物聯網技術在智能水務建設中的應用研究

劉 華

（甘肅省渭源縣水務局，甘肅渭源748200）

隨著智慧城市的興起，城市智能化建設已經成為當前發展趨勢。水務行業與城市發展息息相關，在建設智慧城市中十分重要。在智慧水務建設中，應融合云計算、物聯網、移動互聯網等新興技術，通過搭建應用系統，建設基礎設施以形成初步信息化應用體系，使水務公司可利用無線傳輸挽留過數據采集網，自動監測稅務數據，提高傳輸數據時效性，有效推動水務向可持續水務、現代化水務的發展。

1 智能水務建設任務

在建設智慧城市背景下，建設智能水務勢在必行，需采取新的智能供水思路，通過應用新技術提升水務信息化水平，進而在業務集成、數據整合及智慧應用方面解決水務行業問題。以遵義市為例，為加快高端產業發展戰略部署，推動物聯網發展，立足于區域產業結構優化，轉變經營方式，結合城市實際情況，制定智慧水務發展規劃，項目投資金額800萬元，以響應國家智慧城市建設的號召[1]。

一是構建水務中心。構建集基礎監測數據、地理數據、業務數據為一體的水務中心，建立統一管理標準與數據標準，形成服務接口與數據結構的規范化，便于人員高效采集與應用數據，實現多系統數據整合共享。開放數據標準與接口，統一封裝業務板塊數據與功能，有助于和其他系統交換共享數據，避免產生“信息孤島”。

二是統一業務框架。遵循“集中服務、總體設計、統一管理”的原則，采取統一業務框架構建智慧水務體系，通過一套貫穿水源至水龍頭的全業務管理，規范水廠、原水、管網、漏損控制等模塊建設標準，解決供水各部門業務協調難度高、條塊分割的情況，提升水務管理效率。

2 智能水務系統建設

2.1 系統架構

根據物聯網三層架構原則，智能水務系統可分為傳感層、傳輸層與應用層。一是傳感層。利用傳感器感知物體，包含壓力傳感器、水質傳感器、電壓傳感器、流量計、光纖振動傳感器、電流傳感器、視頻攝像頭、溫度傳感器、智能表具等，從物理量向數字信號轉化，為傳輸中心數據處理提供基礎，該層擁有龐大的數據量，是基礎架構。二是傳輸層。在采集基礎信息后，需將其進行傳輸，應用公用無線網絡及自建有線網絡將數據信息上傳至應用層。三是應用層，該層可接受數據，結合業務特點實現數據展示[2]。如，應用組態軟件展示水生產過程，應用GIS地圖展示管網設備，應用網頁展示用戶功能。而對于智能表具等特殊設備，其具有控制功能，可控制欠費用戶關閥、實現實時扣費等。

上述分層架構嚴格根據物聯網分層構建，各層級分明，完成功能相對獨立，利用相鄰定義兩層通用、統一結構，使人員在對各層進行改、刪、增情況下對于其它層不會造成影響。如，改、刪、增傳感器層的傳感器，不會對傳輸層及應用層造成影響。并且，借助相鄰兩層統一定義結構，實現各層的聯系與協調工作，完成系統整體功能，而不相鄰兩層無法直接調用，該系統擁有低耦合、高聚合特點，降低了系統復雜性。

2.2 部署架構

整體水務系統分為管理調度中心與凈水分廠分中心，前者負責對整個系統集中管理，后者負責對水生產過程進行監控。

2.2.1 間隔 在部署架構中，管理調度中心與凈水分廠中心相隔10 km，為保證兩者數據暢通可靠地交換，在兩者之間構建VPN數據專線[3]。

2.2.2 雙機備熱 整體系統為保證運行穩定性，數據庫服務器、服務器、工作站等關鍵位置均采取雙機熱備模式，確保一機產生故障后能夠無縫切換，無需用戶干預系統仍可正常工作，不會由于故障導致系統中斷或數據流失。

2.2.3 防火墻 系統在連接外部系時，應用防火墻等設置，確保系統安全性。

2.2.4 專用機房 建設與國家標準相符的專用機房，配制UPS不間斷供電設備等，對于關鍵數據庫服務器與應用服務器則選擇知名品牌，確保其質量。

2.2.5 交換機 連接關鍵網絡中應用千兆網絡交換機，確保網絡暢通無阻。凈水分廠設置傳輸監控視頻通道方面，則鋪設了專門的光纖通道，且預留寬帶為后續工作提供支持。

2.2.6 微晶屏 監控中心顯示屏應用微晶屏技術，屏幕應用了特殊納米材料使其色彩更加艷麗、亮度更高，提高了系統顯示效果。

2.3 數據資源共享

在智慧水務建設中，數據管理是重點，通過建設數據中心突破壁壘，保證數據的安全性。此過程中制定統一標準、統一規格、統一格式，開發數據交換共享對外接口，建立長效采集、整理、分類數據的更新機制，恢復和備份體制，保密維護管理辦法[4]。

2.3.1 基礎設施 數據中心應有相應硬件設施，通過網絡硬件、存儲設備、服務器等為整合硬件資源提供支持，且利用物聯網技術采集、傳輸與管理。

2.3.2 數據中心 根據存儲方式不同將數據傳輸至相應主題內，用以提煉數據，通過數據交換為業務提供所需服務。在建設中收集水務歷史數據整理入庫，構建長效收集與整理信息機制，完善供水管網地理信息，建設屬性數據庫與空間數據庫；完善恢復與備份系統，制定數據庫維護更新與來源主體保密等管理辦法，編制管理歸約與系列技術標準；通過現有水務云服務享受相應計算服務、數據服務、GIS、水力模型等軟件服務，提高其業務能力。

2.3.3 支撐軟件 在數據庫建設中，為保證數據庫獨立性與完整性，其結構見圖1。

圖1 數據庫結構

2.4 可視化方法

集成平臺提供WebGIS系統集成，通過服務器與區域空間矢量數據及地理數據項鏈，利用網絡地圖讀取后，即可實現GIS二維地圖集成，且利用地圖控件實現縮放、平移、復位等基本操作。以集成平臺為基礎，即可制定區域二維GIS地圖，交互使用地理信息，實現可視化矢量數據，為水務管理提供地理信息支撐。其主要具有以下功能：

2.4.1 提供構建管網圖形工具箱 以地理空間信息為基礎提供可視化構建區域，且能夠屬性設置窗口添加與設置圖形對象屬性，屬性數據對應數據庫，能夠結合用戶需求及現狀提供水務業務應用。

2.4.2 水務系統呈現圖形化截面 通過鼠標拖動點擊工具欄、菜單欄即可查看各類功能，與Windows操作風格一致。

2.4.3 圖形管理 以拓撲元素代表業務實際應用對象，可編輯圖形元素，包含添加、縮放、刪除、復制、旋轉、粘貼、連接、對齊、移動、粘貼、組合功能。

該系統構建實現了統一管理與界面風格，用戶體驗較好。此過程中，用戶僅需登錄一次即可，單點登錄，按照預先分配角色及權限進入子系統內進行操作，不同子系統相互聯系的同時相對獨立，數據實現共享，以免出現信息孤島。另外，告警系統統一化，集中管理子系統告警功能，架構更加清晰，統一數據分析與查詢功能，便于商業智能分析、數據挖掘，進而為領導決策提供支持。

3 智能水務建設成果

根據上述架構，應用B/S架構即組態軟件技術開發系統，應用效果良好。在管理中心內，以微晶屏技術為基礎的屏幕擁有較高分辨率，無拼接縫，提高了視覺效果，可現實監控終端內容，以此控制軟件任意組合。主界面中能夠查看檢測站點實時壓力及流量變化，以可視化圖形顯示出來，若發生異常，如壓力值或流量超過預設值，則會自動報警。

4 結語

智慧水務建設與智慧城市建設要求相符，通過建設智慧水務，可有效提高水務工作服務能力與管理能力，以此解決信息孤島問題，實現信息共享與信息暢通，利用物聯網技術挖掘數據價值，為決策提供參考，進而創造經濟效益，以推動水務行業進一步發展。