智慧水務(wù)新構(gòu)想

高維娜 楊旭升

摘 要：隨著IBM“智慧地球”的提出和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式的日趨完善，“智慧水務(wù)”的新構(gòu)想應(yīng)運(yùn)而生。文中闡述了“智慧水務(wù)”發(fā)展建設(shè)的必要性，提出了一種新構(gòu)想，即“感”、“控”、“享”三個(gè)方面，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)介紹。同時(shí)，文中為未來智慧水務(wù)建設(shè)提供了一定的參考，并利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)服務(wù)，為“智慧水務(wù)”的實(shí)現(xiàn)提供了可能，使水務(wù)系統(tǒng)更智能化。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；智能控制

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

多年來，中國水資源質(zhì)量不斷下降，水環(huán)境持續(xù)惡化，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，也威脅到了人類的生存。2014年4月17日，國家發(fā)改委召開了全國“十三五”計(jì)劃，其中，張高麗強(qiáng)調(diào)必須要堅(jiān)持綠色循環(huán)低碳發(fā)展，扎實(shí)推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，打好大氣、水、土壤污染防治“三大戰(zhàn)役”，建設(shè)天藍(lán)地綠水清的美麗中國。水污染可分為兩個(gè)大類，即自然污染和人為污染。目前人為污染對(duì)水體危害較大，它包括工業(yè)污染，農(nóng)業(yè)污染和生活污染?！爸腔鬯畡?wù)”新構(gòu)想是基于IBM之前提出的“智慧地球”方案，所謂“智慧水務(wù)”是指通過數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)葌鞲性O(shè)備實(shí)時(shí)感知城市供排水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并采用可視化方式有機(jī)整合水務(wù)管理部門與供排水設(shè)施，形成“水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)”。同時(shí)利用IT和大數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)幫助水務(wù)系統(tǒng)做好各類污水處理，實(shí)現(xiàn)最佳管理狀態(tài)，提升運(yùn)營效益，通過系統(tǒng)的監(jiān)測、信息采集分析，使水務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠安全，更加“智慧”[1]。

1 “智慧水務(wù)”新構(gòu)想

本文將從“感”、“控”、“享”三個(gè)方面詳細(xì)介紹“智慧水務(wù)”的新構(gòu)想。

1.1 “感”

“感”即感知層。水務(wù)系統(tǒng)需要采集各類事實(shí)數(shù)據(jù)，例如雨量站、水文站、需要主要供水主干管的pH值、壓力、濁度及總氯，污水處理系統(tǒng)需要水質(zhì)數(shù)據(jù)COD、氨氮、HP、總磷等[2]。系統(tǒng)通過信息識(shí)別、信息感知、位置定位、通信技術(shù)進(jìn)行處理，這一系列技術(shù)的詳細(xì)過程如圖1所示。

1.2 “控”

這里 “控”指的是智能控制系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)控的全自動(dòng)化。本文以某企業(yè)的污水處理廠為例進(jìn)行分析。污水處理廠可采集的數(shù)據(jù)主要包括出口COD、氨氮、HP、總磷、流量等，但不同污水處理廠使用的PLC/DCS品牌型號(hào)不一，通信方式也不同，再加上水質(zhì)分析儀表的品牌及接口類型不同，使數(shù)據(jù)采集的技術(shù)難度較大。“智慧水務(wù)”整合了水力模型、供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)（GIS）、管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），可針對(duì)西門子、AB、施耐德、三菱等系列PLC和愛默生、新華、霍尼韋爾等實(shí)現(xiàn)DCS數(shù)據(jù)采集通信，以及與RS 485、MODBUS等總線接口通信并通過Internet、GPRS等進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。具體的控制系統(tǒng)如圖2所示。

“智慧水務(wù)”是全自動(dòng)控制的，具有先進(jìn)性的控制模型，其可使系統(tǒng)處理流程緊湊合理，保證調(diào)節(jié)過程最優(yōu)化，相應(yīng)工序能耗低，處理效果好。該系統(tǒng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)行控制、遠(yuǎn)程故障分析解決，通過遠(yuǎn)程控制處理現(xiàn)場故障，指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員操作，提高管理效率。同時(shí)完善數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA），提高設(shè)備運(yùn)行的安全性，降低工藝設(shè)備故障停機(jī)次數(shù)，降低人工成本，減少耗材與運(yùn)行材料費(fèi)用成本，從而很大程度上降低營運(yùn)成本[3]。

1.3 “享”

“十三五”計(jì)劃要求堅(jiān)持公平包容、共建共享，這里提到的“享”即共享數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)數(shù)量大且分散性強(qiáng)，數(shù)據(jù)之間是不完全獨(dú)立的，但卻對(duì)公司、用戶和社會(huì)經(jīng)濟(jì)有巨大價(jià)值。從環(huán)保角度來講，雖然可查詢的公益環(huán)保數(shù)據(jù)越來越多，包括全國氣象、水文、工廠分布及污染排放達(dá)標(biāo)情況等數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)太分散、太專業(yè)、缺少分析、沒有可視化，普通人難以理解。若要使大眾看懂并保持關(guān)注，真正地惠及民生，則要利用目前蓬勃發(fā)展的云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，它將成為社會(huì)監(jiān)督環(huán)保的重要手段。大數(shù)據(jù)是指對(duì)大量的、種類各異的、來源復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、存儲(chǔ)、計(jì)算、分析和處理[4]。所以，大數(shù)據(jù)包括兩部分，首先，它涉及的數(shù)據(jù)量大；其次，還包含了對(duì)數(shù)據(jù)的處理方法和分析的理論和技術(shù)。

“智慧水務(wù)”中的“享”可以從以下幾個(gè)具體的方面考慮：

（1）數(shù)據(jù)共享及交換平臺(tái)。該水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)在飲水安全監(jiān)測、水文監(jiān)測及預(yù)警、地下水監(jiān)測、污水處理排放、防汛抗旱、山洪災(zāi)害監(jiān)測及預(yù)警、水資源信息等多方面實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)整合，依賴云計(jì)算將對(duì)采集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、管理、存儲(chǔ)，提高水務(wù)生產(chǎn)質(zhì)量，改善運(yùn)營管理模式，同時(shí)對(duì)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)提供計(jì)算服務(wù)，目的是實(shí)現(xiàn)預(yù)測、決策，利用傳感網(wǎng)絡(luò)的反向控制來控制物聯(lián)網(wǎng)中事物的發(fā)展進(jìn)程和運(yùn)動(dòng)過程，對(duì)全局狀態(tài)有更準(zhǔn)確的把握，以更加合理、精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理水務(wù)系統(tǒng)的生產(chǎn)、服務(wù)管理流程[5]，從而達(dá)到“智慧水務(wù)”的目標(biāo)。例如，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建成視頻監(jiān)視點(diǎn)，并通過共享部門視頻資源，對(duì)中型水庫、重點(diǎn)海堤、特區(qū)內(nèi)主要河道和某些易澇易浸點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）建立新服務(wù)模式，提升用戶體驗(yàn)。通過“智慧水務(wù)”綜合平臺(tái)惠及民生，除了通過銀行劃賬和親臨營業(yè)廳繳費(fèi)之外，用戶還可自由選擇支付寶、翼支付、京東錢包客戶終端等多種方便快捷的繳費(fèi)方式。同時(shí)引入微信平臺(tái)，水費(fèi)繳納、停水通知、水質(zhì)公告、水價(jià)信息、水費(fèi)查詢、投訴建議等都可通過各個(gè)官方微信發(fā)布。

（3）開發(fā)大數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件。香港《南華早報(bào)》根據(jù)中國環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的官方數(shù)據(jù)，繪制了2014年中國空氣污染地圖，它包含161個(gè)城市幾近完整的空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）水平和主要污染物。水務(wù)系統(tǒng)中也可以利用相同的方法開發(fā)軟件，如水質(zhì)污染圖、污水排放處理圖等。這些軟件要實(shí)現(xiàn)完全 “可視化”，以方便群眾查看并可實(shí)時(shí)分享到社交媒體平臺(tái)。要加大大數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘的廣度和深度，將不同部門不同類型的大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，如環(huán)保、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)、交通、氣象數(shù)據(jù)等。這才是“智慧水務(wù)”的特點(diǎn)，也是最困難最復(fù)雜的部分[6]。

2 結(jié) 語

現(xiàn)如今，城市發(fā)展受到有限能源、資源減少、人口劇增等條件的限制，而發(fā)展又離不開水資源，“智慧水務(wù)”的核心是改善水質(zhì)量、水工業(yè)以及分配水資源，它以一種更智慧的方法利用新一代信息技術(shù)，即物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等來優(yōu)化水務(wù)系統(tǒng)，改良水處理工藝過程，改善與人們的交互方式。“智慧水務(wù)”將以準(zhǔn)確的感知、先進(jìn)的智能化和廣泛靈活的交互方式促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)的互動(dòng)發(fā)展，并通過使用先進(jìn)信息技術(shù)改善商業(yè)運(yùn)作和公共服務(wù)，構(gòu)建“智慧水務(wù)”運(yùn)行模型將有助于推動(dòng)智慧地球的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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

[3] 張小娟，唐錨，劉梅，等.北京市智慧水務(wù)建設(shè)構(gòu)想[J].水利信息化，2014，2（1）：64-68.

[4] 王元卓，靳小龍，程學(xué)旗.網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)：現(xiàn)狀與展望[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2013，36（6）：1125-1138.

[5] 韋川.湖北武漢市推進(jìn)水務(wù)信息化建設(shè)問題及對(duì)策分析[J].中國防汛抗旱，2013，23（4）：7，27.

[6] 邵長恒，孫更新.物聯(lián)網(wǎng)原理與行業(yè)應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.