基于物聯網的城市智慧水務系統研究

摘要：基于物聯網的城市智慧水務系統能夠通過互聯網移動物聯網架構的物感網絡，檢測供水系統、污水處理系統以及城市供水管網的設備的工作狀態和環境參數，并分配給相應的工作人員處理，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了資源的合理配置與高效管理。

關鍵詞：智慧水務系統；物聯網；遠程監控；物感網絡；供水系統；污水處理系統 文獻標識碼：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

基于物聯網的智慧水務系統的主要功能，是通過物感網絡感知城市供水排水的情況，并根據人工智能算法實現遠程操控。城市智慧水務系統的建立，除了能夠有效地緩解城市供水壓力不足等問題，還能規避供水服務不規范、二次污染等問題的產生，使城市供水系統逐漸完善，更好地保證居民用水的質量。

1 城市智慧水務系統建設的現狀及目標

1.1 現狀分析

2012年7月，國務院發布了《關于大力推進信息化發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，推廣網格化管理模式，引導智慧城市建設健康發展”。我國在城市水務問題中，部門分割的情況嚴重，已經影響到水務行業的工作效率，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展路徑是基于物聯網、大數據等新時代的高新技術，主要目標在于解決部分城市水源短缺、水污染、洪澇災害等問題，從而在高端技術的支持下，促進城市規劃、建設、管理以及服務的智慧化，從根本上保證人民群眾的生活安全，革新城市水務的基礎設施，促進城市的健康發展。

1.2 城市智慧水務的建設目標

城市智慧水務通過傳感器、移動網絡、水務信息系統的結合，帶動了水務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，為改進水務部門的工作提供了一定的依據。服務便捷化是城市智慧水務系統的重要建設目標，依靠互聯網的普遍性，建立城市水務系統的平臺，從而在與公眾的互動之中，獲取水務方面的信息，發現問題，解決問題。

2 城市智慧水務系統的建設路徑

2.1 智慧水務的總體框架

城市智慧水務系統的總體框架由應用層與用戶層組成，用戶層通常由管理人員、業務人員與公眾組成，為實現信息自動采集、業務集成管理的總體目標，相關工作人員應當從這兩個層次出發，設計出操作便捷，響應速度快的系統平臺，一方面，該平臺拉近了水務部門以及其他部門的業務人員與公眾的距離，通過公共信息門戶平臺，使水務方面的信息能夠得到及時的反饋，從而制定公共事務服務的方案；另一方面，應用層主要為了實現水務業務方面的集成化管理，水務業務方面的管理包括水工安全管理、水生態管理、城市供排水管理、防汛減災管理以及城市水資源管理。

2.2 信息采集傳輸層

物聯網建立在互聯網的基礎上，同時也能實現自動采集與傳輸功能。物聯網顧名思義就是物物相連的互聯網，物聯網的基礎是互聯網的發展與應用，能夠借助網絡設備、數采模塊、現場儀表等實時監控城市的水資源信息，同時物聯網還具有特殊的意義，物聯網的領域被廣泛地延伸到互聯網無法企及的地方，比如智能感知技術、識別技術都是物聯網的關鍵技術，在一定程度上保障了信息采集的運轉通暢。

2.3 數據層

數據層是城市智慧水務系統的核心也是城市智慧水務系統的信息來源，因此為了實現對水務方面數據的綜合分析與運用，建立完整的數據庫、基礎設施尤為重要，數據層能夠通過資源整合，為上層業務的應用提供支撐，物聯網不同于傳統的互聯網，物聯網的產業構成是以應用為先導，在感應技術、移動設備技術的基礎上建立的市場，因此未來的城市智慧水務系統更趨于對水務業務方面的數據進行深入的挖掘，為政府的各個部分，如氣象、國土、建設、交通、環保部門提供具有針對性的服務為主。同時因為物聯網的高效性與針對性，可以在技術不斷成熟之下開展應用市場，與各自的數據庫關聯起來，從而實現信息的集約化管理。

2.4 門戶層

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

2.5 數據管理平臺

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

3 基于物聯網的城市智慧水務系統的設計方案

一般來說，城市智慧水務系統可以分為三個部分：第一部分是服務器部分，負責收集、挖掘并處理信息，是城市智慧水務系統的核心部分；第二部分是各供水廠、污水廠的調度室，主要負責監控加壓泵站、一級水源取水泵站以及污水廠的設備運行狀態，并將泵房的電量參數、軸承溫度、進出水流量、水池液位、水壓、水質等參數記錄下來，通過網絡傳輸到服務器部分；第三部分是城市智慧水務系統的客戶服務端，即城市供水管網，主要負責顯示供水管網的服務壓力、水質、區間流量等實時狀態，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系統的基礎組成部分，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，而水質監測與加氯消毒系統又有各自獨立的控制柜，用于連接水泵、水壓、流量、液位、現場儀表等設備，從而實現對各終端設備的運行狀態進行監控。傳感器的靈敏度決定了控制柜的性能，因此要求相關工作人員積極引進成本低廉、靈敏度高的傳感器，用于水壓、水質監測等工作。一般來說，水泵房管理多為本地管理，部分地區才會引入網絡功能。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一管理，為了方便服務器采集信息，還應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 服務器

服務器是城市智慧水務系統的第二部分，也是整個系統的核心，控制柜在獲取信息之后，需要通過特定的結構，由服務端邏輯處理程序對采集到的原始數據進行解碼與分組，并存入數據庫。服務器通常采用TCP/IP協議，將采集到的信息進行解碼處理，并且將指令發送給PC終端，從而完成了數據的精確傳輸。數據的傳入依靠傳感器的檢測功能，由集合器將數據壓縮后整包推送給服務的終端，并且進行解析、分類，根據城市智慧水務系統設備的制式，重新編制后入庫。相關工作人員應該注意，客戶端時常發來數據查詢的請求，這與數據的響應不同，并沒有通過數據接口，直接入庫，而是通過其他格式反饋到客戶端。因此相關工作人員發現響應請求時，應該及時著手處理，并編制數據格式，從而使接收到的數據能夠按照城市智慧水務系統設備要求的格式，收入到數據庫中。

4 城市智慧水務系統建設應注意的問題

4.1 總體規劃與具體實施階段有不同的側重點

城市智慧水務系統需要分為多個子系統，每一個子系統對應城市水務的重要部分，例如供排水業務就是兩個子系統：一方面，細致的劃分能夠推進各種業務的分工與合作，促進水務部門與其他部分的協同性；另一方面，總體規劃將各個子系統進行統一管理，能夠有效地避免重復建設，在一定程度上規避了不必要的浪費，提高投資的收益。所以相關工作人員應該注意，在進行智慧水務系統建設時應在整個城市總體規劃綱要的指導下進行，要充分考慮城市其他部分的需求，例如環境保護、醫療、交通等方面。

4.2 建立和完善評估體系

優秀的評估體系是城市智慧水務完善的基礎，只有在評估體系的評價與監督下，才能推進城市智慧水務事業更加細化和完善。具體的實施方法，是在城市周邊的城鎮建立試點，在充分實踐的基礎上，應用于城市智慧水務的事業中。引入第三方監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的咨詢平臺，主動接受公眾的監督，增加城市智慧水務評估體系的群眾基礎，在一定程度上提高城市智慧水務的管理水平。

4.3 突破一批關鍵技術

與發達國家相比，我國在城市智慧水務系統的研究上還存在著一些技術方面的差距，例如控制系統的研究，傳感技術的應用還遠遠不及發達國家的應用水平，應該說城市智慧水務系統在未來還有很大的發展空間，關鍵是突破一批關鍵技術，使城市智慧水務系統發揮出更大的作用。

5 結語

綜上所述，基于物聯網的城市智慧水務系統采用了互聯網和移動互聯網構架的物聯網絡，能夠對城市水務情況進行實時的監督，并通過互聯網傳至PC客戶端。本文探討了水務系統建設的路徑和設計方案，以供相關工作人員借鑒學習。

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（集團）有限責任公司工程師（一級建造師），研究方向：水廠自動化。

（責任編輯：小 燕）