智慧供水服務管理

蔣理

[摘 要] 本文首先介紹了智慧供水服務的概念，分析了智慧供水服務管理智能化的特點和管理智能化的設(shè)備要求，設(shè)計了管理智能化信息收集的流程，設(shè)計了智慧供水服務管理服務鏈中各種工作流，最后提出了智慧供水服務管理系統(tǒng)總體架構(gòu)。該架構(gòu)對智慧城市其他各個方面的建設(shè)也具有一定的參考價值。

[關(guān)鍵詞] 智慧供水服務；管理智能化；服務鏈；工作流

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 011

[中圖分類號] TP315；G931.9 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）03- 0018- 04

1 引 言

供水行業(yè)信息化從一開始簡單的部署單個管理信息系統(tǒng)，到數(shù)字供水的實施，再進步到現(xiàn)在的智慧供水服務，其實都可以算作是供水管理信息化的實施。每一步的創(chuàng)新，都伴隨著技術(shù)的進步以及業(yè)務的復雜化、便捷化需求。智慧供水服務是在當今云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)快速發(fā)展及應用到社會各方面的前提下提出的，要求應用信息技術(shù)實現(xiàn)越來越多的業(yè)務流程的自動化實施，減少誤差，實現(xiàn)信息的實時監(jiān)控與傳遞，便于決策，實現(xiàn)信息的收集與反饋更加快速，提高解決各種問題的效率。因此，可以說智慧供水服務管理是供水管理信息化在當今大環(huán)境下的一個必然體現(xiàn)。

智慧供水服務是城市公共服務建設(shè)的一個重要組成部分，是依賴于智慧城市而存在的。智慧城市就是在城市的各個方面利用新的IT技術(shù)，在物體中嵌入傳感器，把互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)與裝有傳感器的各種設(shè)備鏈接起來，形成物聯(lián)網(wǎng)，再使用高性能計算機和云計算等技術(shù)整合海量數(shù)據(jù)，進行復雜的分析，最終實現(xiàn)智慧的決策和行動[1]?？偟膩碚f，智慧城市是在利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、無線通信、傳感網(wǎng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)全面物聯(lián)，實時感知與通信，利用云計算技術(shù)進行大數(shù)據(jù)收集與分析，整合城市信息化中的各個系統(tǒng)，并利用IT技術(shù)進行智能處理的城市信息化的一個新領(lǐng)域。

智慧供水服務管理是智慧城市的一個分支，所用到的信息技術(shù)與智慧城市并無差別，但對于具體的行業(yè)，所實施的方案肯定會有所不同，本文將智慧供水服務管理的范圍擴展到整個供水服務鏈，這個服務鏈要與智慧城市所要實現(xiàn)的目標全面物聯(lián)。

2 智慧供水服務管理智能化

2.1 管理智能化概述

管理智能化是智慧供水服務管理建設(shè)的一個重要目標，是實現(xiàn)全面物聯(lián)，實時感知與通信，利用云計算技術(shù)進行大數(shù)據(jù)收集與分析之后，利用所得數(shù)據(jù)與計算結(jié)果，通過計算機技術(shù)進行智能處理的管理手段。進行處理的設(shè)備可以是計算機軟件，也可以是裝有計算機軟件的一些硬件設(shè)備。

管理智能化一個最主要的特點就是業(yè)務流程的執(zhí)行過程中減少人工參與的比例，增加計算機系統(tǒng)參與過程的比例。減少人工參與也就相應地降低了人為操作出現(xiàn)的錯誤。智能設(shè)備的計算效率也會提高業(yè)務流程的執(zhí)行速度，就調(diào)度與分配過程來說，若單純地由人工執(zhí)行，當面對一大堆數(shù)據(jù)時，不可能快速做出調(diào)度與分配決策，所以，以往的做法往往是根據(jù)一年或一季度的預測數(shù)據(jù)做出調(diào)度與分配決策，那么就會造成調(diào)度與分配與實際情況不符合。若由智能設(shè)備參與執(zhí)行，首先，收集到的數(shù)據(jù)量遠遠大于人工收集數(shù)據(jù)量，在這種大數(shù)據(jù)環(huán)境下，快速通過智能設(shè)備與中心系統(tǒng)進行計算與分析，然后將結(jié)果反饋給管理人員，那么管理人員就可以根據(jù)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)與分析結(jié)果實時做出調(diào)度與分配決策，提高供水服務水平。

智能化處理事件的過程可以分為兩種，分別為非人工處理與人工參與處理。

（1）非人工處理。所有的業(yè)務流程都由智能體處理完成，例如抄表和收費的工作，在裝有智能水表的家庭中，抄表和收費過程將不再由人工參與完成，每個月到了繳納水費的時間，智能水表就會發(fā)送信息給銀行、供水公司、用戶。銀行根據(jù)水表發(fā)送的信息代扣水費。供水公司系統(tǒng)接收信息并記錄信息，檢查水費繳納情況。用戶則接收水費信息。

（2）人工參與處理。業(yè)務流程由智能體與人工共同參與完成，在這個過程中，更多的是事件觸發(fā)參與的智能體做出一定的反應，并將結(jié)果反饋給人工管理者，人工管理者根據(jù)這些處理結(jié)果，可以很輕松和準確地進行判斷，進而得出解決方案。例如分析與決策的工作，分析與決策的依據(jù)可主要來自各個智能體傳送過來的數(shù)據(jù)以及通過系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)。

2.2 管理智能化的設(shè)備

智能化指使對象具備準確的感知與判斷功能以及有效的執(zhí)行功能。智能設(shè)備主要包括兩方面的關(guān)鍵內(nèi)容：自我檢測和自我診斷[2]。在此基礎(chǔ)上，智能設(shè)備還應該具有傳感與通信功能、數(shù)據(jù)處理功能、自我控制功能。對于自我診斷功能這一核心內(nèi)容，主要在于模仿人工操作過程中的思維過程。

管理智能化主要是依靠物聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)絡、云計算等技術(shù)而實現(xiàn)的，因此所依賴的設(shè)備也離不開實現(xiàn)上述技術(shù)的設(shè)備，主要是傳感器、無線通信設(shè)備以及各種不同邏輯處理功能（內(nèi)嵌軟件實現(xiàn)的功能）的結(jié)合，在此將這種結(jié)合產(chǎn)物與供水流程再次結(jié)合稱為智能供水服務設(shè)備。在供水服務中，智能水表也是一個重要的智能供水服務設(shè)備。

對于智能供水服務設(shè)備，核心的物理載體就是各種傳感器，在傳感器的基礎(chǔ)上，添加通信網(wǎng)絡和邏輯處理功能，構(gòu)成智能化網(wǎng)絡。傳感器是將感受到的物理信號如熱量、壓力等信號按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號如電流等信號的裝置，主要完成兩個方面的功能：自動檢測和自動轉(zhuǎn)換[3]。對于通信網(wǎng)絡功能而言，主要依賴于無線網(wǎng)絡，因此無線傳感網(wǎng)絡的成熟與否決定了供水服務與管理中的物聯(lián)網(wǎng)是否可以有效實施。而目前國內(nèi)外關(guān)于無線傳感網(wǎng)絡的研究相對來說也到達了一個比較成熟的階段，傳感器網(wǎng)絡綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)，能夠通過各類集成化的傳感器以協(xié)作方式實時檢測、感知和采集各種環(huán)境的數(shù)據(jù)信息，通過嵌入式軟件對數(shù)據(jù)進行處理，并通過無線通信網(wǎng)絡將所處理的信息傳送到終端系統(tǒng)，從而真正實現(xiàn)“無處不在的計算”[4]。

此處的智能供水服務設(shè)備其實只能完成檢測、簡單的數(shù)據(jù)處理與判斷、通信功能，要完成更復雜的業(yè)務邏輯處理離不開多Agent集成系統(tǒng)，處理的過程為智能設(shè)備將采集數(shù)據(jù)并做出判斷，將結(jié)果反饋到中心系統(tǒng)中，各Agent借助專家系統(tǒng)進行業(yè)務邏輯的處理。其中專家系統(tǒng)知識庫中各種狀態(tài)的數(shù)據(jù)依賴此處的智能設(shè)備進行收集，以此實現(xiàn)實時監(jiān)測供水服務的狀態(tài)，并以各種狀態(tài)信息作為決策依據(jù)。

對于智能供水服務設(shè)備，有兩個關(guān)鍵點要突破：從微觀上來看，單個智能設(shè)備的邏輯處理功能在技術(shù)上要能滿足需求；從宏觀上來看，智能化網(wǎng)絡的建設(shè)要普及，主要涉及無線網(wǎng)絡、智能傳感器的普及。

2.3 管理智能化的信息收集

管理智能化信息收集的流程主要在于信息發(fā)送與接收的自動化以及對接收到的信息的判斷與處理，因此，能否順利實施主要在于設(shè)備內(nèi)軟件的邏輯處理功能模仿人的思維的程度。在智慧供水服務管理中，信息主要來自于分布各個地點的傳感器的監(jiān)控信息、智能水表檢測信息、用戶反饋信息。

對于監(jiān)控信息，在供水服務中主要來自于水源與供水管網(wǎng)的監(jiān)控。

2.3.1 水源監(jiān)控

當在水源分布的傳感器接收水源水量信息之后，通過與標準值比較判斷，得出可用水量的數(shù)量，發(fā)送給有關(guān)部門，以此作為供水公司用水調(diào)度量的依據(jù)（如圖1所示）。

2.3.4 智能水表檢測

對于智能水表檢測信息，除了用來記錄用水量和繳費信息外，還可以通過與以往用水量比較，判斷用戶用水量是否異常，當出現(xiàn)異常時，可以通知用戶節(jié)約用水或檢測屋內(nèi)用水設(shè)施是否有損壞（如圖4所示）。

3.4 供水調(diào)度與分配流程

供水調(diào)度與分配流程包括水源監(jiān)控信息傳遞流程與管網(wǎng)等設(shè)備檢測信息傳遞流程，信息的收集離不開各種傳感器的作用，發(fā)送到系統(tǒng)中的各種水量信息，通過數(shù)據(jù)處理中心和分析與決策系統(tǒng)的處理，將分析過程與結(jié)果反饋給對應的管理人員，做到在時間與數(shù)量上隨時適應用戶需求的水量調(diào)度（如圖9所示）。

4 智慧供水服務管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

智慧供水服務管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)是通過無線傳感網(wǎng)絡以及智能供水設(shè)備的實施，對供水服務鏈中相關(guān)業(yè)務流程的實施，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將鏈中各節(jié)點系統(tǒng)集成在一個中心系統(tǒng)上的架構(gòu)。

這個架構(gòu)總共分為4層，分別是感知層、通信網(wǎng)絡層、云計算層與用戶層。每一層分別完成不同的功能，最終可以達到智慧解決問題的狀態(tài)。

感知層主要是分布在供水服務鏈的物理環(huán)境如水源、管網(wǎng)等中的智能傳感設(shè)備感知物理環(huán)境的狀態(tài)信息并進行初步的數(shù)據(jù)處理與判斷，再通過各種網(wǎng)關(guān)將處理后的信息發(fā)送到通信網(wǎng)絡層。

通信網(wǎng)絡層是覆蓋整個供水服務的一個廣域網(wǎng)，可以由互聯(lián)網(wǎng)、WiFi（無線通信網(wǎng)絡）、移動通信網(wǎng)絡、水務專網(wǎng)等網(wǎng)絡中的一個或多個組成，通信網(wǎng)絡層除了起到數(shù)據(jù)通信的功能之外，更重要的是要起到路由的功能，做到不同的數(shù)據(jù)發(fā)送到中心系統(tǒng)中不同的服務及應用接口中，以便服務應用能夠正確快速實現(xiàn)。

云計算層是以云計算中心為平臺，將中心系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫群部署到云計算中心，通過服務以及應用接口連接感知層與用戶層。云計算層是整個供水服務過程中的計算中心，所有業(yè)務流程在中心系統(tǒng)的自動化實施都在云計算層實現(xiàn)，因此云計算中心的計算能力的強弱與可用空間的大小直接決定了中心系統(tǒng)的運行效率。

用戶層主要是供水服務鏈上的各個環(huán)節(jié)參與者，包括水務管理部門、供水公司、終端用戶。由于將所有應用都部署到云計算中心，所以用戶層若沒有計算要求，可以將客戶端機器配置為沒有任何計算能力的瘦客戶端機器，除了初期部署的成本外，瘦客戶端幾乎不需要任何維修與升級的成本，將大大減少供水服務的成本。在此構(gòu)建了一個簡要的框架圖，如圖10所示。

供水服務是水資源管理的一個組成部分，水資源管理還包括排水服務、引水服務、防洪抗旱服務、水污染治理服務等。但這些服務執(zhí)行的關(guān)鍵點都在于水資源及設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、預測以及調(diào)度，在這一方面與供水服務很相近，甚至智慧供水服務管理中的有些數(shù)據(jù)可以在別的服務中使用，如水源水量的狀態(tài)監(jiān)測可以用于防洪抗旱服務等。

因此可以在智慧供水服務管理架構(gòu)的基礎(chǔ)上做擴展，在云計算層中部署其他多個不同的系統(tǒng)，利用提供服務的思想，為接入到云端的用戶提供各種服務。

5 結(jié) 語

目前，各種信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，無線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、虛擬現(xiàn)實、智能設(shè)備等新一代的IT技術(shù)實現(xiàn)了從物理環(huán)境采集數(shù)據(jù)及智能化處理，更通過多Agent與SOA-ESB框架整合整條供水服務鏈上的多個系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上利用供水服務鏈工作流管理系統(tǒng)的方式實現(xiàn)業(yè)務流程的自動化處理，通過物聯(lián)網(wǎng)與云計算等多層架構(gòu)，最終可以實現(xiàn)智慧的供水服務與管理。

智慧供水服務是智慧城市建設(shè)的一部分，與智慧城市其他各個方面的建設(shè)方案存在著一定的相似性，所以本文的內(nèi)容對制定智慧城市的實施策略也具有一定的參考價值。

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