基于物聯網技術的智能供水監管系統標準化構建

摘要：為了實現精細化用水監管，針對目前城市供水監管的現狀，文章基于物聯網技術構建了高效、便捷的智能供水監管系統，闡述了系統的標準化構建邏輯、子系統設計及應用特點，為城市供水監管提供了新思路和標準。

關鍵詞：物聯網；供水監管；漏損控制；云計算；節水

中圖分類號：TP391.4;TV-9文獻標志碼：A

0引言

供水管網是城市運行的“血脈”，在城市中的地位具有不可替代性。但是在實際的工程應用中，供水質量受管材材質、地面重物擠壓等影響較大，容易出現“跑、冒、滴、漏”等不良現象。相關研究數據表明，我國城市供水管網平均漏損率約為18%，部分地區為35%以上［1］，這造成了水資源的極大浪費。目前，供水管網流量與壓力監控主要以數據采集與監視控制（Supervisory Control And Data Acquisition，SCADA）系統為主［2-3］，但是由于標準不統一、大數據處理效果差、數值不夠精確等原因，不能對供水管網實現全面化、信息化的有效監控。本文提出了基于物聯網技術的智能供水監管系統，期望能為城市節水及用水提供更加科學化、精細化、信息化的思路。

1智能供水監管系統構建標準

結合城市供水管網的應用需求，本文基于物聯網構架建設形成集成管理平臺［4］，使各種不同的監測設備無縫接入系統平臺，組成完整的智能水務管理系統。本系統以B/S架構為骨骼進行設計，以甲骨文的Java語言為系統構建的基礎，借助B/S開發常用框架Struts2、Spring3、Hibernate4組建系統平臺，可與其他能源監測系統進行兼容，并利用IDEA開發平臺，通過MySQL進行數據存儲。智能供水監管系統主要分為4層：視圖層展示界面輸出、控制層負責請求控制、業務層負責業務邏輯處理以及持久層處理數據存儲［5］。同時，系統發送PC端、手機端報告，能精確、有效地實現用水把控?；谖锫摼W技術的智能供水監管系統結構如圖1所示。

2智能供水監管系統子系統設計標準

智能供水監管業務訴求咨詢模塊100包括信息監控采集子系統110［6］、實時數據分析子系統120、計劃管理供水用量子系統130、水表管網關系圖子系統140和全生命周期運維子系統150，不同子系統又下設細分模塊，實現精細化管理。智能供水監管系統子系統如圖2所示。

2.1信息監控采集子系統

信息監控采集子系統110通過多種傳感器采集各管理區域內水表點位的實時數據，實時數據分析子系統120可以準確接收相關數據。系統管理區域可以依據經驗進行劃分。信息監控采集子系統110包括流量監測傳感器、壓力傳感器等。通信模塊用于將智能數據采集器采集到的各管理區域的用水量和管道內壓力，通過無線或有線的通信方式發送給實時數據分析子系統120。

2.2實時數據分析子系統

實時數據分析子系統120依據接收到的實時數據對各管理區域的耗水進行統計分析，得出各管理區域的多維度的用水分析結果。在實際應用過程中，該實時數據分析子系統120還可以通過海量數據庫對管網狀態及用水情況進行預測，支持其他能源數據接入進行大數據分析。

2.3計劃管理供水用量子系統

計劃管理供水用量子系統用于管理各個管理區域的用水計劃值，并基于用水分析結果向用水超過用水計劃值的管理區域的相關人員發送用水異常報警。當用水超過計劃值，系統將會通過郵箱向相關人員發送用水異常報警。

2.4水表管網關系圖子系統

基于用水分析結果，水表管網關系圖子系統140既能夠提供各管理區域的管網關系圖，又能夠顯示各管理區域的用水量及用水計劃值。通過繪制單位管網關系圖，系統在線查看了解單位管網信息；科學、準確地了解每個用水點位的使用狀態，及時發現相關用水異常，并做出迅速反應。

2.5全生命周期運維子系統

全生命周期運維子系統150包括項目信息查詢模塊、水表信息查詢模塊、用水報表查詢模塊和運維記錄查詢等模塊。項目信息查詢模塊用于查詢各類供水項目的基本情況；應急處理模塊用于記錄突發事件的處理信息，方便客戶查詢施工單位對項目應急問題的處理情況；業務訴求咨詢模塊用于為客戶提供供水方面的各種咨詢服務。

2.6管理后臺子系統

管理后臺子系統160主要面向管理員運營，方便系統管理者對各類子系統進行維護及用水業務管理等。

3智能供水監管系統應用標準

3.1精準用水點位，明晰用水趨勢

智能供水監管系統平臺首頁顯示地圖信息、當前日/周/月總用水量的數據信息，可查看重要的用水量數據。地圖上對用水點位進行位置標記，可以通過系統獲取當前監測點位的用水量及變化情況；在顯示的同時可以進行計算和相關處理。用戶可以通過類似于用水流程圖監控的界面了解用水的流量以及動態變化情況。

3.2智能數據分析，及時異常報警

在線數據分析功能的基本能力包括在對象模型中建立組織結構和設備模型，并以此為基礎進行關鍵區域或設備的耗水統計和分析，采用多模型視角可從不同維度進行用水量的分析。用水異常報警用于實現通信報警和數據報警2個方面的功能，主動監控設備情況是否穩定，保證設備數據穩定性。

3.3統一報表管理，智能節水管理

系統支持用水報表輸出，包括但不限于針對各類其他水質的歷史數據進行分析，客戶可以自定義選擇篩選條件，按照個性化需求以“日/月/年”或自定義時間為輸出，并支持導出、打印成多種報表格式，實現用水的可視化管理；通過智能節水功能，可設定每月的用水計劃值，當用水超過該計劃值，系統將會通過郵箱向相關人員發送用水超量報警。

3.4在線水平衡觀測，全生命周期服務

在線水平衡功能可實時查看單位內部用水平衡情況，及時發現管網漏損點，提升用水管理水平。全生命周期管理功能主要記錄了項目開展全過程的信息，用戶可簡單快捷地選取項目相關的信息進行查詢，為用戶的長效運行管理提供有力保障。通過智能水表二維碼身份證，使智能水表及用水管理更加科學化，提升了用水的精細化管理水平，實現安裝水表的可持續、可追溯管理，增加了互動性和趣味性。

4結語

通過物聯網連接水表等用水設備，本文改變了以往粗放式的用水監管模式，實現了科學化、智能化用水管理，其優勢主要體現在以下幾個方面。

4.1實現用水的精細化管理

智慧用水管理系統通過智能節水管理，將單位的用水大計劃劃定到各樓宇的用水小計劃，制定各樓宇的用水關鍵績效指標（Key Performance Indicator， KPI），高效、便捷地對用水進行監管。結合系統的動態化監測功能，系統可以形成特定的動態水力模型，若管網出現異常滲漏等現象，系統可以實現精準點位定位，并借助移動端進行用水警報。所建模型對節約水資源、提升動態化水網管理水平具有重要意義，有利于進行管網漏損風險評估，并做出相應預判。

4.2有效挖掘用水潛力

人工抄表獲取數據慢且耗費時間，而借助大數據分析，可以批量處理龐大數據，挖掘用水數據信息，釋放用水潛力。本文通過多維度用水模型進行全面分析，輔助用水決策，可以有效地推動水務工作的量化及預測。智慧用水管理系統可以通過移動終端采集單位的用水數據，解決了現場跟表、抄表的煩瑣工作，提升了管理人員的工作效率。

4.3實現“3A”用水管理

智慧用水管理系統可以實現“3A”用水管理，即相關管理人員可在任何時間（Anytime）、任何地點（Anywhere）獲取用水數據的任何數據（Anything）。系統能夠實現方便、快捷的用水化管理，擺脫了以往陳舊的監控模式。管理人員可隨時隨地進行用水管網的監測，并可以快速響應異常問題，更加輕松有效地實現用水監管，從頂層設計的層面，實現了用水的科學化管理。

參考文獻

［1］陳彬，朱臻濤，張翔.基于物聯網的供水管網智慧運維系統設計［J］.現代信息科技，2020（10）：171-175.

［2］KARA S K I E M. Real time monitoring and control in water distribution systems for improving operation efficiency［J］. Desalination and Water Treatment，2015（25）：11506-11519.

［3］戴婕，張東.上海市供水管網信息化平臺構建與應用［J］.給水排水，2015（12）：104-107.

［4］信昆侖，陶濤，李樹平.人工智能技術在供水行業中的應用與展望［J］.給水排水，2019（12）：1-3.

［5］陶相婉，梁濤，王洪臣.大數據在我國城市供水全過程監管領域的應用展望［J］.給水排水，2019（4）：134-139.

［6］鄧海生，董佐軍，吳強.基于物聯網技術的供水信息系統設計與實現［J］.電子設計工程，2011（19）：11-15.

（編輯沈強編輯）

Construction of intelligent water supply supervision system based on"Internet of Things technology

GU" Yusi1， YU" Xiaoyu1， DING" Hao1， DU" Jiaqiang2

（1.Comprehensive Affairs Management Center of Taihu Basin Authority， Shanghai 200434， China;"2.Shanghai Jichen Digital Water Science amp; Technology Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China）

Abstract：" In order to realize delicacy management of water use supervision， according to the current situation of urban water supply supervision， a more efficient and convenient intelligent water supply supervision system based on Internet of Things technology is constructed. This paper expounds the construction logic of system standardization， the design and application characteristics of subsystem， which provides new ideas and standards for urban water supply supervision.

Key words： Internet of Things; water supply supervision; leakage control; cloud computing；economize on water