智慧供水建設(shè)思路與技術(shù)方法的研究

王西光

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北武漢430074)

一、引 言

作為城市生存、發(fā)展的基礎(chǔ)，供水系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著人民的日常生活。近年來(lái)，隨著國(guó)家信息化戰(zhàn)略的推進(jìn)，供水行業(yè)的信息化發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了專業(yè)化和信息化兩個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)了供水信息共享、發(fā)布與可視化，有效提高供水行業(yè)的信息化管理和服務(wù)水平。

然而，目前供水企業(yè)仍然面臨諸多問(wèn)題:如難以全面準(zhǔn)確掌握供水管網(wǎng)現(xiàn)狀;水質(zhì)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)日益增高，缺少動(dòng)態(tài)監(jiān)控預(yù)警;爆管暗漏發(fā)現(xiàn)不及時(shí);突發(fā)事件處理效率低下;資產(chǎn)利用率不高等。因此，急需建立一套面向供水企業(yè)綜合決策和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的智能化管理體系，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)集成與協(xié)同，有效厘清供水管網(wǎng)資產(chǎn)、整合供水信息資源、保障供水安全、提升供水服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)城市供水系統(tǒng)的智慧運(yùn)作。

二、解決辦法

為解決供水企業(yè)目前面臨的諸多難題，本文提出構(gòu)建智慧供水才是最有效的解決之道。所謂智慧供水，是通過(guò)傳感器、攝像頭、流量、壓力、水質(zhì)等在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)感知、獲取城市供水管網(wǎng)、附屬設(shè)施以及相關(guān)管理人員的實(shí)時(shí)運(yùn)作狀態(tài)，經(jīng)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)將各種感知供水信息傳送到相關(guān)部門的智能處理終端，形成“城市供水物聯(lián)網(wǎng)”，進(jìn)而通過(guò)部署于智能終端的專業(yè)處理工具，對(duì)海量供水信息進(jìn)行及時(shí)分析與處理，同時(shí)還可采用地圖可視化的方式有機(jī)整合供水管理人員與供水管網(wǎng)及附屬設(shè)施，從而基于合理的分析結(jié)果，輔助快速制定處理方案，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理供水系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)營(yíng)過(guò)程，達(dá)到“智慧”運(yùn)作的狀態(tài)。

三、建設(shè)思路

基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)(service oriented architecture，SOA)，智慧供水采用層次化結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，具體包括軟硬件基礎(chǔ)層、智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心層、智慧供水服務(wù)平臺(tái)和智慧應(yīng)用4個(gè)層次，如圖1所示。

1.軟硬件基礎(chǔ)

軟硬件基礎(chǔ)層主要包括建設(shè)智慧供水所需要的各種軟硬件設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)智慧供水的基礎(chǔ)，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、GIS平臺(tái)、供水信息監(jiān)測(cè)設(shè)備、服務(wù)器、信息通信網(wǎng)絡(luò)等軟硬件設(shè)施。

2.智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心

智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心提供了GIS數(shù)據(jù)與供水管網(wǎng)專題數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分布式管理和功能整合的解決方案。智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心包含數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、功能倉(cāng)庫(kù)及搭建平臺(tái)。

1)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)提供多源異構(gòu)供水?dāng)?shù)據(jù)(如管網(wǎng)、水質(zhì)、營(yíng)業(yè)、工程、客戶等信息)的統(tǒng)一、層次化管理，解決由于數(shù)據(jù)格式不一致而帶來(lái)的數(shù)據(jù)管理難題。它不是簡(jiǎn)單地將若干個(gè)供水異源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)或者數(shù)據(jù)格式合并成一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，而是針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在不改變?cè)袛?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，有機(jī)地將各種數(shù)據(jù)從邏輯上而不是物理上結(jié)合到一起，并追蹤實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合及共享，使供水業(yè)務(wù)功能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的、數(shù)據(jù)深入分析和挖掘成為可能。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)如圖2所示。

圖1 智慧供水建設(shè)體系架構(gòu)

圖2 數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)供水信息的統(tǒng)一、層次化管理

2)功能倉(cāng)庫(kù)提供多個(gè)供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的集成及功能復(fù)用手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水基礎(chǔ)功能及專題業(yè)務(wù)功能的倉(cāng)庫(kù)式管理，用來(lái)直接支持系統(tǒng)的快速搭建和配置。另外，可輕松實(shí)現(xiàn)與已有系統(tǒng)的集成，并為系統(tǒng)今后的擴(kuò)展提供技術(shù)接口，避免資源浪費(fèi)，為客戶提供一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的建設(shè)方案。功能倉(cāng)庫(kù)列表如圖3所示。

3)搭建平臺(tái)提供先進(jìn)的搭建式、配置式、插件式二次開發(fā)技術(shù)，力圖從界面表現(xiàn)到數(shù)據(jù)管理各個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)搭建。搭建平臺(tái)主要支持供水業(yè)務(wù)流程的搭建和供水業(yè)務(wù)功能的搭建，它提倡像積木一樣生產(chǎn)面向具體供水業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng);提倡通過(guò)改變開發(fā)方式從根本上降低軟件開發(fā)的難度;提倡零編碼或少量編碼快速構(gòu)建供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，業(yè)務(wù)流程可靈活定制、靈活調(diào)整。

圖3 功能倉(cāng)庫(kù)列表

3.智慧供水服務(wù)平臺(tái)

智慧供水服務(wù)平臺(tái)充分考慮供水服務(wù)模式和服務(wù)內(nèi)容的實(shí)際需求，采用SOA，主要提供供水?dāng)?shù)據(jù)服務(wù)、供水功能服務(wù)、供水業(yè)務(wù)位置服務(wù)、服務(wù)管理以及多場(chǎng)景可擴(kuò)展的系統(tǒng)框架。其中，這些功能服務(wù)之間是相互獨(dú)立的，以一種“松耦合”的協(xié)議機(jī)制來(lái)組合，遵循OGC的WMS(web map service)網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)與WFS(web feature service)網(wǎng)絡(luò)要素服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，并提供SOAP和REST的訪問(wèn)接口，支持用戶構(gòu)建具有良好的用戶體驗(yàn)的富客戶端(如Flex和Silverlight)供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。供水服務(wù)圖見圖4。

圖4 供水服務(wù)

4.智慧應(yīng)用

智慧供水服務(wù)平臺(tái)提供的服務(wù)及系統(tǒng)框架，為供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的快速構(gòu)建提供理想的數(shù)據(jù)和功能的環(huán)境。其中，可以通過(guò)網(wǎng)站訪問(wèn)、標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)調(diào)用和服務(wù)注冊(cè)3種模式對(duì)智慧供水服務(wù)平臺(tái)的服務(wù)體系進(jìn)行訪問(wèn)和應(yīng)用。通過(guò)訪問(wèn)以“服務(wù)”形式對(duì)外發(fā)布供水管網(wǎng)業(yè)務(wù)功能，并采用搭建和業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水業(yè)務(wù)應(yīng)用模型的自定義、靈活配置和擴(kuò)展建設(shè)。

采用搭建配置式開發(fā)技術(shù)對(duì)服務(wù)平臺(tái)的各種功能服務(wù)進(jìn)行任務(wù)組合搭建，構(gòu)建各種供水管網(wǎng)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，如管網(wǎng)管理、移動(dòng)巡檢、移動(dòng)抄表、二次供水管理、應(yīng)急指揮、水質(zhì)監(jiān)控預(yù)警、管網(wǎng)檢漏、智能調(diào)度、水力計(jì)算、供水安全保障等，以滿足供水企業(yè)的日常業(yè)務(wù)管理需要。

四、供水信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

在供水企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充分融合的基礎(chǔ)上，智慧供水服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行廣泛部署。各業(yè)務(wù)部門均可將各自系統(tǒng)的專題數(shù)據(jù)服務(wù)和業(yè)務(wù)功能服務(wù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)外“發(fā)布”成可共享的信息服務(wù)和功能服務(wù)，從而形成數(shù)據(jù)、功能集成共享的供水信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

該信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)供水企業(yè)所有相關(guān)信息(供水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、供水管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、供水用戶信息、供水系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、采樣點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)、熱線信息、管線工程等等)在網(wǎng)絡(luò)上的互相流轉(zhuǎn)與共享，實(shí)現(xiàn)各供水部門的業(yè)務(wù)辦公自動(dòng)化和協(xié)同運(yùn)作，使整個(gè)城市所有供水相關(guān)部門不再存在任何“信息孤島”，實(shí)現(xiàn)“一套數(shù)據(jù)，多處共享”，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的供水信息的完全共享，最終建成供水信息互聯(lián)互通、業(yè)務(wù)貫穿協(xié)同的城市供水信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)城市供水行業(yè)的智慧運(yùn)作。

圖5 供水信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)

五、優(yōu)勢(shì)分析

1.厘清供水管網(wǎng)資產(chǎn)

智慧供水的建立，將城市供水管網(wǎng)的所有資產(chǎn)信息(如管道、節(jié)點(diǎn)、閥門、水表、三通、四通、消防栓等)進(jìn)行了統(tǒng)一、層次化管理，打破原來(lái)不同供水部門間信息阻塞的障礙，使管理人員可以對(duì)現(xiàn)有供水管網(wǎng)系統(tǒng)的所有設(shè)施資產(chǎn)進(jìn)行全面掌握、系統(tǒng)地排查，徹底弄清城市供水管網(wǎng)資產(chǎn)的建設(shè)現(xiàn)狀和運(yùn)行狀態(tài)，有效輔助對(duì)供水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行檢修、維護(hù)、擴(kuò)建或更替，從而使供水管網(wǎng)資產(chǎn)發(fā)揮出其最大效益。

2.整合供水信息資源

智慧供水的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)，可全面集成整個(gè)供水企業(yè)的信息資源，建立供水信息一張圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水信息資源的科學(xué)化和規(guī)范化管理，輔助供水管理部門全面掌握供水信息資源的類型、數(shù)量、更新程度等底數(shù)，摸清供水系統(tǒng)的建設(shè)情況和運(yùn)行現(xiàn)狀，促進(jìn)各供水部門資源共享，從而為供水企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ)。

3.保障供水安全

智慧供水通過(guò)對(duì)供水信息資源的集成共享，如GIS、用戶信息、水表信息、壓力、流量、巡檢信息等，實(shí)現(xiàn)供水業(yè)務(wù)的協(xié)同運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水運(yùn)營(yíng)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，全面輔助供水部門及時(shí)、實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)供水事故，并通過(guò)專業(yè)的分析處理功能制定相應(yīng)決策，有效預(yù)防或解除安全事故，力爭(zhēng)將危險(xiǎn)系數(shù)或損失降低到最小，保障城市供水安全。

4.提升供水服務(wù)水平

高效運(yùn)轉(zhuǎn)的智慧供水管理體系可以有效提高供水服務(wù)水平，及時(shí)向用戶發(fā)布重要的供水信息，為有效保障用戶飲水安全和用水穩(wěn)定提供信息管理平臺(tái)，從而使服務(wù)質(zhì)量得到全面改進(jìn)，大幅度提高客戶滿意度，顯著提升供水服務(wù)水平。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)智慧供水的建設(shè)體系、建設(shè)內(nèi)容及應(yīng)用部署等一系列建設(shè)思路的研究，為智慧供水的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支撐，能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)部門的信息互聯(lián)互通、業(yè)務(wù)協(xié)同辦公。智慧供水充分運(yùn)用地理空間信息技術(shù)，結(jié)合信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市供水系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，它注重供水業(yè)務(wù)移動(dòng)化、供水綜合信息集成化、供水?dāng)?shù)據(jù)服務(wù)化，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)智慧運(yùn)作和科學(xué)管理，保障供水安全，提升服務(wù)水平，助力供水企業(yè)安全運(yùn)營(yíng)。

［1］吳信才.地理信息系統(tǒng)原理方法及應(yīng)用［M］.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2000.

［2］吳信才，吳亮.面向服務(wù)的分布式空間信息支撐平臺(tái)［J］.地球科學(xué)——中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，31(5):585-589