基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能供水監(jiān)管系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建

摘要：為了實(shí)現(xiàn)精細(xì)化用水監(jiān)管，針對(duì)目前城市供水監(jiān)管的現(xiàn)狀，文章基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了高效、便捷的智能供水監(jiān)管系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)建邏輯、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用特點(diǎn)，為城市供水監(jiān)管提供了新思路和標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；供水監(jiān)管；漏損控制；云計(jì)算；節(jié)水

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.4;TV-9文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

供水管網(wǎng)是城市運(yùn)行的“血脈”，在城市中的地位具有不可替代性。但是在實(shí)際的工程應(yīng)用中，供水質(zhì)量受管材材質(zhì)、地面重物擠壓等影響較大，容易出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”等不良現(xiàn)象。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，我國(guó)城市供水管網(wǎng)平均漏損率約為18%，部分地區(qū)為35%以上［1］，這造成了水資源的極大浪費(fèi)。目前，供水管網(wǎng)流量與壓力監(jiān)控主要以數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統(tǒng)為主［2-3］，但是由于標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、大數(shù)據(jù)處理效果差、數(shù)值不夠精確等原因，不能對(duì)供水管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全面化、信息化的有效監(jiān)控。本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能供水監(jiān)管系統(tǒng)，期望能為城市節(jié)水及用水提供更加科學(xué)化、精細(xì)化、信息化的思路。

1智能供水監(jiān)管系統(tǒng)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合城市供水管網(wǎng)的應(yīng)用需求，本文基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架建設(shè)形成集成管理平臺(tái)［4］，使各種不同的監(jiān)測(cè)設(shè)備無(wú)縫接入系統(tǒng)平臺(tái)，組成完整的智能水務(wù)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)以B/S架構(gòu)為骨骼進(jìn)行設(shè)計(jì)，以甲骨文的Java語(yǔ)言為系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)，借助B/S開(kāi)發(fā)常用框架Struts2、Spring3、Hibernate4組建系統(tǒng)平臺(tái)，可與其他能源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行兼容，并利用IDEA開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)MySQL進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。智能供水監(jiān)管系統(tǒng)主要分為4層：視圖層展示界面輸出、控制層負(fù)責(zé)請(qǐng)求控制、業(yè)務(wù)層負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯處理以及持久層處理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)［5］。同時(shí)，系統(tǒng)發(fā)送PC端、手機(jī)端報(bào)告，能精確、有效地實(shí)現(xiàn)用水把控?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能供水監(jiān)管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2智能供水監(jiān)管系統(tǒng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

智能供水監(jiān)管業(yè)務(wù)訴求咨詢(xún)模塊100包括信息監(jiān)控采集子系統(tǒng)110［6］、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)120、計(jì)劃管理供水用量子系統(tǒng)130、水表管網(wǎng)關(guān)系圖子系統(tǒng)140和全生命周期運(yùn)維子系統(tǒng)150，不同子系統(tǒng)又下設(shè)細(xì)分模塊，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理。智能供水監(jiān)管系統(tǒng)子系統(tǒng)如圖2所示。

2.1信息監(jiān)控采集子系統(tǒng)

信息監(jiān)控采集子系統(tǒng)110通過(guò)多種傳感器采集各管理區(qū)域內(nèi)水表點(diǎn)位的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)120可以準(zhǔn)確接收相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理區(qū)域可以依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行劃分。信息監(jiān)控采集子系統(tǒng)110包括流量監(jiān)測(cè)傳感器、壓力傳感器等。通信模塊用于將智能數(shù)據(jù)采集器采集到的各管理區(qū)域的用水量和管道內(nèi)壓力，通過(guò)無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)的通信方式發(fā)送給實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)120。

2.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)120依據(jù)接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)各管理區(qū)域的耗水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出各管理區(qū)域的多維度的用水分析結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，該實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)120還可以通過(guò)海量數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)管網(wǎng)狀態(tài)及用水情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，支持其他能源數(shù)據(jù)接入進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。

2.3計(jì)劃管理供水用量子系統(tǒng)

計(jì)劃管理供水用量子系統(tǒng)用于管理各個(gè)管理區(qū)域的用水計(jì)劃值，并基于用水分析結(jié)果向用水超過(guò)用水計(jì)劃值的管理區(qū)域的相關(guān)人員發(fā)送用水異常報(bào)警。當(dāng)用水超過(guò)計(jì)劃值，系統(tǒng)將會(huì)通過(guò)郵箱向相關(guān)人員發(fā)送用水異常報(bào)警。

2.4水表管網(wǎng)關(guān)系圖子系統(tǒng)

基于用水分析結(jié)果，水表管網(wǎng)關(guān)系圖子系統(tǒng)140既能夠提供各管理區(qū)域的管網(wǎng)關(guān)系圖，又能夠顯示各管理區(qū)域的用水量及用水計(jì)劃值。通過(guò)繪制單位管網(wǎng)關(guān)系圖，系統(tǒng)在線(xiàn)查看了解單位管網(wǎng)信息；科學(xué)、準(zhǔn)確地了解每個(gè)用水點(diǎn)位的使用狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)相關(guān)用水異常，并做出迅速反應(yīng)。

2.5全生命周期運(yùn)維子系統(tǒng)

全生命周期運(yùn)維子系統(tǒng)150包括項(xiàng)目信息查詢(xún)模塊、水表信息查詢(xún)模塊、用水報(bào)表查詢(xún)模塊和運(yùn)維記錄查詢(xún)等模塊。項(xiàng)目信息查詢(xún)模塊用于查詢(xún)各類(lèi)供水項(xiàng)目的基本情況；應(yīng)急處理模塊用于記錄突發(fā)事件的處理信息，方便客戶(hù)查詢(xún)施工單位對(duì)項(xiàng)目應(yīng)急問(wèn)題的處理情況；業(yè)務(wù)訴求咨詢(xún)模塊用于為客戶(hù)提供供水方面的各種咨詢(xún)服務(wù)。

2.6管理后臺(tái)子系統(tǒng)

管理后臺(tái)子系統(tǒng)160主要面向管理員運(yùn)營(yíng)，方便系統(tǒng)管理者對(duì)各類(lèi)子系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)及用水業(yè)務(wù)管理等。

3智能供水監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

3.1精準(zhǔn)用水點(diǎn)位，明晰用水趨勢(shì)

智能供水監(jiān)管系統(tǒng)平臺(tái)首頁(yè)顯示地圖信息、當(dāng)前日/周/月總用水量的數(shù)據(jù)信息，可查看重要的用水量數(shù)據(jù)。地圖上對(duì)用水點(diǎn)位進(jìn)行位置標(biāo)記，可以通過(guò)系統(tǒng)獲取當(dāng)前監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的用水量及變化情況；在顯示的同時(shí)可以進(jìn)行計(jì)算和相關(guān)處理。用戶(hù)可以通過(guò)類(lèi)似于用水流程圖監(jiān)控的界面了解用水的流量以及動(dòng)態(tài)變化情況。

3.2智能數(shù)據(jù)分析，及時(shí)異常報(bào)警

在線(xiàn)數(shù)據(jù)分析功能的基本能力包括在對(duì)象模型中建立組織結(jié)構(gòu)和設(shè)備模型，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行關(guān)鍵區(qū)域或設(shè)備的耗水統(tǒng)計(jì)和分析，采用多模型視角可從不同維度進(jìn)行用水量的分析。用水異常報(bào)警用于實(shí)現(xiàn)通信報(bào)警和數(shù)據(jù)報(bào)警2個(gè)方面的功能，主動(dòng)監(jiān)控設(shè)備情況是否穩(wěn)定，保證設(shè)備數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。

3.3統(tǒng)一報(bào)表管理，智能節(jié)水管理

系統(tǒng)支持用水報(bào)表輸出，包括但不限于針對(duì)各類(lèi)其他水質(zhì)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，客戶(hù)可以自定義選擇篩選條件，按照個(gè)性化需求以“日/月/年”或自定義時(shí)間為輸出，并支持導(dǎo)出、打印成多種報(bào)表格式，實(shí)現(xiàn)用水的可視化管理；通過(guò)智能節(jié)水功能，可設(shè)定每月的用水計(jì)劃值，當(dāng)用水超過(guò)該計(jì)劃值，系統(tǒng)將會(huì)通過(guò)郵箱向相關(guān)人員發(fā)送用水超量報(bào)警。

3.4在線(xiàn)水平衡觀(guān)測(cè)，全生命周期服務(wù)

在線(xiàn)水平衡功能可實(shí)時(shí)查看單位內(nèi)部用水平衡情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)漏損點(diǎn)，提升用水管理水平。全生命周期管理功能主要記錄了項(xiàng)目開(kāi)展全過(guò)程的信息，用戶(hù)可簡(jiǎn)單快捷地選取項(xiàng)目相關(guān)的信息進(jìn)行查詢(xún)，為用戶(hù)的長(zhǎng)效運(yùn)行管理提供有力保障。通過(guò)智能水表二維碼身份證，使智能水表及用水管理更加科學(xué)化，提升了用水的精細(xì)化管理水平，實(shí)現(xiàn)安裝水表的可持續(xù)、可追溯管理，增加了互動(dòng)性和趣味性。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接水表等用水設(shè)備，本文改變了以往粗放式的用水監(jiān)管模式，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化、智能化用水管理，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

4.1實(shí)現(xiàn)用水的精細(xì)化管理

智慧用水管理系統(tǒng)通過(guò)智能節(jié)水管理，將單位的用水大計(jì)劃劃定到各樓宇的用水小計(jì)劃，制定各樓宇的用水關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（Key Performance Indicator， KPI），高效、便捷地對(duì)用水進(jìn)行監(jiān)管。結(jié)合系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)功能，系統(tǒng)可以形成特定的動(dòng)態(tài)水力模型，若管網(wǎng)出現(xiàn)異常滲漏等現(xiàn)象，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)點(diǎn)位定位，并借助移動(dòng)端進(jìn)行用水警報(bào)。所建模型對(duì)節(jié)約水資源、提升動(dòng)態(tài)化水網(wǎng)管理水平具有重要意義，有利于進(jìn)行管網(wǎng)漏損風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并做出相應(yīng)預(yù)判。

4.2有效挖掘用水潛力

人工抄表獲取數(shù)據(jù)慢且耗費(fèi)時(shí)間，而借助大數(shù)據(jù)分析，可以批量處理龐大數(shù)據(jù)，挖掘用水?dāng)?shù)據(jù)信息，釋放用水潛力。本文通過(guò)多維度用水模型進(jìn)行全面分析，輔助用水決策，可以有效地推動(dòng)水務(wù)工作的量化及預(yù)測(cè)。智慧用水管理系統(tǒng)可以通過(guò)移動(dòng)終端采集單位的用水?dāng)?shù)據(jù)，解決了現(xiàn)場(chǎng)跟表、抄表的煩瑣工作，提升了管理人員的工作效率。

4.3實(shí)現(xiàn)“3A”用水管理

智慧用水管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“3A”用水管理，即相關(guān)管理人員可在任何時(shí)間（Anytime）、任何地點(diǎn)（Anywhere）獲取用水?dāng)?shù)據(jù)的任何數(shù)據(jù)（Anything）。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)方便、快捷的用水化管理，擺脫了以往陳舊的監(jiān)控模式。管理人員可隨時(shí)隨地進(jìn)行用水管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，并可以快速響應(yīng)異常問(wèn)題，更加輕松有效地實(shí)現(xiàn)用水監(jiān)管，從頂層設(shè)計(jì)的層面，實(shí)現(xiàn)了用水的科學(xué)化管理。

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（編輯沈強(qiáng)編輯）

Construction of intelligent water supply supervision system based on"Internet of Things technology

GU" Yusi1， YU" Xiaoyu1， DING" Hao1， DU" Jiaqiang2

（1.Comprehensive Affairs Management Center of Taihu Basin Authority， Shanghai 200434， China;"2.Shanghai Jichen Digital Water Science amp; Technology Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China）

Abstract：" In order to realize delicacy management of water use supervision， according to the current situation of urban water supply supervision， a more efficient and convenient intelligent water supply supervision system based on Internet of Things technology is constructed. This paper expounds the construction logic of system standardization， the design and application characteristics of subsystem， which provides new ideas and standards for urban water supply supervision.

Key words： Internet of Things; water supply supervision; leakage control; cloud computing；economize on water