预处理站、厂区进水泵房、厂区生产工艺各构筑物、厂用电监控系统、视频图像监控系统以及上级主管部门等多节点异构化网络数据融合的实现和采取的容错保障措施。在一个数据中心平台上实现了被监控对象多种属性的归一化融合处理、一体化应用发布。
本文以武汉北湖污水处理厂（处理规模80×104m3/d）和配套大东湖污水隧道各预处理站为例，对生产监控系统涉及的各网络节点、站点和数据特征进行深入分析和研究。采用异构网络融合技术对厂内自控SCADA系统、厂用电监控系统（ECS）和视频图像VMS系统进行了数据中心数据接入融合，并扩展延伸到厂外大东湖污水隧道各预处理站的信号融合接入和厂内管理部门、厂外上级部门、监管部门的生产信息发布。同时广泛采用容错技术保证各节点信号传输的可靠性、稳定性和准确性。数据中心基础设施采用超融合虚拟化技术对监控系统实时数据服务器、历史数据服务器、WEB发布服务器进行虚拟池化部署，并采用面向对象的组件实现方法，在数据中心层面对设备多种属性进行归一化处理、一体化发布，方便运行人员更直观地通过一个数据中心平台监控全厂及管网泵站（预处理站）设备工艺自控信号、电气运行参数和视频图像信号，消除了传统生产监控系统因多系统部署导致信息割裂的“孤岛现象”。武汉北湖污水处理厂自2020年11月通水生产以来，该示范项目技术应用运行稳定，完全达到预期效果。 |
