基于云技術(shù)的城市二次供水實時監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng)探析

郭晶晶，穆冬靖

（1.天津市龍網(wǎng)科技發(fā)展有限公司，天津 300181；2.海河水利委員會科技咨詢中心，天津 300170）

隨著我國高層建筑的不斷增多，二次供水在城市供水中的比重越來越大。二次供水作為高層用戶供水的“最后一公里”，由于建設(shè)和管理多元化、監(jiān)管職責(zé)不明晰、運行維護責(zé)任不到位，存在較大的安全隱患[1-3]?！抖喂┧こ碳夹g(shù)規(guī)程》（CJJ140-2018）針對二次供水水池（箱）的清洗消毒和水質(zhì)檢測要求為每半年一次，無法實時地掌握水質(zhì)情況。

針對該問題，多地的供水管理、衛(wèi)生監(jiān)督等部門在部分小區(qū)建設(shè)了二次供水水質(zhì)在線監(jiān)測試點，開發(fā)了信息管理系統(tǒng)[4，5]，提升二次供水的水質(zhì)安全保障水平。此外，根據(jù)國家加強和改進城鎮(zhèn)居民二次供水設(shè)施建設(shè)與管理的政策性指導(dǎo)意見，供水企業(yè)逐步接管二次供水設(shè)施成為大趨勢，莊仲輝等人對供水企業(yè)二次供水管理系統(tǒng)的建設(shè)需求進行了探析[6]，李霞對智慧水務(wù)背景下的二次供水發(fā)展進行了分析[7]。但以上均未涉及二次供水的用戶，市民對二次供水普遍缺乏了解，當發(fā)現(xiàn)水質(zhì)問題時，往往歸咎于自來水公司，而不清楚身邊的安全隱患，社會監(jiān)督更無從談起。智慧社區(qū)的發(fā)展為居民參與社區(qū)二次供水管理提供了可能，但大多數(shù)社區(qū)缺少建設(shè)信息化系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境。

本文提出基于云技術(shù)服務(wù)于社區(qū)的二次供水實時監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng)，社區(qū)無需購置服務(wù)器等軟硬件環(huán)境，通過租賃服務(wù)使用平臺，為各社區(qū)的二次供水設(shè)施管理單位和居民及時掌控二次供水泵房和水質(zhì)水壓狀況、了解二次供水相關(guān)知識提供技術(shù)手段，促進全社會對二次供水安全的關(guān)注和監(jiān)督。

1 實時監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng)組成

二次供水實時監(jiān)控及預(yù)警系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、云服務(wù)平臺三部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)采集

通過水質(zhì)、水壓監(jiān)測儀，實現(xiàn)pH、濁度、余氯、總有機碳TOC等水質(zhì)參數(shù)和出水水壓的在線監(jiān)測；通過PLC，采集水泵等實時工況信息，實現(xiàn)對水泵的現(xiàn)場控制和遠程控制；通過視頻監(jiān)控設(shè)備，采集泵房實時圖像、視頻；通過紅外感應(yīng)報警器，采集人員闖入報警信息。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸

各監(jiān)測點的監(jiān)控設(shè)備通過GPRS網(wǎng)絡(luò)、3G/4G網(wǎng)絡(luò)或光纖寬帶，將采集的信息發(fā)送到二次供水水質(zhì)實時監(jiān)測云服務(wù)平臺數(shù)據(jù)接收中心站。

數(shù)據(jù)接收中心站的數(shù)據(jù)接收處理軟件把接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過初步處理存入數(shù)據(jù)庫，并對自動測報的信息進行匯總。

1.3 實時監(jiān)測云服務(wù)平臺

利用數(shù)據(jù)接收中心站接收的監(jiān)測信息，提供服務(wù)器集群、存儲設(shè)備、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、虛擬化軟件等基礎(chǔ)環(huán)境及云服務(wù)管理系統(tǒng)、用戶管理等基礎(chǔ)應(yīng)用，將二次供水相關(guān)資源進行統(tǒng)一監(jiān)控、虛擬環(huán)境準備、虛擬化資源動態(tài)配置等，并將社區(qū)供水門戶、社區(qū)供水App、社區(qū)管理系統(tǒng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用部署在云端，為二次供水設(shè)施管理單位、社區(qū)居民提供業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2 實時監(jiān)測云服務(wù)平臺

2.1 數(shù)據(jù)接收中心站

通過數(shù)據(jù)接收服務(wù)器，提供數(shù)據(jù)接收處理軟件安裝環(huán)境；通過數(shù)據(jù)接收處理軟件，完成數(shù)據(jù)接收處理和對監(jiān)測站的遠程控制，利用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)監(jiān)控信息的存儲。

2.2 基礎(chǔ)環(huán)境搭建

搭建基礎(chǔ)環(huán)境，為上層應(yīng)用提供軟硬件環(huán)境支撐，主要包括服務(wù)器集群、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、虛擬化軟件、存儲設(shè)備等。

（1）服務(wù)器集群。利用機架式服務(wù)器做服務(wù)器集群。

（2）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。帶內(nèi)置數(shù)據(jù)復(fù)制的冗余存儲，可保護數(shù)據(jù)免受硬件故障的影響。實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署、配置和安裝補丁程序的自動化操作。利用數(shù)據(jù)庫管理軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，提供數(shù)據(jù)的增加、刪除、查詢等功能。

（3）虛擬化軟件。利用虛擬化軟件實現(xiàn)云平臺同時運行多個操作系統(tǒng)，并且應(yīng)用程序可以在相互獨立的空間內(nèi)運行而互不影響，從而顯著提高計算機的工作效率。

（4）存儲設(shè)備。提供云塊存儲，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲、備份，使頂層業(yè)務(wù)應(yīng)用持續(xù)實現(xiàn)高性能。為應(yīng)用系統(tǒng)提供可靠輸入、輸出，根據(jù)業(yè)務(wù)需要提供快捷、高效率的存儲功能。

2.3 虛擬化功能

提供云端軟硬件設(shè)施的集中管理、規(guī)劃和控制，支持統(tǒng)一的部署策略，優(yōu)化資源利用率，實現(xiàn)不同用戶對物理資源需求的邏輯部署?；谔摂M化技術(shù)，云服務(wù)平臺實現(xiàn)應(yīng)用定義、服務(wù)管理、集群管理以及物理機-虛擬機管理等功能。

2.4 系統(tǒng)資源管理系統(tǒng)

系統(tǒng)資源管理系統(tǒng)為不同上層業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)用戶提供平臺虛擬化資源分塊功能。在云服務(wù)平臺接收到服務(wù)請求后，系統(tǒng)資源管理系統(tǒng)調(diào)配平臺相應(yīng)的計算、存儲資源、運行環(huán)境等資源，并提供具有合適性能指標的云服務(wù)。

2.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用

利用云平臺提供的分塊邏輯資源環(huán)境，構(gòu)建業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，包括服務(wù)于社區(qū)居民的社區(qū)供水門戶、社區(qū)供水App，為社區(qū)居民了解社區(qū)水質(zhì)、水壓狀況和二次供水相關(guān)知識、在線反饋問題提供平臺；服務(wù)于社區(qū)二次供水設(shè)施管理單位（物業(yè)公司、供水企業(yè)等）的社區(qū)供水管理系統(tǒng)，為管理單位實時監(jiān)控社區(qū)二次供水狀況、管理社區(qū)供水事務(wù)提供手段，并對社區(qū)供水門戶和社區(qū)供水App的內(nèi)容和用戶進行維護。

（1）社區(qū)供水門戶為社區(qū)居民提供社區(qū)二次供水設(shè)施基本信息，二次供水水質(zhì)、水壓監(jiān)測信息，停水通知、清洗消毒結(jié)果公示及二次供水知識。此外，提供問題反饋、社區(qū)供水App下載、設(shè)置等功能。

（2）社區(qū)供水App是社區(qū)供水門戶的移動客戶端版本，方便居民隨時隨地了解社區(qū)二次供水信息。此外，通過云服務(wù)平臺服務(wù)器消息推送服務(wù)還可向App推送消息。

（3）社區(qū)供水管理系統(tǒng)面向社區(qū)的二次供水設(shè)施管理單位，實現(xiàn)以下功能：①水質(zhì)水壓監(jiān)測。實時顯示社區(qū)二次供水水質(zhì)、水壓監(jiān)測信息，實現(xiàn)水質(zhì)超標、水壓過低、水箱（池）清洗消毒等預(yù)警和歷史監(jiān)測信息查詢功能。②視頻監(jiān)控及紅外報警。提供實時視頻監(jiān)控信息的展示和視頻記錄查看功能，提供紅外報警提示和報警記錄查看功能。③設(shè)備工況。提供水泵、電動閥門等實時工況信息的展示和記錄查詢功能，實現(xiàn)緊急情況下的水泵、電動閥門的遠程控制。④通知公告維護。即時發(fā)布停水通知、清洗消毒結(jié)果公示等通知公告。⑤用戶管理。對社區(qū)供水門戶和社區(qū)供水App的用戶進行實名制管理和維護，包括增加、刪除用戶和用戶信息修改。

3 結(jié)論與展望

本文提出服務(wù)于社區(qū)的城市二次供水水質(zhì)實時監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)，為社區(qū)居民及時掌握和監(jiān)督社區(qū)水質(zhì)狀況提供技術(shù)手段，為管理單位實時監(jiān)控社區(qū)二次供水泵房和水質(zhì)水壓、及時清洗消毒、避免水污染事件提供技術(shù)手段，促進全社會對二次供水安全的關(guān)注和監(jiān)督，同時為二次供水監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的思路和商業(yè)推廣模式，未來可與其他智慧城市、智慧社區(qū)產(chǎn)品整合。