物聯(lián)網(wǎng)下智慧水務(wù)體系構(gòu)建的策略

　　摘要：智慧水務(wù)是智慧城市建設(shè)的重點(diǎn)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(dòng)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(zhǎng)的需求。本文在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前提下,結(jié)合云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新一代信息技術(shù),對(duì)智慧水務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)行研究,以建立一個(gè)精細(xì)化、協(xié)同能力強(qiáng)的智慧型水務(wù)平臺(tái)。

　　關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)技術(shù)智慧城市智慧水務(wù)水務(wù)體系物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

　　1、引言

　　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(shí)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(jí)的內(nèi)在需求和必然趨勢(shì)。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，已成為戰(zhàn)略層面的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一。傳統(tǒng)的智能水務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)單，使用時(shí)間較長(zhǎng)，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[1]。

　　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(dòng)化管理、城市排污水處理、水源檢測(cè)，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(tái)。國(guó)內(nèi)的智慧水務(wù)發(fā)展至今可分為三個(gè)階段：1.0時(shí)代，以自動(dòng)化控制為核心，以水務(wù)自動(dòng)化為標(biāo)志，重點(diǎn)在提升生產(chǎn)效率和工藝優(yōu)化方面；2.0時(shí)代，著重于企業(yè)信息化建設(shè)，同時(shí)對(duì)企業(yè)資源管理、算法應(yīng)用和移動(dòng)應(yīng)用等方面深入研究；3.0時(shí)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[2]。

　　近幾年，隨著人民生活基礎(chǔ)需求的不斷攀升，對(duì)智慧水務(wù)的要求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)各水務(wù)企業(yè)為了適應(yīng)社會(huì)需求增長(zhǎng)，對(duì)節(jié)能降耗、運(yùn)轉(zhuǎn)自動(dòng)化程度也在不斷改進(jìn)，結(jié)合各種高新科技以信息化帶動(dòng)工業(yè)化、以工業(yè)化促進(jìn)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(shì)。

　　3、智慧水務(wù)建設(shè)需求分析

　　我國(guó)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的屏障。各類水應(yīng)用的問題都需要?dú)w納到一個(gè)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(cè)有效管理水資源。同時(shí)，作為城市基本運(yùn)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(dá)到防旱防澇，及時(shí)測(cè)控供排水管道壓力減少突發(fā)事故，精準(zhǔn)檢測(cè)排污流量嚴(yán)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(píng)估分析、提前預(yù)測(cè)、長(zhǎng)期保障的全周期運(yùn)作。全局性需求的具體體現(xiàn)主要在兩個(gè)方面：

　　3.1生態(tài)文明建設(shè)對(duì)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)系生產(chǎn)生活、經(jīng)濟(jì)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(jì)、文化、政治和生產(chǎn)生活有機(jī)融合，實(shí)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(jì)發(fā)展的關(guān)鍵所在。智慧水務(wù)建設(shè)的實(shí)施，將各個(gè)水務(wù)運(yùn)行部門和管理部門信息達(dá)到同步共享，實(shí)現(xiàn)協(xié)同機(jī)制，解決決策和實(shí)施脫離的孤島問題，對(duì)推進(jìn)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]。

　　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(dòng)化的智能水務(wù)發(fā)展已有數(shù)十年，但人口增長(zhǎng)、工業(yè)化發(fā)展、環(huán)境改善、信息技術(shù)創(chuàng)新，同時(shí)已有系統(tǒng)年限久、軟硬件無法更新等矛盾都對(duì)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(shí)施的全面自動(dòng)化形態(tài)，還需要基于專業(yè)角度提高預(yù)測(cè)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(tái)等新興技術(shù)高效融合在一起建立一個(gè)跨平臺(tái)綜合可拓展的集成系統(tǒng)，來實(shí)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(shí)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(gè)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(jì)算、大數(shù)據(jù)、電子通信及傳感技術(shù)等解決實(shí)物與人之間交互的一種形式，可實(shí)現(xiàn)物和物、物和人之間的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市各種水務(wù)的運(yùn)行狀態(tài)，并將不同水務(wù)管理部門與供排水設(shè)施有機(jī)整合在一起，從而形成一個(gè)智慧化的水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)。該系統(tǒng)是一個(gè)綜合化基于物聯(lián)網(wǎng)的信息管理平臺(tái)，利用數(shù)學(xué)仿真建模構(gòu)成智慧化管理系統(tǒng)，功能涵蓋供水監(jiān)測(cè)、防旱防澇、污水處理、數(shù)據(jù)收集、自動(dòng)分析決策、水務(wù)智慧運(yùn)營(yíng)等，子系統(tǒng)集成GIS定位、視頻監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析處理、SCADA系統(tǒng)、自動(dòng)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(gè)子系統(tǒng)連接在一起[4]，消除掉傳統(tǒng)水務(wù)各個(gè)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(shí)現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)工作的更精細(xì)化和決策科學(xué)化，提高水資源的利用率，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

　　物聯(lián)網(wǎng)下構(gòu)建的智慧水務(wù)系統(tǒng)是一種利用智能傳感設(shè)備進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸解決水務(wù)問題的方式，是智慧水務(wù)組成部分的重要環(huán)節(jié)。采用5G技術(shù)將不同類型的水務(wù)管理實(shí)施部門與各種終端連接起來，打破傳統(tǒng)的孤島式數(shù)據(jù)采集，減少無效、冗余數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，將數(shù)據(jù)處理、分析與反饋流程全面視覺化，達(dá)到物物相通的效果。

　　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(shí)現(xiàn)水資源數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、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(shí)利用GIS、GPS等空間管理技術(shù)，將每個(gè)數(shù)據(jù)收集點(diǎn)信息準(zhǔn)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(shí)及時(shí)響應(yīng)預(yù)警信號(hào)，為管理決策實(shí)施響應(yīng)速率提供科學(xué)依據(jù)。

　　4.2物聯(lián)網(wǎng)智慧水務(wù)云平臺(tái)

　　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(tái)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(jì)算平臺(tái)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(gè)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(tái)可以劃分為4個(gè)層：服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和感知層。該分層物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)如圖2所示。

　　該平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)接入，即可將采集到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布到網(wǎng)上，用戶與管理人員對(duì)共享數(shù)據(jù)同步應(yīng)用；遠(yuǎn)程控制，對(duì)多種環(huán)境和設(shè)施實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控；數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)與處理，對(duì)采集到的繁雜數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、存儲(chǔ)后通過專業(yè)需求進(jìn)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(shí)時(shí)推送到不同終端設(shè)備；設(shè)施監(jiān)控，對(duì)超出臨界值數(shù)據(jù)以預(yù)警方式顯示，跨平臺(tái)發(fā)送到各個(gè)管理部門，支持多級(jí)預(yù)警；防旱防澇，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)雨量、水位、水質(zhì)等對(duì)城市的旱澇災(zāi)情至關(guān)重要，云平臺(tái)信息資源的建立，可以完善防汛防旱體系，及水資源的精細(xì)化管理、合理開發(fā)利用保護(hù)水環(huán)境。將一個(gè)城市的所有水務(wù)工作接入到一個(gè)平臺(tái)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(shí)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(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，當(dāng)人力無法達(dá)到需求時(shí)，智慧水務(wù)的可視化管理系統(tǒng)不僅對(duì)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(shí)預(yù)警，第一時(shí)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(gè)顯示大屏，可以運(yùn)行在多種終端設(shè)備的平臺(tái)上，達(dá)到隨時(shí)隨地獲取數(shù)據(jù)的能力，同時(shí)還包括數(shù)據(jù)中心、打印設(shè)備等[5]。

　　4.4智慧化決策系統(tǒng)

　　引入了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)的智慧化水務(wù)系統(tǒng)所作出的決策參考價(jià)值更高。在優(yōu)化水處理工藝、管網(wǎng)正常運(yùn)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(dòng)操作[6]，同時(shí)可圍繞獲取數(shù)據(jù)運(yùn)用最新算法和智能硬件全面探索技術(shù)新領(lǐng)域，預(yù)測(cè)城市水務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀、未來發(fā)展方向和實(shí)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(yǔ)

　　智慧水務(wù)發(fā)展數(shù)十年，雖然積累了很多經(jīng)驗(yàn)，但付諸實(shí)施的仍然是很少一部分，今后相當(dāng)一段時(shí)間還是需要立足現(xiàn)狀，從智慧城市建設(shè)對(duì)水務(wù)的基本需求入手，將信息化和數(shù)字化手段有機(jī)結(jié)合，在水務(wù)管理中全面實(shí)施智慧應(yīng)用、實(shí)時(shí)感知、有效預(yù)測(cè)，將不斷發(fā)展的新信息技術(shù)融合進(jìn)平臺(tái)設(shè)計(jì)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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　　南楠

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