基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供水信息化應(yīng)用與實現(xiàn)

摘要：供水企業(yè)的正常運行與否深刻影響著民生發(fā)展。供水要保證質(zhì)量水平和安全水平，是城市現(xiàn)代化建設(shè)的一項重要要求。近年來，供水企業(yè)積極引進了先進科技和設(shè)備，搭建了智慧水務(wù)管理平臺，其中融入了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等，我國的供水開始朝信息化、智慧化方向發(fā)展。本文通過分析供水信息化發(fā)展的意義及現(xiàn)狀，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供水信息化建設(shè)思路，以及供水信息化的主要實現(xiàn)方向。希望本文的相關(guān)研究內(nèi)容可以為供水公司的實際工作提供有益參考。

關(guān)鍵詞：信息化平臺；供水管理；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

一、引言

在國民經(jīng)濟水平不斷提高的背景下，居民的用水需求也逐漸提高，對于供水企業(yè)來說，有必要積極運用先進技術(shù)，優(yōu)化調(diào)整供水服務(wù)機制，提高供水質(zhì)量。

二、供水信息化發(fā)展的意義

第一，能夠?qū)崿F(xiàn)水資源管理的精細化。利用大數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)，水務(wù)管理平臺可基于供水數(shù)據(jù)信息，準確預(yù)測分析未來某段時間內(nèi)的水資源需求，從而實現(xiàn)水資源的合理分配，防止水資源浪費。

第二，有助于提高供水服務(wù)效率。信息化系統(tǒng)能夠及時獲取各個水流量監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)，提升供水數(shù)據(jù)信息收集、分析與反饋效率，從而提高供水服務(wù)效率。

第三，能夠增強供水運行機制的應(yīng)急響應(yīng)能力。水務(wù)的智慧化管理，可以對管網(wǎng)進行全面監(jiān)測，切實診斷異常情況。

第四，可以提升用戶用水體驗滿意度。供水信息化系統(tǒng)不僅可以圍繞基礎(chǔ)水務(wù)開展工作，還能整合數(shù)據(jù)信息進一步分析用戶的實際用水習慣，了解地區(qū)民生的用水需求，再提供對應(yīng)的供水服務(wù)。如信息化系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)信息分析用戶各時段用水量，及高需求時間段，再通過相應(yīng)的優(yōu)惠方案匹配用戶需求，從而提升用戶對用水體驗的滿意度，有利于供水企業(yè)未來的可持續(xù)發(fā)展[1]。

三、供水信息化發(fā)展的現(xiàn)狀

隨著水務(wù)管理工作中引入的先進技術(shù)越來越多，城市供水的信息化發(fā)展趨勢也越來越顯著。較多的供水企業(yè)在供水管理方面實現(xiàn)了自動化、可視化、數(shù)字化，能夠準確判斷供水管網(wǎng)各位置的健康狀態(tài)，也能了解到城市用水需求的變化，從而有助于供水企業(yè)提供更具指向性的供水服務(wù)，推動社會民生的穩(wěn)定發(fā)展。供水信息化鏈條中，對數(shù)據(jù)的感知依賴物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，供水企業(yè)可在此基礎(chǔ)上對水資源進行合理調(diào)度，提高水資源利用率。然而，目前的供水智慧化、信息化管理系統(tǒng)還存在一些不足之處，成為限制水務(wù)現(xiàn)代化發(fā)展的因素。[2]

四、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的概念

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是信息技術(shù)持續(xù)革新發(fā)展下的一種新網(wǎng)絡(luò)概念，其是指借助傳感器設(shè)備、GPS定位裝置、無線射頻識別設(shè)備等開展信息的傳感，將互聯(lián)網(wǎng)和各種物品之間進行有效連接，促進多方主體的通信，提高信息交換水平。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要功能包括管理、定位、識別、監(jiān)控以及跟蹤，其核心技術(shù)主要包括嵌入式系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、M 2M技術(shù)以及智能卡技術(shù)等，在全面感知信息后，能夠輔助各類業(yè)務(wù)，促進其高效運行。

水利相關(guān)行業(yè)具有空間跨度較大、安全性能要求較高以及野外作業(yè)較多等特征，十分適合運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，供水企業(yè)各個基站的數(shù)據(jù)信息都能被物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的感知模塊采集，再通過網(wǎng)絡(luò)順利傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，由數(shù)據(jù)中心開展進一步的整合、分析以及顯示，供相關(guān)人員優(yōu)化供水方案并提出科學決策，使得供水管理更加準確、及時、高效[3]。

五、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供水信息化建設(shè)思路

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的供水信息化建設(shè)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)水務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的全面整合，同時也能打通不同業(yè)務(wù)功能，確保水務(wù)管理的高效執(zhí)行，促進供水效率提高、供水規(guī)范性增強，推動現(xiàn)代水務(wù)企業(yè)的智慧化發(fā)展。在具體建設(shè)思路方面，應(yīng)考慮如下幾個方面：

首先，應(yīng)確定供水系統(tǒng)信息化建設(shè)需結(jié)合的技術(shù)，并以相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)搭建綜合管控平臺。除了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)外，供水信息化系統(tǒng)還需要遙感技術(shù)、地理信息技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)等。確定相關(guān)技術(shù)并進行有效整合，為供水功能的開發(fā)提供支持。

其次，基于實際需求設(shè)定水務(wù)管理平臺的基本云框架，建設(shè)安全機制，確保數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定效果達標。水務(wù)管理平臺應(yīng)搭建自動化水資源生產(chǎn)控制系統(tǒng)、智能抄表調(diào)控系統(tǒng)、管網(wǎng)實時監(jiān)測系統(tǒng)以及智能客服系統(tǒng)等，以上這些系統(tǒng)能夠保證水務(wù)工作的自動化、遠程化管理。

最后，客觀評估供水信息化系統(tǒng)，梳理關(guān)鍵運行環(huán)節(jié)，找到不足之處。例如，某供水企業(yè)的供水信息化系統(tǒng)搭建完成后發(fā)現(xiàn)，其數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理方面的性能還有待優(yōu)化，同時，供水管網(wǎng)的漏損監(jiān)測和預(yù)警、水資源智能調(diào)度等方面都未達到業(yè)務(wù)標準。及早進行對系統(tǒng)的評估與梳理，有助于及時改進問題，避免了后期大規(guī)模重建的時間與資金成本投入。

六、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供水信息化應(yīng)用及實現(xiàn)方向

（一）實現(xiàn)信息化、智慧化的水務(wù)管理

供水信息化系統(tǒng)機制中，結(jié)合當前先進的理念和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)智慧型水務(wù)管理。比如，各供水水泵均可通過中央集控室的計算機設(shè)備進行統(tǒng)一的遠程控制。在水資源生產(chǎn)場景中，泵站具有極為重要的功能，因此，供水公司也可借助物聯(lián)網(wǎng)的全面聯(lián)通功能對泵站進行監(jiān)控，確保其各項細節(jié)都能得到有效監(jiān)管。監(jiān)控視頻具有跟蹤性、動態(tài)性特征，自來水生產(chǎn)設(shè)備以及水泵等可以在智能監(jiān)測下確保健康運轉(zhuǎn)。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，供水系統(tǒng)可具備多種信息化功能，如人機交互功能、遠程監(jiān)測功能、智慧診斷故障類型功能等。聯(lián)網(wǎng)可打通供水中各項水務(wù)信息的壁壘，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的集中化管理，通過在供水各環(huán)節(jié)重要設(shè)備配置傳感器裝置、安裝視頻監(jiān)控裝置進行數(shù)據(jù)收集與安全管理，與此同時，對設(shè)備管理人員發(fā)放與設(shè)備相連接的一卡通。工作人員在進行相關(guān)管理操作時，相關(guān)數(shù)據(jù)均可以借助無線網(wǎng)絡(luò)通信相互傳導，并能直接傳送到智能終端設(shè)備，實現(xiàn)人與設(shè)備間的互相感知、人和人之間的信息共享，從而快速整合各項信息并提供科學管理決策依據(jù)，規(guī)避以往水務(wù)管理中的“信息孤島”現(xiàn)象。在信息化系統(tǒng)的支持下，水務(wù)管理人機交互能力變得更強，如工作人員在控制水泵時，只需對計算機進行簡單點擊即可開啟、關(guān)閉設(shè)備，也能通過可視化屏幕及時監(jiān)測設(shè)備存在的安全隱患，再結(jié)合智能算法和規(guī)則診斷設(shè)備是否出現(xiàn)故障，并快速定位故障設(shè)備位置，使遠程高效水務(wù)管理成為可能。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的信息化水務(wù)管理，能夠確保安全、穩(wěn)定、高效供水[4]。

（二）優(yōu)化供水系統(tǒng)的能源調(diào)控能力

企業(yè)在供水過程中會耗費許多能源，因此，水務(wù)公司也可利用供水信息化系統(tǒng)優(yōu)化能源調(diào)控，如對能源流動情況進行監(jiān)控、繪制其變化圖像、進行數(shù)據(jù)分析，搭建能源異常情況預(yù)警系統(tǒng)，制定能源節(jié)約應(yīng)用的相關(guān)策略和方案等。物聯(lián)網(wǎng)的核心功能體現(xiàn)在能源數(shù)據(jù)分析、服務(wù)支持以及整體調(diào)控方面。例如，依據(jù)繪制的能源圖像，為下個階段的供水系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)以及調(diào)配規(guī)劃等提供支持，其也能實時監(jiān)控供水信息化功能的作用發(fā)揮，在數(shù)據(jù)分析前，需開展數(shù)據(jù)發(fā)掘、統(tǒng)計整理，在此基礎(chǔ)上制定相關(guān)策略與方案。對于供水信息化系統(tǒng)的運行監(jiān)測，有助于提出輔助信息化管理工作相關(guān)決策，促進信息化管理水平的提高。

（三）實施設(shè)備的信息化維護管理

針對供水系統(tǒng)的核心設(shè)備開展信息化維護管理。水廠內(nèi)部各種設(shè)備都設(shè)置了RFID規(guī)格的電子標簽，可將標簽對應(yīng)的設(shè)備資料均輸入到設(shè)備管理信息化平臺中，便于后續(xù)管理與維護。設(shè)備的信息化管理具體包括以下三種類型：

第一，可實時定位設(shè)備。從控制基站的設(shè)備中接收RFID標簽信號，就能夠精準判斷是哪一種、哪個位置的設(shè)備，定位后可以追蹤分析其狀態(tài)。

第二，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的智能巡檢。巡檢人員攜帶智能檢查設(shè)備，可以通過電子版標簽讀取設(shè)備基本信息，其可與就近的基站實現(xiàn)聯(lián)通，通過基站和設(shè)備間的距離可以判斷人員所處工作區(qū)位置，再指揮人員進行設(shè)備的手動檢查和維護，把控相關(guān)業(yè)務(wù)流程。巡檢信息會通過設(shè)備發(fā)送給對應(yīng)服務(wù)器，對巡檢具體操作進行記錄，再分析其檢修信息，為設(shè)備維護方案提供指導。

第三，對設(shè)備運行的操作提出警示，信息化系統(tǒng)可以對人員操作設(shè)備的動作進行識別，還能判斷對應(yīng)人員身份，確保其操作符合要求。系統(tǒng)可智能化提示供水設(shè)備操作的規(guī)范流程，當出現(xiàn)錯誤操作時則會發(fā)出告警提醒。

七、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供水信息系統(tǒng)的搭建要點

（一）了解城市供水的基本流程

供水企業(yè)在搭建結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息功能系統(tǒng)前，要切實了解城市供水的基本流程。水資源一般是從自來水生產(chǎn)廠進行取用，在其生產(chǎn)過程中會進行沉淀、消毒以及過濾等，之后將處理達標的水送到供水管網(wǎng)當中，通過各種先進供水設(shè)備，如加壓水泵等，為工業(yè)主體或城市居民提供可用的水。城市供水的管道分布繁雜，輸水距離也比較長，故而會在中途設(shè)置基站進行加壓，與之相應(yīng)的，在整個管網(wǎng)中也包含許多測壓點，以保證供水系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

（二）供水信息化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用方向，結(jié)合供水信息化運行的要求，開展供水信息化系統(tǒng)設(shè)計。在搭建系統(tǒng)時，可以先設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，其具體包含三個部分：首先是感知層部分，其包括視頻監(jiān)控設(shè)備、對應(yīng)服務(wù)器以及M2M終端裝置；其次是網(wǎng)絡(luò)層，采用局域無線網(wǎng)絡(luò)，滿足數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)男枨?；最后是?yīng)用層，包含了數(shù)據(jù)存儲裝置、通信裝置、應(yīng)用服務(wù)器以及Web服務(wù)器。

供水信息化系統(tǒng)在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后可以實現(xiàn)綜合感知，因此，其對應(yīng)傳感設(shè)備和智慧管理軟件都具有較強適應(yīng)性及可靠性。為了保證供水監(jiān)測到位，可以配置水質(zhì)監(jiān)測的傳感器裝置、水流量變化監(jiān)控裝置以及視頻拍攝裝置，實時采集供水水質(zhì)信息、水流量信息以及設(shè)備狀態(tài)信息等，再接入網(wǎng)絡(luò)將信息上傳到平臺中。采集器裝置為A/D復(fù)合型通道，其也與多路的模擬量相連接，通過探頭獲取對應(yīng)數(shù)字量，最終形成信號[5]。

（三）以中間件為基礎(chǔ)的模型構(gòu)建

傳統(tǒng)供水系統(tǒng)主要采用分布式計算來構(gòu)建C/S模型，但其具有能耗較高、存在延遲以及可靠性低的缺點，無法滿足當下的現(xiàn)實需求，因此，需要搭建以中間件為基礎(chǔ)的新信息化模型。目前可以實現(xiàn)的計算軟件模型包括C/I/S模型、C/A/S模型以及移動Agent模型等。

本研究以C/I/S模型的搭建為例，其對于供水系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)特征與整體性能需求進行了考慮。其中，供水運行中的控制與管理中，數(shù)據(jù)信息的通信傳輸都會通過中間件，即數(shù)據(jù)中心和生產(chǎn)水資源的機制相互分離，能夠保證企業(yè)不必耗費較多時間在數(shù)據(jù)傳輸上，只需要專心于供水數(shù)據(jù)的分析處理與上傳方面。供水系統(tǒng)的各種日志信息也會被記錄，再自動傳送到中間件，對應(yīng)系統(tǒng)配置了接口、服務(wù)器、安全認證規(guī)則，可以有效處理異常情況。終端部分基于消息通信協(xié)議來接收信息，不僅能確保穩(wěn)定供水，還能實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息緩存，以防止重要供水信息因意外情況丟失。

（四）系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立

供水信息化系統(tǒng)中的支撐部分還包括數(shù)據(jù)庫，其可以為整個供水過程提供關(guān)鍵信息參數(shù)，從而實現(xiàn)針對性管控。本次研究主要搭建了在線監(jiān)測型數(shù)據(jù)庫，其主要包括三個模塊：

第一，監(jiān)控中心模塊。監(jiān)控中心模塊結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)控中心，可對供水整體管網(wǎng)的各個流量監(jiān)測點和壓力監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)收集和管理，其獲取實時數(shù)據(jù)信息后會自動生成曲線。在收集信息的同時，也可整理管網(wǎng)位置的屬性信息，從而判斷其連接狀態(tài)。若是處于已連接狀態(tài)，則對應(yīng)數(shù)據(jù)信息會從傳感器傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，若未進行連接，則表示還沒有達到傳送數(shù)據(jù)的時間點。在未來供水管網(wǎng)升級變化時，流量與壓力的測點則適當修改、刪除或增加，以保證傳感器裝置數(shù)據(jù)信息采集到位。

第二，設(shè)備管理模塊。設(shè)備管理模塊結(jié)合采集的數(shù)據(jù)信息，開展各項供水設(shè)備管理，其可以基于實際情況對物聯(lián)網(wǎng)采集設(shè)備數(shù)據(jù)的相關(guān)協(xié)議進行修改。

第三，數(shù)據(jù)下載模塊。在供水運維過程中，會從數(shù)據(jù)庫中提取一些信息，此過程就會運用到數(shù)據(jù)下載功能。系統(tǒng)可以借助搭建的模型對供水的關(guān)鍵節(jié)點壓力值、流量值信息進行下載，再結(jié)合實際供水管網(wǎng)的運行情況分析數(shù)據(jù)，找到壓力波動不利點，判斷其產(chǎn)生不利影響的具體原因，進而輔助實施改進。

八、結(jié)束語

綜上所述，供水企業(yè)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)建設(shè)供水信息化系統(tǒng)，有助于實現(xiàn)水務(wù)的集中高效管理，促進供水穩(wěn)定性和安全性的增強，推動企業(yè)的健康發(fā)展。由本文分析可知，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的供水信息系統(tǒng)的搭建要點包括：供水信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計、以中間件為基礎(chǔ)的模型構(gòu)建、系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立。希望本文的研究能夠為供水公司的供水信息化系統(tǒng)建設(shè)提供有益借鑒。

作者單位：李華 邯鄲市供水有限責任公司

參考文獻

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