城市水環(huán)境智慧水務系統(tǒng)建設探索

摘要：在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等新技術(shù)的基礎上，結(jié)合城市信息化現(xiàn)狀，整合全部涉水資源，從水務業(yè)務應用的實際需求出發(fā)，明確智慧水務建設目標，以“5+3+1”的模式建設智慧水務信息化系統(tǒng)，主要包括5個一整體架構(gòu)（智能感知網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、服務平臺、業(yè)務應用體系、技術(shù)規(guī)范體系）、3大板塊（業(yè)務管理、運營管理、輔助決策）和1個綜合監(jiān)管平臺。

關(guān)鍵詞：智慧水務;廠網(wǎng)一體化;信息化;平臺

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.137

Abstract： On the basis of new technologies such as big data， the Internet of things， cloud computing， artificial intelligence， etc.， combined with the current status of urban informatization， all water resources are integrated. Starting from the actual needs of water business applications， the goals of smart water construction are defined， 5 + 3 + 1 “model to build a smart water information system， which mainly includes five integrated architectures （intelligent sensing network， data center， service platform， business application system， technical specification system）， three major sectors （business management， operations Management， assist decision-making） and an integrated supervision platform.

Keywords： smart water affairs; plant-network integration; informatization; platform

隨著城市化進程的發(fā)展，城市人口快速增多，過度開發(fā)和不合理開發(fā)情況時有發(fā)生，人類的行為破壞了原有的排水路徑和水循環(huán)平衡，帶來一系列水環(huán)境問題。當前，以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能為代表的新一代信息技術(shù)正帶來第三次信息技術(shù)革命，信息技術(shù)逐步在與水務業(yè)務應用和生產(chǎn)運行相融合，使智慧水務建設在技術(shù)層面得到了更為廣泛的支撐。

1 建設目標

智慧水務的目標是圍繞城市廠網(wǎng)一體化聯(lián)合調(diào)度的業(yè)務應用需要，綜合應用地理信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，利用在線監(jiān)測和管網(wǎng)運維數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)平臺、應用平臺為框架，分階段建立和完善對排水戶、管網(wǎng)、調(diào)蓄池、泵站、污水廠等水務基礎設施一體化監(jiān)測、運維、管理和服務平臺，實現(xiàn)“自動化監(jiān)測、實時化調(diào)度、網(wǎng)絡化辦事、系統(tǒng)化管理、科學化決策、規(guī)范化服務”的技術(shù)系統(tǒng)。智慧水務的建設要體現(xiàn)當?shù)靥攸c、技術(shù)先進，業(yè)務與技術(shù)深度融合，實現(xiàn)感知系統(tǒng)化、調(diào)度智能化、決策智慧化和服務個性化化。

2 信息化現(xiàn)狀

（1）水務管理部門各自為政，缺少溝通與協(xié)調(diào)。（2）基礎數(shù)據(jù)缺失較多，監(jiān)測數(shù)據(jù)少。（3）調(diào)蓄池、泵站管理運行調(diào)度的自動化程度不高。（4）未建立廠網(wǎng)一體化聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)，無法控制污水廠、泵站、管網(wǎng)的運行狀態(tài)。（5）資產(chǎn)管理能力差，運行維護效率低。

3 設計原則

智慧水務建設要以水務業(yè)務管理實際需求為導向、業(yè)務應用為核心，提升排水系統(tǒng)的運行效率，實現(xiàn)廠網(wǎng)一體化聯(lián)合運行調(diào)度，提高水務管理的決策水平和應急處理能力，智慧水務的建設過程應遵循以下原則：

3.1 統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一標準

智慧水務建設必須統(tǒng)一規(guī)劃，從廠站網(wǎng)一體化運行的需求出發(fā)，遵循國家相關(guān)信息化標準，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)匯交、數(shù)據(jù)整理、數(shù)據(jù)庫建庫、系統(tǒng)開發(fā)等方面的標準或規(guī)范，開展智慧水務建設。

3.2 需求導向、業(yè)務協(xié)同

以水務運營管理業(yè)務實際需求為導向，保障工程效益的最大化發(fā)揮為目標，合理配置資源、優(yōu)化整合資源，建立統(tǒng)一的技術(shù)支撐體系，加強應用系統(tǒng)支撐業(yè)務需求的集約化建設，降低維護的強度和成本，降低信息安全風險。

3.3 資源整合、信息共享

在現(xiàn)有信息化系統(tǒng)基礎上推進智慧水務建設，統(tǒng)一數(shù)據(jù)資源平臺和統(tǒng)一應用服務平臺的建設，實現(xiàn)平臺集中與共享利用，建立行業(yè)范圍內(nèi)及范圍外的信息共享機制。

3.4 制度保障、安全可靠

需要建立與智慧水務相適應的規(guī)章制度，并通過行政手段確保這些制度的強力執(zhí)行，逐步形成信息共用共享的長效機制，保障系統(tǒng)建設的穩(wěn)步推進。

4 總體框架

開展智慧水務項目建設，需統(tǒng)籌規(guī)劃，集成整合各類空間資源數(shù)據(jù)，并與日常管理、視頻監(jiān)測、應急指揮、資源管理、智能決策、政務管理以及各有關(guān)應用系統(tǒng)對接、支撐。同時，建立相應的規(guī)章制度和技術(shù)標準規(guī)范體系。總體框架如圖所示。

系統(tǒng)建設框架自下而上由系統(tǒng)基礎設施、數(shù)據(jù)層、服務支撐層、集成層、應用層和展現(xiàn)層等6個具有內(nèi)在聯(lián)系、層次結(jié)構(gòu)分明的層次有機組成。

基礎設施層（IaaS和PaaS）：是指系統(tǒng)運行支撐，系統(tǒng)基礎設施包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫以及應用開發(fā)框架、數(shù)據(jù)庫等軟件平臺，以及服務器、存儲設備、電源設備、網(wǎng)絡資源和網(wǎng)絡安全設備等硬件支撐環(huán)境。

數(shù)據(jù)層（DaaS）：是整個系統(tǒng)的核心，包括數(shù)據(jù)的存儲和數(shù)據(jù)的處理，主要是指從現(xiàn)有數(shù)據(jù)資料整理錄入以及管網(wǎng)現(xiàn)有相關(guān)系統(tǒng)中抽取、調(diào)用等方式獲取的，建設綜合數(shù)據(jù)庫，用于支撐和實現(xiàn)相關(guān)管理功能，包括綜合數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)采集入庫、數(shù)據(jù)交換與共享、數(shù)據(jù)庫管理等。

服務支撐層：包括用戶管理和地理信息服務，為一體的信息化支撐平臺，為公司所有信息化建設提供統(tǒng)一、規(guī)范的用戶授權(quán)認證和地理信息服務支持。

集成層：包含微服務、門戶及資源目錄。利用微服務，可對用戶單位現(xiàn)有的各信息系統(tǒng)進行對接和整合，構(gòu)建真正符合SOA規(guī)范和標準的信息系統(tǒng)。

應用層（SaaS）：業(yè)務應用層通過人機交互的方式提供相關(guān)功能，面向應用，結(jié)合用戶在各項工作上具體需求而定制開發(fā)的功能。

業(yè)務展現(xiàn)層：負責展現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)功能，主要分為大屏、移動端、PC端等展現(xiàn)方式。

安全保障體系：在信息安全體系架構(gòu)下，確保系統(tǒng)應用安全、數(shù)據(jù)安全。

標準規(guī)范體系：制定符合實際業(yè)務工作的數(shù)據(jù)維護及IT管理等規(guī)范。

5 建設內(nèi)容

根據(jù)智慧水務系統(tǒng)平臺總體設計框架和城市信息化發(fā)展現(xiàn)狀，智慧水務主要建設內(nèi)容可以概括為“5+3+1”，即5個一整體架構(gòu)、3大板塊、1個綜合監(jiān)管平臺。

5.1 五個一整體結(jié)構(gòu)

通過對城市水務業(yè)務的梳理，按照智慧水務總體框架搭建5個一智慧水務整體架構(gòu)。

5.1.1 一張智能感知網(wǎng)建設

通過液位、流量、水質(zhì)、雨量、視頻等設備，采用在線監(jiān)測與人工檢測相結(jié)合的方式，建立涵蓋源、網(wǎng)、廠、河、湖一體化的智能監(jiān)測網(wǎng)絡，完善信息采集，提供準確、實時、有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建城市智慧水務智能感知網(wǎng)。

5.1.2 一個數(shù)據(jù)中心建設

數(shù)據(jù)中心建設包括數(shù)據(jù)采集、整理、生產(chǎn)、處理、建庫和備份等一系列過程，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)字典，從水務設施管理、水務運行管理、及水務設施的養(yǎng)護管理等各類數(shù)據(jù)的存儲與管理要求出發(fā)，依據(jù)“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一設計、數(shù)據(jù)共享”的基本原則，建立水務數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)實時調(diào)用、處理、分析計算和顯示。

5.1.3 一個服務平臺建設

基于智慧水務智能感知網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建一體化綜合應用服務平臺，實現(xiàn)水安全、水資源、水環(huán)境、水生態(tài)的智能感知、監(jiān)測預警，主要包括工程管理、智能感知、排水管網(wǎng)管理、河道監(jiān)管、應急預警、污染源應急、廠站網(wǎng)運維和水資源信息綜合查詢和檢索。

5.1.4 一套業(yè)務應用體系建設

智慧水務應用體系利用地理信息、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術(shù)，覆蓋防汛安全、水資源管理、水環(huán)境綜合整治等水務業(yè)務內(nèi)容，提升水務各級管理部門業(yè)務協(xié)同能力和決策支撐能力，主要包括設施資產(chǎn)管理、防汛排澇預警、污水廠智慧化運行、管網(wǎng)設施巡檢、廠網(wǎng)一體化聯(lián)動調(diào)度、河湖水環(huán)境監(jiān)測。

5.1.5 一套技術(shù)規(guī)范體系建設

在國家、行業(yè)相關(guān)標準的基礎上，結(jié)合智慧水務信息化需求的實際情況，編制應用開發(fā)類、專項類、數(shù)據(jù)資源類、基礎設施類、信息安全類和工程建設管理類規(guī)范體系。

5.2 三大板塊

5.2.1 業(yè)務管理

業(yè)務管理主要流程圍繞水安全、水環(huán)境和水資源三大領域，覆蓋政策法規(guī)、行政執(zhí)法和應急管理等職能。

5.2.2 運營管理

運營管理主要以資產(chǎn)模型、設備臺賬為基礎，通過調(diào)度系統(tǒng)對所有廠站生產(chǎn)過程中的各個工藝環(huán)節(jié)進行集中監(jiān)視，協(xié)助維護單位建立各類巡檢養(yǎng)護計劃，并落實到責任主體，包括設備管理、廠站網(wǎng)運行監(jiān)控、巡檢管理、綜合信息管理。

5.2.3 輔助決策

輔助決策主要基于城市的水環(huán)境仿真模型和大數(shù)據(jù)分析等智慧化應用系統(tǒng)，對水環(huán)境進行模型分析預測，對污水廠、調(diào)蓄池運行進行模型仿真，制定聯(lián)合調(diào)蓄智能運行方案，包括廠站網(wǎng)聯(lián)合調(diào)度、污染源溯源、災害預警、應急指揮等。

5.3 一個綜合監(jiān)督平臺

基于大數(shù)據(jù)分析，整合業(yè)務應用，依托現(xiàn)有信息化建設資源，采用面向服務的體系架構(gòu)構(gòu)建智慧水務綜合監(jiān)管平臺，實現(xiàn)多業(yè)務系統(tǒng)的業(yè)務集成、可視化展示、綜合監(jiān)管、應急指揮管理和領導輔助決策。并通過政務網(wǎng)向智慧水務提供面向各級用戶的基于數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的業(yè)務應用，滿足智慧水務業(yè)務管理需求。

6 結(jié)束語

智慧水務系統(tǒng)能夠加強排水管網(wǎng)資產(chǎn)監(jiān)測管理能力，加強排水管網(wǎng)日常精細化養(yǎng)護管理，優(yōu)化運營調(diào)度，增強城市排水防澇的預警預報和應急處理能力。但是，智慧水務項目的建設，要充分認識城市水務信息化基礎設施十分薄弱的現(xiàn)狀，在切實做好水務要素數(shù)字化，運營信息數(shù)據(jù)化的基礎上，從各城市水環(huán)境綜合治理的實際需求出發(fā)，腳踏實地，做好規(guī)劃，逐步由信息化向智慧化穩(wěn)步推進。

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收稿日期：2019-12-21

作者簡介：孔祥文（1978-），男，漢族，碩士，中級，研究方向為智慧水務研究與應用。