智慧水務平臺系統的構建及關鍵技術分析

陳琥

（中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

早在2008年，人類就提出了“智慧地球”概念，隨著信息化時代的深入發展，云計算、大數據和物聯網等高新技術不斷更新，其應用范圍愈來愈廣，越來越多的國家開始對水、電、氣等公共服務資源進行信息化和數字化建設管理，努力改善城鎮居民生活條件，合理分配水電氣等資源。我國是水資源極為緊張的國家之一，如何高效科學地對短缺水資源進行管理分配是我國水務行業的一大痛點。對此，近年來，信息化和數字化的概念與智慧地球概念，催生出了智慧水務的理念。智慧水務云平臺不僅整合了城市的各類資源，加快了智慧型城市建設，也可提升水務行業的綜合競爭力，降低成本，大大減少水資費浪費現象，同時提高城市對供水突發事件的應對能力。

1 智慧水務平臺建設的目標

智慧水務是一種以水務信息系統為基礎，結合傳感器技術、網絡和移動系統構建的智能水務管理系統。智慧水務平臺建設應注重水務工作中的信息化思維邏輯，通過對思維的層次解構與系統分析，構建水務信息化思維模型，其模型思維模型如圖1所示。

圖1 水務信息化思維模型

對智慧水務平臺建設目標進行細化包括以下幾個內容：首先是協同化管理，對城市給排水、水資源保護與利用、防洪防澇等業務進行統一協同管理；其次，實時監控水資源水質、供水管路系統運營、城市用水狀況等信息，以便決策者及時根據實際情況合理調配資源；最后，通過互聯網技術構建門戶平臺，方便社會公眾在線上查詢水務信息，享受線上服務，提升服務水平及水務工作效率，并能通過信息統計為水務業務發展提供參考和建議。

2 智慧水務平臺系統的構建

2.1 系統平臺構成

智慧水務平臺作為綜合性系統平臺，除包含水務日常資源數據外，還包括資源管理、政務管理、應急指揮以及智能決策等相關系統，同時，其規章制度和技術標準規范體系也較為完善。智慧水務平臺總體框架如圖2所示。

圖2 智慧水務平臺總體框架圖

一般來說，智慧水務平臺系統由6個互相關聯、結構分明的層次構成：

（1）基礎設施層：主要是系統基礎設施以及相關軟件設施和硬件設備；

（2）數據層：高度數字化的系統核心，以數據存儲和處理為主，同時，實現了系統內外數據的交換與共享；

（3）服務支撐層：通過整合用戶和服務相關信息，為水務系統信息化建設提供支持；

（4）集成層：對接和整合平臺現有信息系統，構建標準化信息系統；

（5）應用層：通過人機交互實現信息交流和二次開發等應用功能；

（6）業務展現層：負責展現業務系統功能，展現方式主要采用移動端和PC端等。

2.2 系統平臺建設內容

通過智慧水務平臺總體框架可知，智慧水務的主要建設主要分為三部分：整體架構、分系統板塊及綜合監管平臺。

整體架構由五部分組成，首先是可連接水務檢測設備與人工部分的智能感知網，它能及時準確地傳輸實時數據，完善信息采集功能；其次是能整合、存儲和管理各系統及管理部門的各類數據，同時對所有數據進行實時調用、分析和計算的數據中心庫。此外該架構在之前技術基礎上構建了綜合性服務平臺，負責對全系統對數據的整合和處理；另外，為更好地使物聯網、云計算和水務信息進行有效整合，提升水務部分的協同作戰能力和決策支撐能力，系統中建設了相應的業務應用體系；最后基于國家、行業已有標準，結合實際情況編制了新的技術規范。分系統板塊由業務管理、運營管理和輔助決策組成，主要內容由水務全程的職能部門、協調調度系統和風險評估。綜合監督平臺是在已建成的信息化資源基礎上，基于數據訪問權限面向各級用戶進行監督交流，輔助領導決策并提高智慧水務業務管理水平。

3 智慧水務平臺系統的關鍵技術

3.1 物聯網

物聯網技術在智慧水務中主要用于水務信息和水資源管理等方面。在物聯網技術幫助下，可對水務信息進行實時監控和動態采集，同時為智慧水務在技術方面提供了強有力的支撐。此外，物聯網還促使移動通信技術、傳感器等的融合，推動了智慧水務在國家、流域、省三級的網絡建設，使智慧水務真正邁向智能化。

3.2 三維可視化仿真技術

智慧水務中的三維可視化仿真技術是對傳統水務業務的巨大改善，通過該技術能將水務現場以三維方式呈現出來，實現現場信息的空間化和立體化傳輸，使城市給排水、防汛抗旱和水土保持監測等業務更加方便、快捷和準確。

3.3 云技術

云計算是智慧水務建設的重要推動力，是實現各單位信息共享和業務協作的技術基礎。通過云計算可以將各個業務部門的服務器進行連接，整合資源并及時傳輸到水利部門，也能提升水利機房設備計算能力，降低運營成本。同時，云計算可承載更多信息，對各部門所需信息進行針對性處理，并促使智慧水務平臺系統建設邁向標準化、模塊化與規范化。

3.4 智能感知技術

智能感知技術是智慧水務系統平臺構建的基礎技術之一。通過該技術，可以使用多種靈敏探測儀和信息傳感器對城市給排水、地表地下水以及節水等信息進行即時檢測、收集和傳輸，為決策者實時提供一手資料，及時做出決議，最終通過智慧水務平臺實現人類、自然和系統平臺的有效連通。

4 系統實際應用

在“大數據”時代，智慧水務通過及時收集、整合、傳輸數據的功能已成為城市現代化和數字化的重要組成部分，許多城市越來越重視這一平臺系統，有的城市甚至已經開始進行建設和試運營。比如，上海為提高水務系統的管理水平，對資源進行集約整合，在智慧城市的基礎上進行智能水網建設；北京基于建設世界城市的目標，將智慧水務作為智慧城市的重要支撐之一，并制定了相關發展目標；鄭州市智慧水務系統已開始運營，取得了良好的效果。這表明智慧水務將是未來水資源科學發展的新方向。

5 結語

智慧水務平臺系統隨著信息化程度的加大已成為加強水務管理的必然措施，同時也是智慧城市建設的重要支撐之一。在加快城市水務、城市管理和城市運營數字化進程的基礎上加強水務要素數字化和運營信息數據化，推廣智慧水務平臺系統建設已成為各個城市的共識。但同時，我們必須意識到我國智慧水務仍處于初級階段，仍有較多不足亟需改善。未來，在大力發展物聯網、三維可視化仿真技術、云技術和智能感知技術的同時，必須緊跟時代步伐，結合國家新的發展理念，結合我國水資源分布特點和各區域水資源需求特點等因素，統籌長江、黃河以及各河流區域，因地制宜，充分考慮各地區水資源分布與需求，建設具有較好的差異性和合理性的評價體系。在綜合系統性、科學性、穩定性和交叉性的原則上，腳踏實地推動水務行業由信息化向智慧化穩步推進。