基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)研究

摘要：基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)能夠通過互聯(lián)網(wǎng)移動物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的物感網(wǎng)絡(luò)，檢測供水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)以及城市供水管網(wǎng)的設(shè)備的工作狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，并分配給相應(yīng)的工作人員處理，可以極大地提高城市供水的管理能力和保障用水安全能力，在自動運營的模式下實現(xiàn)了資源的合理配置與高效管理。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù)系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；遠程監(jiān)控；物感網(wǎng)絡(luò)；供水系統(tǒng)；污水處理系統(tǒng) 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP393 文章編號：1009-2374（2017）02-0114-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.054

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧水務(wù)系統(tǒng)的主要功能，是通過物感網(wǎng)絡(luò)感知城市供水排水的情況，并根據(jù)人工智能算法實現(xiàn)遠程操控。城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的建立，除了能夠有效地緩解城市供水壓力不足等問題，還能規(guī)避供水服務(wù)不規(guī)范、二次污染等問題的產(chǎn)生，使城市供水系統(tǒng)逐漸完善，更好地保證居民用水的質(zhì)量。

1 城市智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)狀及目標(biāo)

1.1 現(xiàn)狀分析

2012年7月，國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于大力推進信息化發(fā)展和切實保障信息安全的若干意見》提出要“提高社會管理和城市運行信息化水平，推動城市管理信息共享，推廣網(wǎng)格化管理模式，引導(dǎo)智慧城市建設(shè)健康發(fā)展”。我國在城市水務(wù)問題中，部門分割的情況嚴重，已經(jīng)影響到水務(wù)行業(yè)的工作效率，甚至造成部分城市嚴重缺水。因此我國首次提出了智慧城市的概念，并且指出智慧城市的發(fā)展路徑是基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新時代的高新技術(shù)，主要目標(biāo)在于解決部分城市水源短缺、水污染、洪澇災(zāi)害等問題，從而在高端技術(shù)的支持下，促進城市規(guī)劃、建設(shè)、管理以及服務(wù)的智慧化，從根本上保證人民群眾的生活安全，革新城市水務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，促進城市的健康發(fā)展。

1.2 城市智慧水務(wù)的建設(shè)目標(biāo)

城市智慧水務(wù)通過傳感器、移動網(wǎng)絡(luò)、水務(wù)信息系統(tǒng)的結(jié)合，帶動了水務(wù)信息化水平的全面提升，不僅能夠保證城市的供水安全，還增加了政府與一般公眾的交互渠道，為改進水務(wù)部門的工作提供了一定的依據(jù)。服務(wù)便捷化是城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的重要建設(shè)目標(biāo)，依靠互聯(lián)網(wǎng)的普遍性，建立城市水務(wù)系統(tǒng)的平臺，從而在與公眾的互動之中，獲取水務(wù)方面的信息，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

2 城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)路徑

2.1 智慧水務(wù)的總體框架

城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的總體框架由應(yīng)用層與用戶層組成，用戶層通常由管理人員、業(yè)務(wù)人員與公眾組成，為實現(xiàn)信息自動采集、業(yè)務(wù)集成管理的總體目標(biāo)，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)從這兩個層次出發(fā)，設(shè)計出操作便捷，響應(yīng)速度快的系統(tǒng)平臺，一方面，該平臺拉近了水務(wù)部門以及其他部門的業(yè)務(wù)人員與公眾的距離，通過公共信息門戶平臺，使水務(wù)方面的信息能夠得到及時的反饋，從而制定公共事務(wù)服務(wù)的方案；另一方面，應(yīng)用層主要為了實現(xiàn)水務(wù)業(yè)務(wù)方面的集成化管理，水務(wù)業(yè)務(wù)方面的管理包括水工安全管理、水生態(tài)管理、城市供排水管理、防汛減災(zāi)管理以及城市水資源管理。

2.2 信息采集傳輸層

物聯(lián)網(wǎng)建立在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，同時也能實現(xiàn)自動采集與傳輸功能。物聯(lián)網(wǎng)顧名思義就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用，能夠借助網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、數(shù)采模塊、現(xiàn)場儀表等實時監(jiān)控城市的水資源信息，同時物聯(lián)網(wǎng)還具有特殊的意義，物聯(lián)網(wǎng)的領(lǐng)域被廣泛地延伸到互聯(lián)網(wǎng)無法企及的地方，比如智能感知技術(shù)、識別技術(shù)都是物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，在一定程度上保障了信息采集的運轉(zhuǎn)通暢。

2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的核心也是城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的信息來源，因此為了實現(xiàn)對水務(wù)方面數(shù)據(jù)的綜合分析與運用，建立完整的數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)設(shè)施尤為重要，數(shù)據(jù)層能夠通過資源整合，為上層業(yè)務(wù)的應(yīng)用提供支撐，物聯(lián)網(wǎng)不同于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)構(gòu)成是以應(yīng)用為先導(dǎo)，在感應(yīng)技術(shù)、移動設(shè)備技術(shù)的基礎(chǔ)上建立的市場，因此未來的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)更趨于對水務(wù)業(yè)務(wù)方面的數(shù)據(jù)進行深入的挖掘，為政府的各個部分，如氣象、國土、建設(shè)、交通、環(huán)保部門提供具有針對性的服務(wù)為主。同時因為物聯(lián)網(wǎng)的高效性與針對性，可以在技術(shù)不斷成熟之下開展應(yīng)用市場，與各自的數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)起來，從而實現(xiàn)信息的集約化管理。

2.4 門戶層

城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的門戶層通常包括行業(yè)門戶與公共信息門戶，管理人員負責(zé)行業(yè)內(nèi)部門戶的維護工作，業(yè)務(wù)人員則通過行業(yè)門戶與其他業(yè)務(wù)人員針對水務(wù)方面的信息進行溝通，從而促進水務(wù)方面工作的進展，而公共信息門戶則建立了一條公眾與業(yè)務(wù)人員的溝通渠道，具有城市水務(wù)方面的政策咨詢，信息查詢的功能，吸引公眾參與到城市水務(wù)方面建設(shè)中來，從一定程度上促進了城市水務(wù)工作的公開性。

2.5 數(shù)據(jù)管理平臺

數(shù)據(jù)管理平臺主要的作用，是將海量的數(shù)據(jù)進行整合與存儲，從而滿足水務(wù)部門與其他部門的需要。數(shù)據(jù)管理平臺對于水務(wù)事務(wù)方面的整合，具有非常重要的作用，一方面，數(shù)據(jù)管理平臺能夠保證數(shù)據(jù)的完整性，通過將數(shù)據(jù)存儲進行備份、保存，提高了數(shù)據(jù)的安全性；另一方面，數(shù)據(jù)管理平臺還實現(xiàn)了數(shù)據(jù)集約化管理，避免重復(fù)數(shù)據(jù)的儲存，最大限度上利用了儲存空間，減少了儲存的成本。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計方案

一般來說，城市智慧水務(wù)系統(tǒng)可以分為三個部分：第一部分是服務(wù)器部分，負責(zé)收集、挖掘并處理信息，是城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的核心部分；第二部分是各供水廠、污水廠的調(diào)度室，主要負責(zé)監(jiān)控加壓泵站、一級水源取水泵站以及污水廠的設(shè)備運行狀態(tài)，并將泵房的電量參數(shù)、軸承溫度、進出水流量、水池液位、水壓、水質(zhì)等參數(shù)記錄下來，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器部分；第三部分是城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的客戶服務(wù)端，即城市供水管網(wǎng)，主要負責(zé)顯示供水管網(wǎng)的服務(wù)壓力、水質(zhì)、區(qū)間流量等實時狀態(tài)，兼具報警功能與分析計算功能。

3.1 控制柜

控制柜是城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分，水廠的加壓泵站、一級水源地的取水泵站以及污水處理廠均由若干控制柜組成，而水質(zhì)監(jiān)測與加氯消毒系統(tǒng)又有各自獨立的控制柜，用于連接水泵、水壓、流量、液位、現(xiàn)場儀表等設(shè)備，從而實現(xiàn)對各終端設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控。傳感器的靈敏度決定了控制柜的性能，因此要求相關(guān)工作人員積極引進成本低廉、靈敏度高的傳感器，用于水壓、水質(zhì)監(jiān)測等工作。一般來說，水泵房管理多為本地管理，部分地區(qū)才會引入網(wǎng)絡(luò)功能。大部分控制柜的智能化水平都很低，因此需要由中央控制器統(tǒng)一管理，為了方便服務(wù)器采集信息，還應(yīng)該在泵房的控制柜中加入可編程邏輯控制器，從而提高控制柜的處理能力，使其在中央處理器的控制下完成較為簡單的信息處理。

3.2 服務(wù)器

服務(wù)器是城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的第二部分，也是整個系統(tǒng)的核心，控制柜在獲取信息之后，需要通過特定的結(jié)構(gòu)，由服務(wù)端邏輯處理程序?qū)Σ杉降脑紨?shù)據(jù)進行解碼與分組，并存入數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器通常采用TCP/IP協(xié)議，將采集到的信息進行解碼處理，并且將指令發(fā)送給PC終端，從而完成了數(shù)據(jù)的精確傳輸。數(shù)據(jù)的傳入依靠傳感器的檢測功能，由集合器將數(shù)據(jù)壓縮后整包推送給服務(wù)的終端，并且進行解析、分類，根據(jù)城市智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)備的制式，重新編制后入庫。相關(guān)工作人員應(yīng)該注意，客戶端時常發(fā)來數(shù)據(jù)查詢的請求，這與數(shù)據(jù)的響應(yīng)不同，并沒有通過數(shù)據(jù)接口，直接入庫，而是通過其他格式反饋到客戶端。因此相關(guān)工作人員發(fā)現(xiàn)響應(yīng)請求時，應(yīng)該及時著手處理，并編制數(shù)據(jù)格式，從而使接收到的數(shù)據(jù)能夠按照城市智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)備要求的格式，收入到數(shù)據(jù)庫中。

4 城市智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)注意的問題

4.1 總體規(guī)劃與具體實施階段有不同的側(cè)重點

城市智慧水務(wù)系統(tǒng)需要分為多個子系統(tǒng)，每一個子系統(tǒng)對應(yīng)城市水務(wù)的重要部分，例如供排水業(yè)務(wù)就是兩個子系統(tǒng)：一方面，細致的劃分能夠推進各種業(yè)務(wù)的分工與合作，促進水務(wù)部門與其他部分的協(xié)同性；另一方面，總體規(guī)劃將各個子系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理，能夠有效地避免重復(fù)建設(shè)，在一定程度上規(guī)避了不必要的浪費，提高投資的收益。所以相關(guān)工作人員應(yīng)該注意，在進行智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)時應(yīng)在整個城市總體規(guī)劃綱要的指導(dǎo)下進行，要充分考慮城市其他部分的需求，例如環(huán)境保護、醫(yī)療、交通等方面。

4.2 建立和完善評估體系

優(yōu)秀的評估體系是城市智慧水務(wù)完善的基礎(chǔ)，只有在評估體系的評價與監(jiān)督下，才能推進城市智慧水務(wù)事業(yè)更加細化和完善。具體的實施方法，是在城市周邊的城鎮(zhèn)建立試點，在充分實踐的基礎(chǔ)上，應(yīng)用于城市智慧水務(wù)的事業(yè)中。引入第三方監(jiān)督制度也是完善評估體系的重要途徑，通過開放城市智慧水務(wù)的咨詢平臺，主動接受公眾的監(jiān)督，增加城市智慧水務(wù)評估體系的群眾基礎(chǔ)，在一定程度上提高城市智慧水務(wù)的管理水平。

4.3 突破一批關(guān)鍵技術(shù)

與發(fā)達國家相比，我國在城市智慧水務(wù)系統(tǒng)的研究上還存在著一些技術(shù)方面的差距，例如控制系統(tǒng)的研究，傳感技術(shù)的應(yīng)用還遠遠不及發(fā)達國家的應(yīng)用水平，應(yīng)該說城市智慧水務(wù)系統(tǒng)在未來還有很大的發(fā)展空間，關(guān)鍵是突破一批關(guān)鍵技術(shù)，使城市智慧水務(wù)系統(tǒng)發(fā)揮出更大的作用。

5 結(jié)語

綜上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)的城市智慧水務(wù)系統(tǒng)采用了互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)Τ鞘兴畡?wù)情況進行實時的監(jiān)督，并通過互聯(lián)網(wǎng)傳至PC客戶端。本文探討了水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)的路徑和設(shè)計方案，以供相關(guān)工作人員借鑒學(xué)習(xí)。

參考文獻

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作者簡介：郝志慧（1974-），男，山西忻州人，忻州市水務(wù)（集團）有限責(zé)任公司工程師（一級建造師），研究方向：水廠自動化。

（責(zé)任編輯：小 燕）