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物联网下智慧水务体系构建的策略

2021-06-25 279 上传者：管理员

摘要：智慧水务是智慧城市建设的重点基础工程,人民生活的基本保障。传统的城市供水和污水处理系统自动化程度低,关联度弱,已不能满足人民生活及各行业用水日益增长的需求。本文在物联网技术的前提下,结合云平台、大数据和人工智能等新一代信息技术,对智慧水务系统构建进行研究,以建立一个精细化、协同能力强的智慧型水务平台。

关键词：
大数据技术
智慧城市
智慧水务
水务体系
物联网技术
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1、引言

在工业互联网、5G网络、大数据中心和人工智能等高科技领域迅猛发展的时代，工业产业的环保化、智能化是传统方式转型升级的内在需求和必然趋势。智慧水务提出到现在发展已数十年，即是智慧城市的重要组成部分，也是智慧环保不可或缺的核心领域，已成为国家战略层面的重点产业之一。传统的智能水务系统实现功能简单，使用时间较长，目前已无法满足智慧城市水资源的调度使用需求，如何构建一套新型适用现阶段城市建设的智慧水务系统是本文研究的主要目的[1]。

2、智慧水务概述

智慧水务系统涵盖广泛，不仅包括水厂自动化管理、城市排污水处理、水源检测，还包括城市防旱排涝，水务智慧安防等功能，是一种基于大数据、物联网的综合性一体化信息管理平台。国内的智慧水务发展至今可分为三个阶段：1.0时代，以自动化控制为核心，以水务自动化为标志，重点在提升生产效率和工艺优化方面；2.0时代，着重于企业信息化建设，同时对企业资源管理、算法应用和移动应用等方面深入研究；3.0时代，构建智慧化水务，将互联网技术、大数据技术和5G、人工智能综合应用[2]。

近几年，随着人民生活基础需求的不断攀升，对智慧水务的要求呈现爆发式增长，国内各水务企业为了适应社会需求增长，对节能降耗、运转自动化程度也在不断改进，结合各种高新科技以信息化带动工业化、以工业化促进信息化的“两化融合”新型智慧水务系统发展已成为必然趋势。

3、智慧水务建设需求分析

我国的人口与环境资源比例的巨大差异化，致使水资源短缺与用水需求矛盾激增，并已成为制约社会经济发展的屏障。各类水应用的问题都需要归纳到一个统一的系统中监控管理，智慧水务能从海量数据中分析预测有效管理水资源。同时，作为城市基本运行的重要支撑和保障，智慧水务可有效疏导城市雨水达到防旱防涝，及时测控供排水管道压力减少突发事故，精准检测排污流量严控环境污染。

目前智慧水务建设的需求已经从节能减排转变为生态环保，从环境治理转变为生态环境与人文融合理念，今后的智慧水务发展将从事后治理转变为评估分析、提前预测、长期保障的全周期运作。全局性需求的具体体现主要在两个方面：

3.1 生态文明建设对水资源需求的激增

水资源建设利用是生态文明建设的关键环节，是关系国家生产生活、经济发展的根本途径，只有把生态文明建设摆在首要位置，才能将经济、文化、政治和生产生活有机融合，实现全面同步发展。

水资源的利用效率和质量是否能够满足生态文明建设的需求，是建设智慧城市，提高全民生活水平和经济发展的关键所在。智慧水务建设的实施，将各个水务运行部门和管理部门信息达到同步共享，实现协同机制，解决决策和实施脱离的孤岛问题，对推进智慧化城市建设的发展具有重要作用。因此，生态文明建设中智慧水务要放在首位[3]。

3.2 传统水务与高新技术发展的不相适应

引入自动化的智能水务发展已有数十年，但人口增长、工业化发展、环境改善、信息技术创新，同时已有系统年限久、软硬件无法更新等矛盾都对传统水务系统带来巨大冲击。智慧化的水务比智能化水务要求更高，不仅有管理实施的全面自动化形态，还需要基于专业角度提高预测分析解决水务问题的能力。技术角度来讲，智慧水务在传统水务的基础上，可将5G技术、物联网、大数据、人工智能和云平台等新兴技术高效融合在一起建立一个跨平台综合可拓展的集成系统，来实现各行业水务工作的信息化建设和过程执行智能化。

4、物联网下智慧水务体系构建

互联网的实体化应用即为物联网，物联网概念不单单指一个网络系统，而是包含某一领域的工作流程和业务应用。它是结合了云计算、大数据、电子通信及传感技术等解决实物与人之间交互的一种形式，可实现物和物、物和人之间的远程监测和管理并执行决策的智能化网络。

智慧水务的应用是将传感器感应到的数据通过有线或无线网络传输回应用系统实时监测城市各种水务的运行状态，并将不同水务管理部门与供排水设施有机整合在一起，从而形成一个智慧化的水务物联网。该系统是一个综合化基于物联网的信息管理平台，利用数学仿真建模构成智慧化管理系统，功能涵盖供水监测、防旱防涝、污水处理、数据收集、自动分析决策、水务智慧运营等，子系统集成GIS定位、视频监测、数据分析处理、SCADA系统、自动化管理服务系统等。其中以物联网技术为核心将数据分析处理系统与其他各个子系统连接在一起[4]，消除掉传统水务各个领域资源不能共享、决策片面的弊端，降低了投资成本并将实现水务系统工作的更精细化和决策科学化，提高水资源的利用率，系统整体设计如图1所示。

物联网下构建的智慧水务系统是一种利用智能传感设备进行双向数据传输解决水务问题的方式，是智慧水务组成部分的重要环节。采用5G技术将不同类型的水务管理实施部门与各种终端连接起来，打破传统的孤岛式数据采集，减少无效、冗余数据的产生，将数据处理、分析与反馈流程全面视觉化，达到物物相通的效果。

4.1 数据定位采集系统

智慧水务的重要环节是通过无线传感设备、3S定位设备和三维建模等技术，实现水资源数据精准、可靠、高效的采集与分析，筛选出有用数据为决策提供可靠保障。无线传感设备和阀门等硬件的大量应用是保证海量数据收集的必备前提，正确合理的部署是决定数据有用性的基础，同时利用GIS、GPS等空间管理技术，将每个数据收集点信息准确地显示在可视化屏控上，出现任何水资源突发事件时及时响应预警信号，为管理决策实施响应速率提供科学依据。

4.2 物联网智慧水务云平台

智慧水务中的设备多样性和差异性、网络环境的复杂性都决定了智慧水务物联网构建的平台将面临诸多问题。通过数据采集系统将海量数据汇集到云计算平台上，根据应用领域筛选出有用信息加以处理优化整个生成、管理和服务流程，基于此构建的智慧水务云平台可以划分为4个层：服务层、网络层、平台层和感知层。该分层物联网云平台如图2所示。

该平台主要实现了数据接入，即可将采集到数据实时发布到网上，用户与管理人员对共享数据同步应用；远程控制，对多种环境和设施实现远程操控；数据传输存储与处理，对采集到的繁杂数据进行传输、存储后通过专业需求进行分析，筛选有用数据显示；消息推送，还可将提取数据以消息形式实时推送到不同终端设备；设施监控，对超出临界值数据以预警方式显示，跨平台发送到各个管理部门，支持多级预警；防旱防涝，实时监测雨量、水位、水质等对城市的旱涝灾情至关重要，云平台信息资源的建立，可以完善防汛防旱体系，及水资源的精细化管理、合理开发利用保护水环境。将一个城市的所有水务工作接入到一个平台中，破除孤岛数据，各管理部门之间可形成统一决策，即可减少重复性工作，又能节约成本，提高水资源的各种利用率，实现全天候无人值守的水处理能力。

4.3 可视化管理系统

传感器根据专业要求设定在每个监测点，当人力无法达到需求时，智慧水务的可视化管理系统不仅对领导决策提供参考依据，更重要是遇突发状况爆管、过压、短缺等情况都可通过转化为数字信息显示在系统中，及时预警，第一时间可采取相应措施协调或抢修。可视化管理系统不仅包括一个显示大屏，可以运行在多种终端设备的平台上，达到随时随地获取数据的能力，同时还包括数据中心、打印设备等[5]。

4.4 智慧化决策系统

引入了人工智能、机器学习的智慧化水务系统所作出的决策参考价值更高。在优化水处理工艺、管网正常运转、漏损控制与循环利用等方面，智慧化决策系统能做到良好的感知、诊断、决策、执行等一系列自动操作[6]，同时可围绕获取数据运用最新算法和智能硬件全面探索技术新领域，预测城市水务发展现状、未来发展方向和实现水务行业由传统保障型向智慧服务型转变。

5、结语

智慧水务发展数十年，虽然积累了很多经验，但付诸实施的仍然是很少一部分，今后相当一段时间还是需要立足现状，从智慧城市建设对水务的基本需求入手，将信息化和数字化手段有机结合，在水务管理中全面实施智慧应用、实时感知、有效预测，将不断发展的新信息技术融合进平台设计中。管理部门也应有效协调利用好各部门、单位积累的数据资源，统一调控软硬件资源，提高数据共享、数据分析、全面整合能力，在智慧水务有信息化向智慧化转变的过程中发挥有力作用。

参考文献:

[1]刘观生,徐文.智慧水务管理系统的研究与实现[J].数字技术与应用,2020(10):131-133.

[2]徐强,张佳欣.智慧水务背景下的供水管网漏损控制研究进展[J].环境科学学报,2020(12):4234-4239.

[3]弓勋.城市智慧水务建设存在的问题及改进措施[J].住宅与房地产,2020(30);:210-211.

[4]韩庆民,贾春浩马进华.物联网技术在深圳市罗湖区智慧水务的实践应用[C].2020年(第八届)中国水利信息化技术论坛论文集,2020:382-389.

[5]杜昕浩,周璇.基于物联网的智慧水务平台软件设计[J].工业控制计算机,2020(6):136-137.

[6]谢善斌,刘辛悦.智慧水务信息化建设规划与实践[J].净水技术,2020(5):7-13.

文章来源：南楠.基于物联网技术的智慧水务体系研究[J].轻工科技,2021,37(07):59-60+73.