董海天

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100048）

關(guān)于“智慧水務(wù)”平臺系統(tǒng)的構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)分析

董海天

（北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院，北京 100048）

智慧水務(wù)是水務(wù)信息化建設(shè)的高級階段，就是要建立起水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)，最終完成防汛抗旱、水資源調(diào)度以及水環(huán)境治理三大任務(wù)。本文從智慧水務(wù)的概念出發(fā)，分析了其具備的優(yōu)勢，并就此指出了智慧水務(wù)平臺的系統(tǒng)構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)，以供參考。

智慧水務(wù)；平臺；構(gòu)建；關(guān)鍵技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)

智慧地球概念的首次提出早在2008年，近些年的發(fā)展使其被世界各國所認(rèn)可，更多的城市將電、水、氣、交通等公共服務(wù)資源信息進(jìn)行科學(xué)管理，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展為目標(biāo)，努力改善政府的管理和服務(wù)，可持續(xù)的為市民的日常生活以及人類生存環(huán)境的優(yōu)化提供幫助?；谧詣踊?、信息化等技術(shù)的智慧水務(wù)工程是智慧地球的一部分，更是智慧城市建設(shè)的重要組成，而相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)、云計算自然就成為各大科技強國制定本國發(fā)展戰(zhàn)略的重點。本文探討了智慧水務(wù)平臺系統(tǒng)的構(gòu)建以及關(guān)鍵技術(shù)，希望有所幫助。

1 智慧水務(wù)的概念及背景

十三五期間中國要進(jìn)入智慧城市2.0時代，智慧水務(wù)作為智慧城市當(dāng)中重要的子系統(tǒng)是建設(shè)的重點。借助智慧水務(wù)平臺實現(xiàn)對水務(wù)工作的優(yōu)化升級已成為我們水利事業(yè)發(fā)展的必然趨勢。我國水資源特點是：水資源缺乏的情況下，水污染及浪費的問題還十分嚴(yán)重?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示，全國多年平均的水資源總量是28412億m3，其中河川徑流量是27328億m3，地下水資源量是8226億m3，地表水和地下水是循環(huán)重復(fù)轉(zhuǎn)化的，考慮到洪水和基本生態(tài)用水，中國河道外最大的可消耗的地表水量只有7524億m3。目前全國總用水量已達(dá)到6095億m3，包括生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)這些國民經(jīng)濟(jì)用水以及社會經(jīng)濟(jì)用水。進(jìn)一步分析流域情況，例如海河流域面積為32萬km2，包括北京、天津、河北省的全部，山西省的東半部，河南、山東之黃河以北的地區(qū)，再加上遼寧和內(nèi)蒙的一小部分，總?cè)丝谶_(dá)到1.45億，但人均水資源量只有220m3，是世界平均水平7350m3的1/33。京津冀局部地區(qū)水資源量短缺更為嚴(yán)重，人均水資源量嚴(yán)重不足。如何將有限且短缺的水資源更高效的利用和管理已成為行業(yè)發(fā)展重點。

在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)的背景下，水資源窘境倒逼發(fā)展轉(zhuǎn)型，而自動化及信息技術(shù)的成熟，催生智慧水務(wù)的建設(shè)與發(fā)展。智慧水務(wù)即通過利用自動化設(shè)備獲取底層數(shù)據(jù)，結(jié)合信息化技術(shù)的方法來提取、處理并公開城市水務(wù)信息，進(jìn)而高效、低成本的管理城市給排水、污水處理、再生水綜合利用等過程，為解決城市水問題提供必要的決策支持。

2 智慧水務(wù)平臺的構(gòu)建

2.1 構(gòu)建目標(biāo)

（1）協(xié)同化管理。建立起城市給排水、防洪、保護(hù)水資源等業(yè)務(wù)運營管理系統(tǒng)，實現(xiàn)統(tǒng)一的協(xié)同化管理。

（2）高效化資源利用。實時監(jiān)控水質(zhì)、供水管網(wǎng)，實現(xiàn)供水、用水情況的統(tǒng)計分析，為決策提供信息，合理調(diào)配資源。

（3）便捷化服務(wù)。搭建統(tǒng)一的門戶平臺，社會公眾可以利用新一代的信息技術(shù)隨時隨地查詢需要的水務(wù)信息，并利用無線終端預(yù)約服務(wù)，提高效率，改進(jìn)服務(wù)方式，提高服務(wù)水平。

（4）智慧化業(yè)務(wù)。深層挖掘水利大數(shù)據(jù)，為水務(wù)業(yè)務(wù)的發(fā)展提供支持，提高決策的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)整合、業(yè)務(wù)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)將為政務(wù)管理與民生服務(wù)搭建起一站式操作平臺。

2.2 構(gòu)建方案

2.2.1 系統(tǒng)平臺構(gòu)成

（1）感知層。深化水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)全面感知水資源數(shù)據(jù)。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。將感知層信息進(jìn)行傳輸，實現(xiàn)感知層信息的實時動態(tài)采集、傳輸和存儲，形成完善的網(wǎng)絡(luò)體系。

（3）數(shù)據(jù)層。建立數(shù)據(jù)高度集中中心，實現(xiàn)以數(shù)據(jù)中心與外部業(yè)務(wù)庫同步的對外業(yè)務(wù)支持。

（4）應(yīng)用層。高度集成系統(tǒng)、應(yīng)用，實現(xiàn)信息的共享、系統(tǒng)升級以及二次開發(fā)，分割業(yè)務(wù)流程，多網(wǎng)融合，結(jié)合數(shù)據(jù)中心的大數(shù)據(jù)應(yīng)用實現(xiàn)輔助決策的作用和統(tǒng)一的業(yè)務(wù)管理。

（5）平臺層。實現(xiàn)對水務(wù)數(shù)據(jù)的存儲、分析和處理以及網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理和業(yè)務(wù)信息、設(shè)備信息的展示。

（6）安全層。部署入侵檢測系統(tǒng)、安全審計系統(tǒng)、防病毒系統(tǒng)等，為平臺提供安全保障。

2.2.2 系統(tǒng)平臺應(yīng)用

系統(tǒng)平臺以“分布式實時數(shù)據(jù)庫”為核心，搭建工業(yè)控制消息總線，集成面向服務(wù)（SOA）系統(tǒng)的信息服務(wù)總線。這兩種總線，支持通用信息交互和廣域服務(wù)，實現(xiàn)高效的通信和應(yīng)用集成。系統(tǒng)平臺軟件涉及SCADA平臺軟件，實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、計算引擎軟件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、報警管理軟件、GIS平臺軟件、WEB服務(wù)器、安全防護(hù)以及計算服務(wù)器等。

2.2.3 系統(tǒng)平臺建設(shè)內(nèi)容

2.2.3.1 數(shù)據(jù)中心

數(shù)據(jù)中心的建設(shè)包括基礎(chǔ)設(shè)施，云平臺、應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)及安全運維。

（1）軟硬件基礎(chǔ)。包括服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、安全設(shè)備等。

（2）云平臺和應(yīng)用。利用云平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、交互、存儲以及共享，基于 SOA架構(gòu)以及云計算來實現(xiàn)各子系統(tǒng)的無縫連接。利用云應(yīng)用，將傳統(tǒng)的軟件應(yīng)用模式轉(zhuǎn)變成即取即用的服務(wù)模式，利用網(wǎng)絡(luò)連接各級服務(wù)器，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，并能夠在線開發(fā)，實現(xiàn)高度系統(tǒng)集成應(yīng)用。

（3）安全運維。組建安全部門，安裝安全防護(hù)設(shè)備。

2.2.3.2 企業(yè)管理及公共服務(wù)信息平臺

（1）企業(yè)管理信息平臺。建立權(quán)限機制，通過身份認(rèn)證分配權(quán)限，實現(xiàn)對生產(chǎn)、營銷、服務(wù)等信息的動態(tài)瀏覽，集成各類水務(wù)信息并與水務(wù)企業(yè)各級計算機系統(tǒng)連接，實現(xiàn)信息的集成與共享。

（2）公共服務(wù)信息平臺。該平臺主要用于管理方對外發(fā)布信息，公布相關(guān)政策法規(guī)信息，以及涉水業(yè)務(wù)的響應(yīng)、處理、繳費、查詢等功能。

2.2.3.3 業(yè)務(wù)體系

業(yè)務(wù)體系包括生產(chǎn)、營銷、管理和信息四個體系。生產(chǎn)體系包括制水、水質(zhì)監(jiān)測、供水調(diào)度、相關(guān)設(shè)備管理等內(nèi)容；營銷體系包括收費、新裝、客戶服務(wù)、管網(wǎng)維護(hù)、用戶信息管理等；管理體系包括計劃、項目、成本等；信息體系包括系統(tǒng)的運行維護(hù)、改造升級、數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計挖掘、指標(biāo)管控等。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 物聯(lián)網(wǎng)

在智慧水務(wù)中物聯(lián)網(wǎng)是一項關(guān)鍵技術(shù)，包括傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)（射頻識別技術(shù)）、智能嵌入技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)。源自于ITU（國際電信聯(lián)盟）的定義，在智慧水務(wù)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要用于水資源管理、水務(wù)信息管理以及制水過程管理。通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)水務(wù)信息的實時監(jiān)控和動態(tài)采集、調(diào)度以及遠(yuǎn)程管理方面，并利用水務(wù)專網(wǎng)、無線網(wǎng)實現(xiàn)完成相關(guān)設(shè)備標(biāo)定、管理以及監(jiān)控，提高效率，實現(xiàn)供水、用水以及決策制定的智能化。

3.2 云技術(shù)

云技術(shù)是在廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)當(dāng)中將硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等資源集成起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的計算、儲存、處理和共享的一種托管技術(shù)，是網(wǎng)絡(luò)、信息、整合、管理平臺、應(yīng)用等技術(shù)的總稱。在智慧水務(wù)平臺系統(tǒng)當(dāng)中主要用于搭建數(shù)據(jù)中心。所以要了解云技術(shù)的關(guān)鍵即云計算。

（1）虛擬化技術(shù)，計算元件運行于虛擬環(huán)境中，擴大硬件容量，簡化軟件的配置過程，減少投資成本，并實現(xiàn)更廣泛的OS支持。

（2）分布式海量數(shù)據(jù)存儲，只需要大量的服務(wù)器，并同時服務(wù)于大量的用戶，采用分布式儲存和冗余儲存，提高數(shù)據(jù)儲存的可靠性。

（3）海量數(shù)據(jù)管理技術(shù)，主要包括BigTable和HBase。這是為大數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)源的關(guān)鍵。

（4）平臺管理技術(shù)，主要實現(xiàn)云端運行的應(yīng)用軟件的管理，協(xié)調(diào)大量服務(wù)器，使其協(xié)調(diào)工作。

3.3 移動互聯(lián)

移動互聯(lián)技術(shù)就是將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，成為一體。這是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、平臺、商業(yè)模式和應(yīng)用與移動通信技術(shù)結(jié)合并實踐的活動的總稱?；谝苿踊ヂ?lián)的移動APP，可以將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢結(jié)合起來，提高廠站運作效率和管理服務(wù)水平；可以結(jié)合智能手機的OS特性，開發(fā)出操作簡單、高效便捷，專注于水務(wù)行業(yè)的移動管理系統(tǒng)，并連接PC端實現(xiàn)信息的共享，使水務(wù)企業(yè)的成本管理、KPI展示、過程監(jiān)控、關(guān)鍵數(shù)據(jù)錄入進(jìn)行數(shù)字化。而移動互聯(lián)將作為網(wǎng)絡(luò)通信的補充，打通信息孤島和業(yè)務(wù)隔閡，實現(xiàn)信息之間的無縫銜接，既有利于企業(yè)掌握經(jīng)營全貌，也利于市民方便快捷的接受信息。

3.4 分布式對象技術(shù)

分布式對象技術(shù)涵蓋的主流技術(shù)包括COM/ DCOM/.NET組件技術(shù)、Java技術(shù)、CORBA技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)這四種技術(shù)。Java技術(shù)是一種可以撰寫擴平臺應(yīng)用軟件的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計語言，具有卓越的通用性、高效性、平臺一致性和安全性，它對于智慧水務(wù)移動 APP的開發(fā)具有顯著的作用。CORBA技術(shù)，可兼容各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過該技術(shù)組件網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)，先在每臺設(shè)備上構(gòu)筑信息通道，保證數(shù)據(jù)傳輸，并由該系統(tǒng)實現(xiàn)與上層軟件的信息交互和NAP功能，同時可在該子系統(tǒng)配置標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口，實現(xiàn)用戶自定義程序與上層軟件的信息交互。數(shù)據(jù)庫技術(shù)，是智慧水務(wù)當(dāng)中比較核心的技術(shù)，智慧水務(wù)平臺系統(tǒng)對信息采集的實時性要求高，DRTDBS（分布式實時數(shù)據(jù)庫）可滿足要求，商業(yè)數(shù)據(jù)庫可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，通過建立起RTDB，形成數(shù)據(jù)處理的子系統(tǒng)。這些技術(shù)的實質(zhì)在于構(gòu)建出數(shù)據(jù)中心的硬件基礎(chǔ)，然后向云計算轉(zhuǎn)型。通過虛擬化服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、軟件定義的存儲、混合等技術(shù)，架構(gòu)軟件定義數(shù)據(jù)中心，目的是解決大數(shù)據(jù)分析。

4 智慧水務(wù)應(yīng)用案例及發(fā)展形勢

近幾年，智慧水務(wù)作為建設(shè)的熱點，我國各大城市在智慧水利的建設(shè)上都開始新的征程。

以北京為例，根據(jù)IEC智慧城市報告（2016.04）所提供的數(shù)據(jù)顯示，北京是中國規(guī)模龐大的城市化進(jìn)程的代表，從千禧年到 2010年僅十年的時間，北京人口增長了42%，是中國同期人口增幅的7倍之多，這種超大規(guī)模的城市化進(jìn)程給北京帶來經(jīng)濟(jì)競爭力的同時，也導(dǎo)致這座城市面臨許多新的挑戰(zhàn)，而水資源短缺的問題更為凸顯。北京市行政副中心—通州新城的智慧水務(wù)建設(shè)，規(guī)劃構(gòu)建“通州智慧水務(wù)平臺”，從側(cè)重水信息采集、處理和集成轉(zhuǎn)向水信息大數(shù)據(jù)的挖掘、分析和應(yīng)用。在規(guī)范組織水信息的基礎(chǔ)上，融合決策算法和仿真技術(shù)，不斷挖掘和分析水信息的潛在價值，科學(xué)、高效、智慧化解決水問題，不僅為“智慧北京”的城市建設(shè)沖鋒陷陣，更為北京城市的水資源的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智慧水務(wù)平臺系統(tǒng)的構(gòu)建已經(jīng)具備成熟的條件，基礎(chǔ)設(shè)施（感知層）建設(shè)逐漸完善，涉及到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等方面的運用也在飛速發(fā)展。我們在如此利好局面下，不僅要清醒地認(rèn)識到我國智慧水務(wù)尚在起步階段，尚有諸多問題需要解決，需要循序漸進(jìn)地開展建設(shè)。同時要在緊密關(guān)注發(fā)達(dá)國家先進(jìn)的技術(shù)與理念同時，以“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”為治水思路，發(fā)揮我們的想象力、創(chuàng)造力，結(jié)合我國水資源特點、民生需求等各個方面的因素，為建設(shè)我國特色的水利行業(yè)持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.009

2016-12-01

董海天（1988年—），女，助理工程師。