智慧水務的探索與實踐-南皮智慧水務建設

◎張敬濤 胡守銀

南皮縣是河北省政府確定的深層地下水嚴重超采區，隨著南皮縣地表水置換項目和江水村村通工程的實施，地下水超采的現象已得到很大的緩解，與此同時新的任務隨之出現，隨著地下供水管網建設速度的加快，供水管網越來越龐大、分散，對供水管網系統高效的監控管理成為管理部門的迫切需求，因此將信息技術與水務系統深度融合的智慧水務建設迫在眉睫。

一、系統技術架構及總體設計

在全國智慧水務信息化發展大方向指引下，對南皮縣農村供水管理現代化進行建設，建成比較完善的農村供水信息基礎設施體系、功能比較完備的智慧供水業務應用體系、統一規范的技術標準和安全可靠的保障體系，進一步完善與農村供水改革發展相適應的智慧水務信息化綜合體系，全面提升信息技術對農村供水日常工作及應急處理的支撐與服務能力，逐步實現南皮縣農村供水管理現代化。

按照“一個平臺、一張圖、一個中心、資源共享、互聯互通、充分利用”的總體思路，對現有業務系統應用整合、進行軟件開發、硬件設備部署集成。

本次主要是以分布式地理空間數據庫為基礎，采用GIS技術、數據庫技術、網絡技術和其它相關信息技術，可以實現各種基礎地理信息、農村供水專題空間信息資源的統一管理、整合、交換和共享，建立跨地區、跨部門的“一站式”協同服務體系，提供網絡化地理信息服務。

南皮縣農村供水平臺架構從邏輯上分為感知層、傳輸層、數據與算法層、應用層和門戶層來組織。系統軟件設計采用分層架構技術。系統架構圖建圖1-1。

圖1-1 系統架構

二、應用系統建設方案

業務應用系統主要包括管網GIS系統、SCADA組態監控系統、抄表營收系統、智慧巡檢系統、視頻監控系統5大系統。

1.管網GIS系統。

智慧供水管網監測可對所管轄片區的供水安全工程基礎設施的信息管理包括：全管線信息錄入，包括主管管線基本信息、支管管線基本信息（管道材質，口徑，接水點位置，閥井位置，壓力、流量、水質等設備安裝位置等）。主要對供水流量、壓力、水質、等監測和監控信息進行采集數據展現，系統中對數據、地圖、等信息的獲取、維護、查詢、統計分析、決策指揮、供水服務提供基礎信息支撐，為安全運行供監控管理保障。

（1）管網GIS平臺。

為了更加科學、準確的進行供水調度工作，提高管理效率和服務質量，規劃建立一套“管網地理信息系統”，擬對供水系統輸配水管道壓力、流量、供水水質情況進行監控，實現供水自動化管理。

（2）分區計量系統。

根據區域管網分布及鄉鎮區域劃分計量區域，并通過管網計量設備對獨立計量區域的水壓、水量、水質進行監測，分析夜間最低流量變化，評估區域漏損狀況，對于異常情況實時報警，為供水公司降漏、降低產銷差工作提供指導性依據。

（3）漏損分析系統。

根據區域管網分布及鄉鎮區域劃分計量區域，并通過管網計量設備對獨立計量區域的水壓、水量、水質進行監測，分析夜間最低流量變化，評估區域漏損狀況，對于異常情況實時報警，為供水公司降漏、降低產銷差工作提供指導性依據。

（4）設施設備管理系統。

對水務公司管網信息、閥門信息、監測點儀表信息等進行分類收集管理。包括：設備編號、設備類型、設備口徑、安裝位置、監測參數、安裝日期、片區等基本信息等導入監測系統，便于后期的管理和維護。

（5）壓力監測系統。

管網壓力上報數據的實時展現，同時可以根據需求設定壓力的上下限，當達到或超過上下限節點時候提供報警。

2.SCADA組態監控系統。

SCADA組態軟件監控系統，支持各種第三方機電設備監控軟件的對接，實現了對水廠、水源地、泵站的設備數據的實時采集和運行監控；系統對數據進行采集處理、存儲、分析，并將有效數據第一時間送到決策人手中，能夠第一時間輔助領導層做出合理的調度方案，達到及時管理現場的目的。

該系統的建設，真正實現了監、管、控為一體的效果。從而大大提升運營效率，節省人工成本。并且當突發事件出現時，現場信息能第一時間傳達給值班人員，從而最大限度的降低了運行風險，確保系統整體安全有序的運行。

（1）智慧水務SCADA監控系統。

根據現場實際情況設計工藝流程，包含總工藝流程圖及水廠工藝流程圖。總工藝流程圖包含水源地、取水端、制水廠、管網、加壓泵站、等節點，實現設備運行關鍵信息監測和遠程、就地控制。水廠工藝流程圖的3D效果至少包含設備、流程、狀態數值信息。

（2）SCADA設備控制。

通過設備控制菜單，管理員可以快速選擇和控制相應設備，并且在畫面中實時顯示設備當前運行狀態。

（3）SCADA設備狀態展示。

通過狀態一覽界面，管理員可以直觀統一的監視各重要設備的運行狀態、運行參數等。

（4）SCADA歷史記錄查詢。

通過歷史記錄查詢界面，管理員可以自定義條件查詢歷史記錄，同時系統自動生成電子表格，提供表格導出和打印功能。

3.抄表營收系統。

抄表營收系統能實現運營公司抄表、收費、檔案等日常業務的精細化管理。系統提供流程化的檔案工單、流程化賬務處理、集成了各種抄表方式、收費方式、嚴格且適應性更廣的開票方式、更加強大的查詢報表功能。其拓展功能還包括區域計量管理、用戶信用度管理、第三方數據管理、動態用戶日志管理等，更加細致有效地對水司營業部門日常業務進行規劃化管理。

抄表營收系統的特點包括：完善的權限控制體系；統一的數據共享平臺；全面的量化考核體系；嚴格的流程管理模式；多種抄表方式的支持；多種計費方式的支持；多種繳費方式的支持等。可以高效便捷實現水費收繳管理，簡化辦理流程，節省時間成本。

（1）檔案管理系統。

對水務局管理的用水戶的入戶登記信息、過戶信息、變更信息、注銷信息等進行分類收集管理。登記新辦理用水戶基本信息，包括：用戶編號、用戶名稱、地址、用水性質、片區等基本信息，以及用水戶的水表基本信息、包括：水表編號、水表類型、表井位置、安裝日期、水表口徑等。

（2）抄表管理系統。

支持手工抄表錄入、IC卡抄表、抄表機抄表、智能抄表機抄表、遠傳集抄器抄表；抄表機支持現場打印水費通知單功能；支持復核抄表和預抄表處理，以評估抄表員的工作情況；支持表冊內、表冊間方便調動。可對每月用水情況進行有效統計和分析，并可與往年同期進行比較分析，生成各種抄表情況清單；能正確處理水表歸零、抄表周期內多次換表水量計算等；對用水大戶支持一月多次抄表。

（3）營業收費管理系統。

支持柜臺收費、自助查詢繳費機繳費、預存收費、第三方批量代扣、代收、托收等多種收費手段；支持預開票處理等方式；系統還支持垃圾費等非營業收入的收取，繳費方式支持微信，支付寶，銀行卡等。

（4）營業收費報表管理系統。

系統按不同分類對收費情況、抄表情況、用水情況進行匯總統計，并且提供經營、考核、預存、票據等類別提供相關報表，滿足營業收費工作的過程和目標管理需求。

（5）營業收費業務設置系統。

系統業務設置如：營業所設置、用水性質管理、水費階梯參數管理等，業務參數設置正確對順利應用系統有著極大的幫助。

（6）異常報警管理系統。

實時故障報警及報警記錄查詢，以更加精細和動態的方式管理整個營收、管理和服務流程。

（7）企業微信公眾號系統。

企業微信公眾號是展示公司信息及辦理部分業務的窗口，通過該窗口客戶可以辦理各項業務，如報裝申請、報修及水費繳納等，方便客戶辦理各項業務。

（8）網上營業廳系統。

網上營業廳是面向千家萬戶的一個以提供網上查詢、業務辦理、企業形象宣傳等作用的企業綜合性信息資源門戶網站。

4.智慧巡檢系統。

智能巡檢系統以GIS地理信息系統為基礎，在基礎空間數據上結合GPS定位，實現對人員、車輛設備的可視化、規范化和網絡化管理，實現資料的信息共享。監控中心的管理平臺系統都會自動的進行處理、分析、統計、制作報表等，給管理者提供一個科學、準確的巡檢信息和查詢依據，同時能大幅提高管理者的工作效率。

（1）巡檢計劃系統。

智能巡檢計劃管理系統以包含計劃管理、巡檢任務、巡檢區域管理、巡檢路線管理等功能。

（2）巡檢監控系統。

查看各個時間段中巡檢人員的巡檢的線路。實時位置上傳，在地圖上展示巡檢在線、離線人員的實時位置；歷史軌跡查詢，可查看巡檢人員的歷史巡檢軌跡；顯示當前時間范圍內的巡檢計劃路線。

（3）巡檢分析系統。

巡檢分析系統是一個智能匯總分析系統平臺，該系統可實時對上報的所有時間類型、數量、通過事件、數量和巡檢中人員的上報時間進行自動的統計和分析，為巡檢管理提供支持。

（4）巡檢設置系統。

包含手持端設置、工作時段管理、計劃類別管理。

（5）巡檢手持終端。

巡檢手持終端功能包含開始巡檢、巡檢查詢、上報登記、工單處理等。

5.視頻監控系統。

視頻監控系統是通過接口開發將現場監控視頻與智慧水務系統有效對接，通過監控點位選擇、實施預覽、錄像回放等方面實現視頻監控展示的系統。

利用視頻監控系統，將地表水廠、集中分水廠、加壓泵站等現場情況傳輸到供水平臺，通過監控畫面更加直觀的觀察設備的運行情況，確保現場安全。實現了水廠、泵站運轉情況的自動化、可視化集中的監測、控制、管理和安全防范的等功能。

三、綜合應用門戶建設

1.支撐平臺軟件要求。

應用支撐層是該項目建設的關鍵層，起到承上啟下的作用，其主要通過成熟的商業軟件將其他業務系統的數據抽取到綜合數據庫中，并在抽取過程中進行數據的清洗、校核、規整，以保障數據的唯一性。同時，支撐層又通過消息中間件將預警信息推送到相關系統，保障數據的及時性，并通過企業服務總線保障數據服務一致性。

應用支撐層主要由以下商用成熟軟件組成，其主要目的是綜合信息服務平臺與綜合數據庫之間的橋梁，以及軟件與軟件之間的聯通工具。其是打通業務壁壘，數據孤島必要條件。

（1）GIS應用平臺。

基于SOA架構的GIS服務器，通過它可以跨企業或跨互聯網以服務形式共享二三維地圖、地址定位器、空間數據庫和地理處理工具等GIS資源，并允許多種客戶端（如Web端、移動端、桌面端等）使用這些資源創建GIS應用。

（2）ETL工具。

ETL作為企業數據集成產品，提供對企業/政府數據的集成及加工、處理、轉換功能。通過ETL用戶可以從不同結構的數據源中抽取數據（Extract），對數據進行復雜的加工處理（Transform），最后將數據加載到各種存儲結構中（Load）。例如實現從多個異構的數據源（不同數據庫、結構化文件等）抽取數據，并加工成統一的數據格式，最后加載到數據倉庫中，供BI等應用使用。

（3）ESB企業服務總線。

ESB是一個全新的符合SOA架構的應用服務整合平臺，提供了企業服務總線（EnterpriseServiceBus，簡稱ESB）功能，基于工業標準，用于構建可管理、可擴展及經濟高效的EAI解決方案。

（4）報表工具。

報表工具是用于水利報表制作及數據填報的大型企業級報表軟件，它提供了高效的報表設計方案、強大的報表展現能力、靈活的部署機制，并且具備強有力的填報功能，配合以全面的用戶權限管理、報表調度功能和交互功能，為企業級統計分析、展現提供了高性能、高效率的報表系統解決方案。

（5）數據庫軟件。

數據庫軟件能將所有數據保存在數據庫中，進行科學的組織，并借助于數據庫管理系統，以它為中介，與各種應用程序或應用系統接口，使之能方便地使用數據庫中的數據。

2.支撐平臺硬件要求。

支撐平臺硬件主要采用租用云服務器，該產品基于高等級數據中心，提供云計算資源及專業服務能力，向客戶提供按需租用的計算資源服務。客戶可以通過自服務門戶便捷地進行主機、存儲、網絡等資源申請、資源管理與監控、快速部署應用，并根據需求動態彈性擴展租用資源，同時提供安全可靠的文件級及系統級備份。并利用本地兩臺已有工控機作為本地服務器，一臺作為云端服務器的數據備份服務器，另一臺作為管理員和操作員工作站。利用原監控中心已設視頻綜合管理系統實現智慧水務管理信息在已有液晶拼接屏上顯示。

云服務器產品具有如下特點：

（1）運營商級保障，安全可靠五星級電信IDC環境，先進的云計算技術架構及國際主流廠商超豪華硬件，冗余配置十萬專業運營團隊7*24小時服務，五星級IDC機房服務保障機制，定期遠程和現場巡檢多級數據備份確保數據安全；

（2）防DDoS攻擊、防火墻聯動防護、SOC日常監控保證網絡安全快速部署、彈性擴展無論一臺還是百臺云服務器，均可即開即用按需動態調整資源分配降低成本、自助管理云主機租用減少固定資產投入，降低運營成本試用、在線開通、管理、監控、部署、修改密碼，一鍵實現文件級、系統級備份。

四、綜合應用門戶建設

南皮縣農村供水智慧化綜合應用門戶提供用戶獲取信息與服務的統一入口，提供信息化平臺的應用發布、內容聚合、用戶協同和權限管理等服務。平臺技術的采用，實現了業務系統展現的模塊化和動態化，方便實現業務系統對單個用戶的個性化定制，提升用戶使用效率。主要為用戶提供單點登陸、角色管理、消息服務、各個業務子系統入口等功能。通過該門戶平臺，用戶可以無縫接入本項目所有業務子系統。隨著接入平臺的業務系統的增多、功能的不斷完善，平臺可為用戶提供更完善的服務。

南皮縣農村供水智慧化綜合應用門戶平臺中目前主要包含5大子業務系統，分別為：管網GIS系統、SCADA組態監控系統、抄表營收系統、智慧巡檢系統、視頻監控系統。平臺門戶為各系統登錄提供統一的入口。

南皮縣農村供水智慧化綜合應用門戶從南皮縣總水廠開始，到分水廠再到鄉鎮加壓站，最終到所有鄉村居民，展示從制水在到送水的情況，可點擊進入任一工作區域，層層獲取數據，從整體全局到細節局部情況，在圖中展現出來。

南皮縣農村供水智慧化綜合應用門戶可為南皮縣農村供水水務管理人員和決策人員提供基于地圖的綜合性展示、查詢、管網巡檢和專題分析的服務平臺，將整合流量監測、壓力監測、漏損監測、水質監測、組態監測、管網、安全生產、巡檢、營收等各子系統的專題數據，結合平臺綜合分專題展示。滿足生產過程調度和指揮的一體化水務運營綜合管控要求，實現供水系統運行智能化、監測自動化、重要環節可視化、信息資源共享化、管理決策智能化、充值繳費多樣化，從而降低供水系統運行成本，增加供水系統調控能力，提高水資源利用效率和供水系統的應急響應能力，保證供水服務水平與社會經濟發展的要求相適應，使水務局達到最優化運營。

通過搭建南皮縣農村供水智慧化綜合應用門戶服務平臺，并對南皮農村地表水廠外網進行升級改造，為南皮縣農村供水管理單位建設統一的辦公內網，并建設辦公自動化綜合管理系統。實現南皮農村供水各個業務科室的統一管理以及對業務的高效處理。

五、結語

該項目的建設是南皮縣農村供水現代化的重要標志，將滿足農村供水生產過程調度和指揮的一體化水務運營綜合管控要求，實現供水系統運行智能化、監測自動化、重要環節可視化、信息資源共享化、管理決策智能化、充值繳費多樣化，從而降低供水系統運行成本，增加供水系統調控能力，提高水資源利用效率和供水系統的應急響應能力，保證供水服務水平與社會經濟發展的要求相適應，使農村供水達到最優化運營，具有重要的社會效益，經濟效益。