基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧水務(wù)體系探究及在水利信息化領(lǐng)域的應(yīng)用

高原 孫晶晶

摘 要：在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)中心和人工智能等高科技領(lǐng)域迅猛發(fā)展的時代，工業(yè)產(chǎn)業(yè)的環(huán)?；?、智能化是傳統(tǒng)方式轉(zhuǎn)型升級的內(nèi)在需求和必然趨勢。智慧水務(wù)提出到現(xiàn)在發(fā)展已數(shù)十年，即是智慧城市的重要組成部分，也是智慧環(huán)保不可或缺的核心領(lǐng)域，已成為國家戰(zhàn)略層面的重點產(chǎn)業(yè)之一。傳統(tǒng)的智能水務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)功能簡單，使用時間較長，目前已無法滿足智慧城市水資源的調(diào)度使用需求，如何構(gòu)建一套新型適用現(xiàn)階段城市建設(shè)的智慧水務(wù)系統(tǒng)是本文研究的主要目的。

關(guān)鍵詞：城市水務(wù);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);大數(shù)據(jù)技術(shù);智慧水務(wù)

1引言

智慧水務(wù)是智慧城市建設(shè)的重點基礎(chǔ)工程，人民生活的基本保障。傳統(tǒng)的城市供水和污水處理系統(tǒng)自動化程度低，關(guān)聯(lián)度弱，已不能滿足人民生活及各行業(yè)用水日益增長的需求。本文在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前提下，結(jié)合云平臺、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代信息技術(shù)，對智慧水務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建進行研究，以建立一個精細化、協(xié)同能力強的智慧型水務(wù)平臺。

2智慧水務(wù)概述

智慧水務(wù)系統(tǒng)涵蓋廣泛，不僅包括水廠自動化管理、城市排污水處理、水源檢測，還包括城市防旱排澇，水務(wù)智慧安防等功能，是一種基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)的綜合性一體化信息管理平臺。國內(nèi)的智慧水務(wù)發(fā)展至今可分為三個階段：1.0時代，以自動化控制為核心，以水務(wù)自動化為標志，重點在提升生產(chǎn)效率和工藝優(yōu)化方面;2.0時代，著重于企業(yè)信息化建設(shè)，同時對企業(yè)資源管理、算法應(yīng)用和移動應(yīng)用等方面深入研究;3.0時代，構(gòu)建智慧化水務(wù)，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和5G、人工智能綜合應(yīng)用。近幾年，隨著人民生活基礎(chǔ)需求的不斷攀升，對智慧水務(wù)的要求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，國內(nèi)各水務(wù)企業(yè)為了適應(yīng)社會需求增長，對節(jié)能降耗、運轉(zhuǎn)自動化程度也在不斷改進，結(jié)合各種高新科技以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化的“兩化融合”新型智慧水務(wù)系統(tǒng)發(fā)展已成為必然趨勢。

3智慧水務(wù)建設(shè)需求分析

我國的人口與環(huán)境資源比例的巨大差異化，致使水資源短缺與用水需求矛盾激增，并已成為制約社會經(jīng)濟發(fā)展的屏障。各類水應(yīng)用的問題都需要歸納到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)中監(jiān)控管理，智慧水務(wù)能從海量數(shù)據(jù)中分析預(yù)測有效管理水資源。同時，作為城市基本運行的重要支撐和保障，智慧水務(wù)可有效疏導(dǎo)城市雨水達到防旱防澇，及時測控供排水管道壓力減少突發(fā)事故，精準檢測排污流量嚴控環(huán)境污染。

目前智慧水務(wù)建設(shè)的需求已經(jīng)從節(jié)能減排轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)環(huán)保，從環(huán)境治理轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)環(huán)境與人文融合理念，今后的智慧水務(wù)發(fā)展將從事后治理轉(zhuǎn)變?yōu)樵u估分析、提前預(yù)測、長期保障的全周期運作。全局性需求的具體體現(xiàn)主要在兩個方面：

3.1生態(tài)文明建設(shè)對水資源需求的激增

水資源建設(shè)利用是生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是關(guān)系國家生產(chǎn)生活、經(jīng)濟發(fā)展的根本途徑，只有把生態(tài)文明建設(shè)擺在首要位置，才能將經(jīng)濟、文化、政治和生產(chǎn)生活有機融合，實現(xiàn)全面同步發(fā)展。水資源的利用效率和質(zhì)量是否能夠滿足生態(tài)文明建設(shè)的需求，是建設(shè)智慧城市，提高全民生活水平和經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵所在。智慧水務(wù)建設(shè)的實施，將各個水務(wù)運行部門和管理部門信息達到同步共享，實現(xiàn)協(xié)同機制，解決決策和實施脫離的孤島問題，對推進智慧化城市建設(shè)的發(fā)展具有重要作用。因此，生態(tài)文明建設(shè)中智慧水務(wù)要放在首位。

3.2傳統(tǒng)水務(wù)與高新技術(shù)發(fā)展的不相適應(yīng)

引入自動化的智能水務(wù)發(fā)展已有數(shù)十年，但人口增長、工業(yè)化發(fā)展、環(huán)境改善、信息技術(shù)創(chuàng)新，同時已有系統(tǒng)年限久、軟硬件無法更新等矛盾都對傳統(tǒng)水務(wù)系統(tǒng)帶來巨大沖擊。智慧化的水務(wù)比智能化水務(wù)要求更高，不僅有管理實施的全面自動化形態(tài)，還需要基于專業(yè)角度提高預(yù)測分析解決水務(wù)問題的能力。技術(shù)角度來講，智慧水務(wù)在傳統(tǒng)水務(wù)的基礎(chǔ)上，可將5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和云平臺等新興技術(shù)高效融合在一起建立一個跨平臺綜合可拓展的集成系統(tǒng)，來實現(xiàn)各行業(yè)水務(wù)工作的信息化建設(shè)和過程執(zhí)行智能化。

4物聯(lián)網(wǎng)下智慧水務(wù)體系構(gòu)建

互聯(lián)網(wǎng)的實體化應(yīng)用即為物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)概念不單單指一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而是包含某一領(lǐng)域的工作流程和業(yè)務(wù)應(yīng)用。它是結(jié)合了云計算、大數(shù)據(jù)、電子通信及傳感技術(shù)等解決實物與人之間交互的一種形式，可實現(xiàn)物和物、物和人之間的遠程監(jiān)測和管理并執(zhí)行決策的智能化網(wǎng)絡(luò)。智慧水務(wù)的應(yīng)用是將傳感器感應(yīng)到的數(shù)據(jù)通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳輸回應(yīng)用系統(tǒng)實時監(jiān)測城市各種水務(wù)的運行狀態(tài)，并將不同水務(wù)管理部門與供排水設(shè)施有機整合在一起，從而形成一個智慧化的水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)。該系統(tǒng)是一個綜合化基于物聯(lián)網(wǎng)的信息管理平臺，利用數(shù)學仿真建模構(gòu)成智慧化管理系統(tǒng)，功能涵蓋供水監(jiān)測、防旱防澇、污水處理、數(shù)據(jù)收集、自動分析決策、水務(wù)智慧運營等，子系統(tǒng)集成GIS定位、視頻監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析處理、SCADA系統(tǒng)、自動化管理服務(wù)系統(tǒng)等。其中以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心將數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)與其他各個子系統(tǒng)連接在一起，消除掉傳統(tǒng)水務(wù)各個領(lǐng)域資源不能共享、決策片面的弊端，降低了投資成本并將實現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)工作的更精細化和決策科學化，提高水資源的利用率，系統(tǒng)整體設(shè)計如下圖1所示。

4.1數(shù)據(jù)定位采集系統(tǒng)

智慧水務(wù)的重要環(huán)節(jié)是通過無線傳感設(shè)備、3S定位設(shè)備和三維建模等技術(shù)，實現(xiàn)水資源數(shù)據(jù)精準、可靠、高效的采集與分析，篩選出有用數(shù)據(jù)為決策提供可靠保障。無線傳感設(shè)備和閥門等硬件的大量應(yīng)用是保證海量數(shù)據(jù)收集的必備前提，正確合理的部署是決定數(shù)據(jù)有用性的基礎(chǔ)，同時利用GIS、GPS等空間管理技術(shù)，將每個數(shù)據(jù)收集點信息準確地顯示在可視化屏控上，出現(xiàn)任何水資源突發(fā)事件時及時響應(yīng)預(yù)警信號，為管理決策實施響應(yīng)速率提供科學依據(jù)。

4.2物聯(lián)網(wǎng)智慧水務(wù)云平臺

智慧水務(wù)中的設(shè)備多樣性和差異性、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜性都決定了智慧水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的平臺將面臨諸多問題。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將海量數(shù)據(jù)匯集到云計算平臺上，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域篩選出有用信息加以處理優(yōu)化整個生成、管理和服務(wù)流程，基于此構(gòu)建的智慧水務(wù)云平臺可以劃分為4個層：服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和感知層。該分層物聯(lián)網(wǎng)云平臺如圖2所示。

該平臺主要實現(xiàn)了數(shù)據(jù)接入，即可將采集到數(shù)據(jù)實時發(fā)布到網(wǎng)上，用戶與管理人員對共享數(shù)據(jù)同步應(yīng)用;遠程控制，對多種環(huán)境和設(shè)施實現(xiàn)遠程操控;數(shù)據(jù)傳輸存儲與處理，對采集到的繁雜數(shù)據(jù)進行傳輸、存儲后通過專業(yè)需求進行分析，篩選有用數(shù)據(jù)顯示;消息推送，還可將提取數(shù)據(jù)以消息形式實時推送到不同終端設(shè)備;設(shè)施監(jiān)控，對超出臨界值數(shù)據(jù)以預(yù)警方式顯示，跨平臺發(fā)送到各個管理部門，支持多級預(yù)警;防旱防澇，實時監(jiān)測雨量、水位、水質(zhì)等對城市的旱澇災(zāi)情至關(guān)重要，云平臺信息資源的建立，可以完善防汛防旱體系，及水資源的精細化管理、合理開發(fā)利用保護水環(huán)境。將一個城市的所有水務(wù)工作接入到一個平臺中，破除孤島數(shù)據(jù)，各管理部門之間可形成統(tǒng)一決策，即可減少重復(fù)性工作，又能節(jié)約成本，提高水資源的各種利用率，實現(xiàn)全天候無人值守的水處理能力。

4.3可視化管理系統(tǒng)

傳感器根據(jù)專業(yè)要求設(shè)定在每個監(jiān)測點，當人力無法達到需求時，智慧水務(wù)的可視化管理系統(tǒng)不僅對領(lǐng)導(dǎo)決策提供參考依據(jù)，更重要是遇突發(fā)狀況爆管、過壓、短缺等情況都可通過轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息顯示在系統(tǒng)中，及時預(yù)警，第一時間可采取相應(yīng)措施協(xié)調(diào)或搶修?？梢暬芾硐到y(tǒng)不僅包括一個顯示大屏，可以運行在多種終端設(shè)備的平臺上，達到隨時隨地獲取數(shù)據(jù)的能力，同時還包括數(shù)據(jù)中心、打印設(shè)備等。

4.4智慧化決策系統(tǒng)

引入了人工智能、機器學習的智慧化水務(wù)系統(tǒng)所作出的決策參考價值更高。在優(yōu)化水處理工藝、管網(wǎng)正常運轉(zhuǎn)、漏損控制與循環(huán)利用等方面，智慧化決策系統(tǒng)能做到良好的感知、診斷、決策、執(zhí)行等一系列自動操作，同時可圍繞獲取數(shù)據(jù)運用最新算法和智能硬件全面探索技術(shù)新領(lǐng)域，預(yù)測城市水務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀、未來發(fā)展方向和實現(xiàn)水務(wù)行業(yè)由傳統(tǒng)保障型向智慧服務(wù)型轉(zhuǎn)變。

5結(jié)語

智慧水務(wù)發(fā)展數(shù)十年，雖然積累了很多經(jīng)驗，但付諸實施的仍然是很少一部分，今后相當一段時間還是需要立足現(xiàn)狀，從智慧城市建設(shè)對水務(wù)的基本需求入手，將信息化和數(shù)字化手段有機結(jié)合，在水務(wù)管理中全面實施智慧應(yīng)用、實時感知、有效預(yù)測，將不斷發(fā)展的新信息技術(shù)融合進平臺設(shè)計中。管理部門也應(yīng)有效協(xié)調(diào)利用好各部門、單位積累的數(shù)據(jù)資源，統(tǒng)一調(diào)控軟硬件資源，提高數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)分析、全面整合能力，在智慧水務(wù)有信息化向智慧化轉(zhuǎn)變的過程中發(fā)揮有力作用。

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