智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè)應(yīng)用

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2021.08.040

摘? 要：對(duì)智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè)的現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，充分論證了智慧水務(wù)對(duì)供水系統(tǒng)的現(xiàn)存問(wèn)題的改進(jìn)方法，并詳細(xì)介紹了搭建智慧水務(wù)平臺(tái)所需的基礎(chǔ)建設(shè)內(nèi)容。以具體事例闡述了自來(lái)水公司收據(jù)管理和水廠運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，闡述了智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè)的必要性，報(bào)告了智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè)方案及建設(shè)內(nèi)容，以及智慧水務(wù)平臺(tái)的建設(shè)為水務(wù)系統(tǒng)管理與基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)所帶來(lái)的革新之處。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù);建設(shè)方案;建設(shè)內(nèi)容

中圖分類號(hào)：P399;TV213.4? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）08-0142-05

Construction and Application of Smart Water Platform

QIAO Xin

（Shanxi Urban & Rural Planning and Design Institute，Taiyuan? 030001，China）

Abstract：This paper studies the current situation of the construction of smart water platform，fully demonstrates the improvement methods of smart water to the existing problems of water supply system，and introduces the infrastructure content required to build smart water platform in detail. It expounds the receipt management of water supply companies and the current situation of water plant operation with specific example，expounds the necessity of the construction of smart water platform，and reports the construction scheme and construction content of smart water platform，as well as the innovations brought by the construction of smart water platform for water system management and infrastructure maintenance.

Keywords：smart water;construction scheme;construction content

0? 引? 言

智慧水務(wù)（SWG）是基于信息和通信技術(shù)建立的管理平臺(tái)，容納所有的供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施元素，并實(shí)現(xiàn)各元素間雙向通信，從而及時(shí)有效的解決日常水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。智慧水務(wù)的發(fā)展為水務(wù)管理人員提供了新角色，也為未來(lái)供水系統(tǒng)的整體規(guī)劃提供了新的見(jiàn)解與思路?；诖藰?biāo)準(zhǔn)，智慧水務(wù)提出了一種將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與業(yè)務(wù)流程協(xié)調(diào)和決策支持系統(tǒng)相結(jié)合的智能供水系統(tǒng)管理模型^[1]。

目前智慧水務(wù)系統(tǒng)的三大發(fā)展方向體現(xiàn)在：

（1）開(kāi)發(fā)用于控制、監(jiān)測(cè)和故障診斷給水管網(wǎng)的決策支持系統(tǒng)。

（2）開(kāi)發(fā)管理支持系統(tǒng)，以維護(hù)供水基礎(chǔ)設(shè)施的日常檢修。

（3）開(kāi)發(fā)用于需求側(cè)管理的信息系統(tǒng)^[2]。

傳統(tǒng)的大型單一式供水系統(tǒng)有著管網(wǎng)水量損失和或水質(zhì)污染嚴(yán)重、供水運(yùn)輸成本高、日常運(yùn)營(yíng)管理效率低、缺乏替代水源等問(wèn)題，限制著水務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，也使得管網(wǎng)安全事故頻發(fā)。智慧水務(wù)旨在提出一種全新的管理模式，全面克服上述問(wèn)題。

此外，由于現(xiàn)行的供水管網(wǎng)大多缺乏對(duì)監(jiān)控設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行方案，用于水務(wù)系統(tǒng)控制的信息和通信技術(shù)系統(tǒng)目前面臨著操作性問(wèn)題，從而影響著水務(wù)系統(tǒng)管理的各個(gè)階段，例如水的分配、系統(tǒng)識(shí)別和供水基礎(chǔ)設(shè)備維護(hù)。解決這些問(wèn)題，需要建立統(tǒng)一的平臺(tái)架構(gòu)，用于監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、控制水務(wù)運(yùn)營(yíng)部門(mén)，并允許特定的設(shè)備供應(yīng)商在水務(wù)管理的過(guò)程中互相合作操控設(shè)備。

智慧水務(wù)系統(tǒng)的建立有助于更好地進(jìn)行多水源調(diào)度，包括自然資源（如河流、湖泊、地下水等）和人工水源（如海水淡化、回用水等），統(tǒng)一管理各水廠配水方案，保障用戶基本用水需求，確保水量安全、水質(zhì)安全。

管網(wǎng)漏損和水錘問(wèn)題是城市供水管網(wǎng)的常見(jiàn)故障，嚴(yán)重影響配水效率和供水安全。通過(guò)分散式系統(tǒng)的集中管理與實(shí)時(shí)監(jiān)控，改變水廠各自為營(yíng)的現(xiàn)狀，更合理的劃分配水分區(qū)，使用替代水源，管網(wǎng)供水更靈活有效率。整合智慧水務(wù)技術(shù)可以讓水務(wù)管理人員深入了解、合理規(guī)劃供水系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施，并為智慧水務(wù)在未來(lái)智慧城市中的作用奠定基礎(chǔ)。

用于監(jiān)測(cè)的傳感器系統(tǒng)越來(lái)越多地應(yīng)用于制造業(yè)、環(huán)境部門(mén)、生命科學(xué)和電力系統(tǒng)等。它是不斷增長(zhǎng)的物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)的一部分，旨在連接我們生活的方方面面。而大量的監(jiān)測(cè)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行，以及將原始數(shù)據(jù)有效快捷的鏈接到水務(wù)系統(tǒng)，正是智慧水務(wù)平臺(tái)搭建的基礎(chǔ)。

智慧水務(wù)平臺(tái)的有效運(yùn)營(yíng)離不開(kāi)信息和通信技術(shù)（ICT），基于信息和通信技術(shù)建立的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)配置，可以從整體上監(jiān)控用水量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建收集到的數(shù)據(jù)的各種可視化圖表，幫助水務(wù)運(yùn)營(yíng)管理者進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析輔助決策，從而有效的應(yīng)急處理供水系統(tǒng)中基礎(chǔ)設(shè)施的水務(wù)問(wèn)題，提高運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率^[3]。

智慧水務(wù)系統(tǒng)的另一基礎(chǔ)是基于GIS系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)，不僅能夠很好的輔助水務(wù)系統(tǒng)的日常決策，還可以通過(guò)提高供水系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施能源效率，將智能電網(wǎng)管理作為智慧水務(wù)系統(tǒng)的一部分，達(dá)到水務(wù)系統(tǒng)的低能耗過(guò)程^[4]。

基于智慧水務(wù)系統(tǒng)的應(yīng)用工具，需要很容易地被技術(shù)和管理人員使用，例如對(duì)管網(wǎng)中漏損點(diǎn)的監(jiān)測(cè)、定位和識(shí)別，對(duì)泵、閥門(mén)等基礎(chǔ)設(shè)備的分析優(yōu)化，對(duì)應(yīng)急管網(wǎng)路線的選擇等。此外，水力模型在供水系統(tǒng)的管理中發(fā)揮著重要作用，不僅體現(xiàn)在初期供水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，也體現(xiàn)在管網(wǎng)運(yùn)行中各管段的數(shù)據(jù)分析與日常維護(hù)中。模型的建立依靠大量的數(shù)據(jù)信息獲取與處理，從而建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)以得到合理的計(jì)算模型^[5]。

1? 智慧水務(wù)平臺(tái)概況

隨著國(guó)家對(duì)“智慧城市”建設(shè)的政策推動(dòng)，城市水務(wù)工作面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)也存在著巨大的挑戰(zhàn)。信息發(fā)展大數(shù)據(jù)化、移動(dòng)化趨勢(shì)，自來(lái)水公司未來(lái)需要緊跟時(shí)代潮流，謀劃信息系統(tǒng)的移動(dòng)端轉(zhuǎn)型，建立移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的統(tǒng)一平臺(tái)，逐步建立OA、管網(wǎng)巡線、抄表收費(fèi)、內(nèi)澇預(yù)警、客戶服務(wù)、三級(jí)巡檢、GIS、PMIS等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺(tái)。

2? 自來(lái)水公司掌握數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

2.1? 營(yíng)收系統(tǒng)

收集當(dāng)前自來(lái)水公司的供水區(qū)域覆蓋的城區(qū)及鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道情況，供水用戶數(shù)量，是否已實(shí)現(xiàn)一戶一表供水，水表是否可基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)接入的水務(wù)管理系統(tǒng)。

當(dāng)前水表系統(tǒng)的主要系統(tǒng)模塊一般包括：基礎(chǔ)檔案、抄表管理、收費(fèi)管理、用戶變更、表務(wù)管理、抄收?qǐng)?bào)表、綜合業(yè)務(wù)、短信管理、系統(tǒng)設(shè)置、權(quán)限管理、個(gè)人設(shè)置、業(yè)務(wù)流程。

由于傳統(tǒng)的人工抄表方式不便、費(fèi)時(shí)、浪費(fèi)資源。這種方法也無(wú)法有效管理可持續(xù)水資源，因此需要高效、準(zhǔn)確和可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，使市政水務(wù)部門(mén)和消費(fèi)者都能夠?qū)崟r(shí)了解用水量?？捎捎脩舯O(jiān)控的智能水表是必不可少的，是水務(wù)管理系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。智能水表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將使用戶注意他們的用水量甚至系統(tǒng)的幫助用戶減少用水量。同時(shí)，用戶會(huì)收到異常用水警報(bào)，以減少水損失。水表對(duì)于提高用水效率，特別是對(duì)于以建設(shè)由智能電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)支持的智能城市為目標(biāo)的市政水務(wù)系統(tǒng)至關(guān)重要。

2.2? DMA分區(qū)

統(tǒng)籌了解DMA分區(qū)當(dāng)前接入的水表數(shù)量。了解水表系統(tǒng)所包含的系統(tǒng)總覽、分區(qū)管理、管網(wǎng)流量計(jì)、管網(wǎng)系統(tǒng)管理、系統(tǒng)工具。

3? 智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè)的必要性

隨著城鎮(zhèn)水務(wù)行業(yè)快速發(fā)展，城市水務(wù)發(fā)展面臨巨大的壓力，其主要表現(xiàn)在：管網(wǎng)漏失率高、信息化管理水平不高、企業(yè)管理和業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)效率低等問(wèn)題。通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘?yàn)槌鞘屑八畡?wù)行業(yè)管理者提供決策支撐，創(chuàng)新水務(wù)運(yùn)營(yíng)、管理、服務(wù)模式，完善智慧水務(wù)信息化系統(tǒng)、助推智慧城市健康有序發(fā)展。提升水務(wù)管理效率和服務(wù)水平。提升水務(wù)應(yīng)急、聯(lián)動(dòng)及反應(yīng)能力。

4? 智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè)方案

依據(jù)“智慧水務(wù)”的核心理念，結(jié)合自來(lái)水公司的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，以先進(jìn)、靈活、可靠、低風(fēng)險(xiǎn)、滿足未來(lái)需求為原則，在原有信息化體系基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水系統(tǒng)全面的監(jiān)控預(yù)警，推進(jìn)信息資源整合與業(yè)務(wù)協(xié)同，加強(qiáng)智能化技術(shù)的深度應(yīng)用，形成由“智慧水務(wù)”數(shù)據(jù)共享平臺(tái)、應(yīng)用支撐平臺(tái)、智能應(yīng)用系統(tǒng)、監(jiān)控預(yù)警體系、IT基礎(chǔ)支撐設(shè)施、實(shí)施保障體系組成的“智慧水務(wù)”總體框架，如圖1所示。其中監(jiān)控預(yù)警體系是關(guān)鍵，數(shù)據(jù)共享平臺(tái)是核心，智能應(yīng)用體系是主線，信息和業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化、組織與制度創(chuàng)新是保障。

5? 智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容

結(jié)合自來(lái)水公司管理范圍，將定制四大業(yè)務(wù)板塊服務(wù)，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)、管網(wǎng)運(yùn)維、營(yíng)銷服務(wù)、協(xié)同辦公。面對(duì)不同的業(yè)務(wù)板塊定向匯總和整理對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

5.1? 數(shù)據(jù)共享平臺(tái)建設(shè)

在預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下，采用私有云計(jì)算與虛擬化技術(shù)，建立能夠虛擬分布、共享應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)（數(shù)據(jù)中臺(tái)），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集中存儲(chǔ)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，規(guī)范所有子系統(tǒng)的調(diào)用規(guī)則與接口規(guī)范，提高數(shù)據(jù)交互速度及數(shù)據(jù)的匹配程度;實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，縮短數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)挖掘等過(guò)程;為公司及其下屬各基層單位智能化應(yīng)用提供全方位的數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)服務(wù)，支撐統(tǒng)計(jì)、分析、管理、決策等業(yè)務(wù)過(guò)程。

5.2? 數(shù)據(jù)接入平臺(tái)與整合

通過(guò)Datahub（數(shù)據(jù)接入管理平臺(tái)），整合物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)、管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)和第三方表務(wù)數(shù)據(jù)等，包含水源、水廠、大表、二供設(shè)施等等。

5.3? 綜合管理信息門(mén)戶系統(tǒng)建設(shè)

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)和數(shù)據(jù)最大限度地集成和融合、信息的共享和交互，為管理決策提供支撐。通過(guò)對(duì)各類信息的主題整合、挖掘分析，以管理駕駛艙、應(yīng)急中心、報(bào)表中心等各種形式動(dòng)態(tài)展現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)、營(yíng)銷、客服、維修等相關(guān)信息，根據(jù)不同單位、部門(mén)和人員的需要，提供信息主動(dòng)及時(shí)的推送服務(wù)，實(shí)現(xiàn)公司內(nèi)部、下屬單位之間、公司與外部相關(guān)單位之間的信息共享與業(yè)務(wù)協(xié)同。搭建自來(lái)水公司綜合管理信息門(mén)戶的基本框架，根據(jù)數(shù)據(jù)接入情況，實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)單點(diǎn)登錄到統(tǒng)一用戶平臺(tái)，開(kāi)發(fā)公司門(mén)戶。

5.4? 基于GIS的供水管網(wǎng)運(yùn)維管理

本系統(tǒng)注重如何從技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)、各類地圖應(yīng)用等的空間信息資源的共享，為各類應(yīng)用注入GIS元素，讓“管網(wǎng)GIS”產(chǎn)生眾多的“客戶群”，從而促進(jìn)、規(guī)范管網(wǎng)的更新工作。通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)中臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的管理，為應(yīng)用系統(tǒng)提供管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)的支撐。同時(shí)也可以滿足供水系統(tǒng)相關(guān)的水源、客戶等其他空間數(shù)據(jù)的采集與管理。

5.5? 應(yīng)用平臺(tái)支撐建設(shè)

為智能應(yīng)用體系提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)調(diào)用、分析、計(jì)算、展現(xiàn)和消息傳遞等服務(wù)支撐，提高開(kāi)發(fā)與應(yīng)用效率，降低應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與維護(hù)成本，為智慧水務(wù)平臺(tái)打穿數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)流程再造。

6? 實(shí)例應(yīng)用

6.1? 統(tǒng)一管理門(mén)戶

實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)單點(diǎn)登錄到統(tǒng)一用戶平臺(tái)，大幅簡(jiǎn)化用戶登錄過(guò)程，解決客戶登錄多個(gè)系統(tǒng)時(shí)需要記住多個(gè)ID和密碼的問(wèn)題，減少因忘記密碼而影響到正常管理工作的時(shí)間，以及減少I(mǎi)T維護(hù)管理人員重置密碼的工作量，從而顯著提高了辦公效率。

6.2? 多數(shù)據(jù)分析

多維分析報(bào)表結(jié)合商業(yè)智能的核心技術(shù)——OLAP，進(jìn)行多角度、靈活動(dòng)態(tài)的分析。多維分析報(bào)表由“維”（影響因素）和“指標(biāo)”（衡量因素）組成，能夠真正為用戶所理解、并真實(shí)的反映企業(yè)特性信息，多維分析報(bào)表示例如圖2所示。多維度數(shù)據(jù)分析是一種綜合應(yīng)用，是通過(guò)FineReport的決策報(bào)表、圖表、參數(shù)查詢、鉆取、聯(lián)動(dòng)等多個(gè)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

6.3? 報(bào)表中心建立

能按照事先設(shè)定好的查詢條件、報(bào)表格式等展示報(bào)表，能提供柱形圖、折線圖、餅圖、面積圖、柱形+折線等多種形式的圖樣展示報(bào)表，支持表格、圖表、文字等不同形式的結(jié)合展示，報(bào)表格式字段支持自由配置，可導(dǎo)出成Excel、Word格式，即可用于日常查看，也可用于領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，報(bào)表分析示例如圖3所示。報(bào)表分析有趨勢(shì)分析、對(duì)比分析、相關(guān)分析、回歸分析等。

6.4? 供水調(diào)度管理系統(tǒng)建設(shè)

調(diào)度管理系統(tǒng)建設(shè)用于支撐和服務(wù)城市供水調(diào)度管理業(yè)務(wù)。城市供水調(diào)度是指在取水、制水、輸配水過(guò)程中為實(shí)現(xiàn)供需平衡和保障供水安全，而進(jìn)行的信息采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控、日常運(yùn)行、應(yīng)急處置等相關(guān)工作，應(yīng)用示例衛(wèi)星截圖如圖4所示。

7? 結(jié)? 論

智慧水務(wù)工程項(xiàng)目符合城市總體規(guī)劃的要求，在供水規(guī)劃指導(dǎo)下，對(duì)智慧水務(wù)建設(shè)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一搭建平臺(tái)開(kāi)發(fā)和統(tǒng)一管理;充分利用“物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)應(yīng)用”等新一代信息技術(shù)，與業(yè)務(wù)應(yīng)用相結(jié)合，提高企業(yè)決策能力、管理能力，提升服務(wù)水平。并根據(jù)自來(lái)水公司實(shí)際需求情況進(jìn)行確定，涉及各個(gè)城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道、水廠、配水管網(wǎng)建設(shè)，同時(shí)包括視頻監(jiān)控與視頻會(huì)商等基礎(chǔ)設(shè)施及信息化管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與部署。滿足自來(lái)水公司當(dāng)前及今后供水管理信息化管理需求，提高了企業(yè)管理水平，增加了企業(yè)的營(yíng)收效益，同時(shí)有效地降低了企業(yè)管理成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 田雨，蔣云鐘，楊明祥，等.智慧水務(wù)建設(shè)的基礎(chǔ)及發(fā)展戰(zhàn)略研究 [J].中國(guó)水利，2014（20）：14-17.

[2] 李燕華.“互聯(lián)網(wǎng)+智慧水務(wù)”技術(shù)在水務(wù)行業(yè)發(fā)展及應(yīng)用探討 [J].文摘版：經(jīng)濟(jì)管理，2015（6）：30.

[3] ROBLES T，ALCARRIA R，MART?N D，et al. An IoT based reference architecture for smart water management processes [J].Journal of Wireless Mobile Networks，Ubiquitous Computing，and Dependable Applications，2015，6（1）：4-23.

[4] LEE S W，SARP S，JEON D J，et al. Smart water grid：the future water management platform [J].Desalination & Water Treatment，2015，55（2）：339-346.

[5] MUDUMBE M J，ABU-MAHFOUZ A M. Smart water meter system for user-centric consumption measurement [C]//2015 IEEE 13th International Conference on Industrial Informatics（INDIN）.Cambridge：IEEE，2015：993-998.

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)迢危?993—），女，漢族，山西太原人，助理工程師，碩士，研究方向：市政給水工程。

收稿日期：2021-03-15