智慧水務新構想

高維娜 楊旭升

摘 要：隨著IBM“智慧地球”的提出和物聯網應用模式的日趨完善，“智慧水務”的新構想應運而生。文中闡述了“智慧水務”發展建設的必要性，提出了一種新構想，即“感”、“控”、“享”三個方面，并對其進行了詳細介紹。同時，文中為未來智慧水務建設提供了一定的參考，并利用云計算、大數據服務，為“智慧水務”的實現提供了可能，使水務系統更智能化。

關鍵詞：智慧水務；物聯網；大數據；智能控制

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

多年來，中國水資源質量不斷下降，水環境持續惡化，已經嚴重威脅到了社會的可持續發展，也威脅到了人類的生存。2014年4月17日，國家發改委召開了全國“十三五”計劃，其中，張高麗強調必須要堅持綠色循環低碳發展，扎實推進生態環境保護，打好大氣、水、土壤污染防治“三大戰役”，建設天藍地綠水清的美麗中國。水污染可分為兩個大類，即自然污染和人為污染。目前人為污染對水體危害較大，它包括工業污染，農業污染和生活污染。“智慧水務”新構想是基于IBM之前提出的“智慧地球”方案，所謂“智慧水務”是指通過數據采集、傳輸等傳感設備實時感知城市供排水系統的運行狀態，并采用可視化方式有機整合水務管理部門與供排水設施，形成“水務物聯網”。同時利用IT和大數據服務系統幫助水務系統做好各類污水處理，實現最佳管理狀態，提升運營效益，通過系統的監測、信息采集分析，使水務系統運行更加可靠安全，更加“智慧”[1]。

1 “智慧水務”新構想

本文將從“感”、“控”、“享”三個方面詳細介紹“智慧水務”的新構想。

1.1 “感”

“感”即感知層。水務系統需要采集各類事實數據，例如雨量站、水文站、需要主要供水主干管的pH值、壓力、濁度及總氯，污水處理系統需要水質數據COD、氨氮、HP、總磷等[2]。系統通過信息識別、信息感知、位置定位、通信技術進行處理，這一系列技術的詳細過程如圖1所示。

1.2 “控”

這里 “控”指的是智能控制系統，即實現水務系統的實時狀態監控的全自動化。本文以某企業的污水處理廠為例進行分析。污水處理廠可采集的數據主要包括出口COD、氨氮、HP、總磷、流量等，但不同污水處理廠使用的PLC/DCS品牌型號不一，通信方式也不同，再加上水質分析儀表的品牌及接口類型不同，使數據采集的技術難度較大。“智慧水務”整合了水力模型、供水管網地理信息系統（GIS）、管網壓力實時監控系統（SCADA），可針對西門子、AB、施耐德、三菱等系列PLC和愛默生、新華、霍尼韋爾等實現DCS數據采集通信，以及與RS 485、MODBUS等總線接口通信并通過Internet、GPRS等進行遠程通信。具體的控制系統如圖2所示。

“智慧水務”是全自動控制的，具有先進性的控制模型，其可使系統處理流程緊湊合理，保證調節過程最優化，相應工序能耗低，處理效果好。該系統可進行遠程運行控制、遠程故障分析解決，通過遠程控制處理現場故障，指導現場操作人員操作，提高管理效率。同時完善數據采集和監控系統（SCADA），提高設備運行的安全性，降低工藝設備故障停機次數，降低人工成本，減少耗材與運行材料費用成本，從而很大程度上降低營運成本[3]。

1.3 “享”

“十三五”計劃要求堅持公平包容、共建共享，這里提到的“享”即共享數據資源。數據數量大且分散性強，數據之間是不完全獨立的，但卻對公司、用戶和社會經濟有巨大價值。從環保角度來講，雖然可查詢的公益環保數據越來越多，包括全國氣象、水文、工廠分布及污染排放達標情況等數據，但這些數據太分散、太專業、缺少分析、沒有可視化，普通人難以理解。若要使大眾看懂并保持關注，真正地惠及民生，則要利用目前蓬勃發展的云計算、物聯網和大數據技術，它將成為社會監督環保的重要手段。大數據是指對大量的、種類各異的、來源復雜的數據進行發現、存儲、計算、分析和處理[4]。所以，大數據包括兩部分，首先，它涉及的數據量大；其次，還包含了對數據的處理方法和分析的理論和技術。

“智慧水務”中的“享”可以從以下幾個具體的方面考慮：

（1）數據共享及交換平臺。該水務物聯網系統和數據分析處理系統在飲水安全監測、水文監測及預警、地下水監測、污水處理排放、防汛抗旱、山洪災害監測及預警、水資源信息等多方面實現了平臺整合，依賴云計算將對采集到的海量數據進行整合、管理、存儲，提高水務生產質量，改善運營管理模式，同時對整個物聯網提供計算服務，目的是實現預測、決策，利用傳感網絡的反向控制來控制物聯網中事物的發展進程和運動過程，對全局狀態有更準確的把握，以更加合理、精細和動態的方式管理水務系統的生產、服務管理流程[5]，從而達到“智慧水務”的目標。例如，通過網絡平臺建成視頻監視點，并通過共享部門視頻資源，對中型水庫、重點海堤、特區內主要河道和某些易澇易浸點進行實時監控。

（2）建立新服務模式，提升用戶體驗。通過“智慧水務”綜合平臺惠及民生，除了通過銀行劃賬和親臨營業廳繳費之外，用戶還可自由選擇支付寶、翼支付、京東錢包客戶終端等多種方便快捷的繳費方式。同時引入微信平臺，水費繳納、停水通知、水質公告、水價信息、水費查詢、投訴建議等都可通過各個官方微信發布。

（3）開發大數據應用軟件。香港《南華早報》根據中國環境保護部發布的官方數據，繪制了2014年中國空氣污染地圖，它包含161個城市幾近完整的空氣質量指數（AQI）水平和主要污染物。水務系統中也可以利用相同的方法開發軟件，如水質污染圖、污水排放處理圖等。這些軟件要實現完全 “可視化”，以方便群眾查看并可實時分享到社交媒體平臺。要加大大數據價值挖掘的廣度和深度，將不同部門不同類型的大數據關聯起來，如環保、衛生、經濟、交通、氣象數據等。這才是“智慧水務”的特點，也是最困難最復雜的部分[6]。

2 結 語

現如今，城市發展受到有限能源、資源減少、人口劇增等條件的限制，而發展又離不開水資源，“智慧水務”的核心是改善水質量、水工業以及分配水資源，它以一種更智慧的方法利用新一代信息技術，即物聯網、大數據、云計算等來優化水務系統，改良水處理工藝過程，改善與人們的交互方式。“智慧水務”將以準確的感知、先進的智能化和廣泛靈活的交互方式促進生態系統的互動發展，并通過使用先進信息技術改善商業運作和公共服務，構建“智慧水務”運行模型將有助于推動智慧地球的實現。

參考文獻

[1] 王燕平.施耐德電氣：智慧水務，善用其效[J].自動化博覽，2015（7）：47-48.

[2] 田雨，蔣云鐘，楊明祥.智慧水務建設的基礎及發展戰略研究[J].中國水利，2014，20（1）：14-17.

[3] 張小娟，唐錨，劉梅，等.北京市智慧水務建設構想[J].水利信息化，2014，2（1）：64-68.

[4] 王元卓，靳小龍，程學旗.網絡大數據：現狀與展望[J].計算機學報，2013，36（6）：1125-1138.

[5] 韋川.湖北武漢市推進水務信息化建設問題及對策分析[J].中國防汛抗旱，2013，23（4）：7，27.

[6] 邵長恒，孫更新.物聯網原理與行業應用[M].北京：清華大學出版社，2013.