智慧供水服務(wù)管理

蔣理

[摘 要] 本文首先介紹了智慧供水服務(wù)的概念，分析了智慧供水服務(wù)管理智能化的特點(diǎn)和管理智能化的設(shè)備要求，設(shè)計(jì)了管理智能化信息收集的流程，設(shè)計(jì)了智慧供水服務(wù)管理服務(wù)鏈中各種工作流，最后提出了智慧供水服務(wù)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)。該架構(gòu)對(duì)智慧城市其他各個(gè)方面的建設(shè)也具有一定的參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞] 智慧供水服務(wù)；管理智能化；服務(wù)鏈；工作流

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 011

[中圖分類(lèi)號(hào)] TP315；G931.9 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）03- 0018- 04

1 引 言

供水行業(yè)信息化從一開(kāi)始簡(jiǎn)單的部署單個(gè)管理信息系統(tǒng)，到數(shù)字供水的實(shí)施，再進(jìn)步到現(xiàn)在的智慧供水服務(wù)，其實(shí)都可以算作是供水管理信息化的實(shí)施。每一步的創(chuàng)新，都伴隨著技術(shù)的進(jìn)步以及業(yè)務(wù)的復(fù)雜化、便捷化需求。智慧供水服務(wù)是在當(dāng)今云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)快速發(fā)展及應(yīng)用到社會(huì)各方面的前提下提出的，要求應(yīng)用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)越來(lái)越多的業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)化實(shí)施，減少誤差，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控與傳遞，便于決策，實(shí)現(xiàn)信息的收集與反饋更加快速，提高解決各種問(wèn)題的效率。因此，可以說(shuō)智慧供水服務(wù)管理是供水管理信息化在當(dāng)今大環(huán)境下的一個(gè)必然體現(xiàn)。

智慧供水服務(wù)是城市公共服務(wù)建設(shè)的一個(gè)重要組成部分，是依賴(lài)于智慧城市而存在的。智慧城市就是在城市的各個(gè)方面利用新的IT技術(shù)，在物體中嵌入傳感器，把互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)與裝有傳感器的各種設(shè)備鏈接起來(lái)，形成物聯(lián)網(wǎng)，再使用高性能計(jì)算機(jī)和云計(jì)算等技術(shù)整合海量數(shù)據(jù)，進(jìn)行復(fù)雜的分析，最終實(shí)現(xiàn)智慧的決策和行動(dòng)[1]。總的來(lái)說(shuō)，智慧城市是在利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、無(wú)線通信、傳感網(wǎng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)全面物聯(lián)，實(shí)時(shí)感知與通信，利用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)收集與分析，整合城市信息化中的各個(gè)系統(tǒng)，并利用IT技術(shù)進(jìn)行智能處理的城市信息化的一個(gè)新領(lǐng)域。

智慧供水服務(wù)管理是智慧城市的一個(gè)分支，所用到的信息技術(shù)與智慧城市并無(wú)差別，但對(duì)于具體的行業(yè)，所實(shí)施的方案肯定會(huì)有所不同，本文將智慧供水服務(wù)管理的范圍擴(kuò)展到整個(gè)供水服務(wù)鏈，這個(gè)服務(wù)鏈要與智慧城市所要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)全面物聯(lián)。

2 智慧供水服務(wù)管理智能化

2.1 管理智能化概述

管理智能化是智慧供水服務(wù)管理建設(shè)的一個(gè)重要目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)全面物聯(lián)，實(shí)時(shí)感知與通信，利用云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)收集與分析之后，利用所得數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行智能處理的管理手段。進(jìn)行處理的設(shè)備可以是計(jì)算機(jī)軟件，也可以是裝有計(jì)算機(jī)軟件的一些硬件設(shè)備。

管理智能化一個(gè)最主要的特點(diǎn)就是業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行過(guò)程中減少人工參與的比例，增加計(jì)算機(jī)系統(tǒng)參與過(guò)程的比例。減少人工參與也就相應(yīng)地降低了人為操作出現(xiàn)的錯(cuò)誤。智能設(shè)備的計(jì)算效率也會(huì)提高業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行速度，就調(diào)度與分配過(guò)程來(lái)說(shuō)，若單純地由人工執(zhí)行，當(dāng)面對(duì)一大堆數(shù)據(jù)時(shí)，不可能快速做出調(diào)度與分配決策，所以，以往的做法往往是根據(jù)一年或一季度的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)做出調(diào)度與分配決策，那么就會(huì)造成調(diào)度與分配與實(shí)際情況不符合。若由智能設(shè)備參與執(zhí)行，首先，收集到的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工收集數(shù)據(jù)量，在這種大數(shù)據(jù)環(huán)境下，快速通過(guò)智能設(shè)備與中心系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算與分析，然后將結(jié)果反饋給管理人員，那么管理人員就可以根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與分析結(jié)果實(shí)時(shí)做出調(diào)度與分配決策，提高供水服務(wù)水平。

智能化處理事件的過(guò)程可以分為兩種，分別為非人工處理與人工參與處理。

（1）非人工處理。所有的業(yè)務(wù)流程都由智能體處理完成，例如抄表和收費(fèi)的工作，在裝有智能水表的家庭中，抄表和收費(fèi)過(guò)程將不再由人工參與完成，每個(gè)月到了繳納水費(fèi)的時(shí)間，智能水表就會(huì)發(fā)送信息給銀行、供水公司、用戶(hù)。銀行根據(jù)水表發(fā)送的信息代扣水費(fèi)。供水公司系統(tǒng)接收信息并記錄信息，檢查水費(fèi)繳納情況。用戶(hù)則接收水費(fèi)信息。

（2）人工參與處理。業(yè)務(wù)流程由智能體與人工共同參與完成，在這個(gè)過(guò)程中，更多的是事件觸發(fā)參與的智能體做出一定的反應(yīng)，并將結(jié)果反饋給人工管理者，人工管理者根據(jù)這些處理結(jié)果，可以很輕松和準(zhǔn)確地進(jìn)行判斷，進(jìn)而得出解決方案。例如分析與決策的工作，分析與決策的依據(jù)可主要來(lái)自各個(gè)智能體傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)以及通過(guò)系統(tǒng)處理的數(shù)據(jù)。

2.2 管理智能化的設(shè)備

智能化指使對(duì)象具備準(zhǔn)確的感知與判斷功能以及有效的執(zhí)行功能。智能設(shè)備主要包括兩方面的關(guān)鍵內(nèi)容：自我檢測(cè)和自我診斷[2]。在此基礎(chǔ)上，智能設(shè)備還應(yīng)該具有傳感與通信功能、數(shù)據(jù)處理功能、自我控制功能。對(duì)于自我診斷功能這一核心內(nèi)容，主要在于模仿人工操作過(guò)程中的思維過(guò)程。

管理智能化主要是依靠物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的，因此所依賴(lài)的設(shè)備也離不開(kāi)實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的設(shè)備，主要是傳感器、無(wú)線通信設(shè)備以及各種不同邏輯處理功能（內(nèi)嵌軟件實(shí)現(xiàn)的功能）的結(jié)合，在此將這種結(jié)合產(chǎn)物與供水流程再次結(jié)合稱(chēng)為智能供水服務(wù)設(shè)備。在供水服務(wù)中，智能水表也是一個(gè)重要的智能供水服務(wù)設(shè)備。

對(duì)于智能供水服務(wù)設(shè)備，核心的物理載體就是各種傳感器，在傳感器的基礎(chǔ)上，添加通信網(wǎng)絡(luò)和邏輯處理功能，構(gòu)成智能化網(wǎng)絡(luò)。傳感器是將感受到的物理信號(hào)如熱量、壓力等信號(hào)按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)如電流等信號(hào)的裝置，主要完成兩個(gè)方面的功能：自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)轉(zhuǎn)換[3]。對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)功能而言，主要依賴(lài)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，因此無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的成熟與否決定了供水服務(wù)與管理中的物聯(lián)網(wǎng)是否可以有效實(shí)施。而目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究相對(duì)來(lái)說(shuō)也到達(dá)了一個(gè)比較成熟的階段，傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)，能夠通過(guò)各類(lèi)集成化的傳感器以協(xié)作方式實(shí)時(shí)檢測(cè)、感知和采集各種環(huán)境的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)嵌入式軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將所處理的信息傳送到終端系統(tǒng)，從而真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)處不在的計(jì)算”[4]。

此處的智能供水服務(wù)設(shè)備其實(shí)只能完成檢測(cè)、簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)處理與判斷、通信功能，要完成更復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯處理離不開(kāi)多Agent集成系統(tǒng)，處理的過(guò)程為智能設(shè)備將采集數(shù)據(jù)并做出判斷，將結(jié)果反饋到中心系統(tǒng)中，各Agent借助專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的處理。其中專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中各種狀態(tài)的數(shù)據(jù)依賴(lài)此處的智能設(shè)備進(jìn)行收集，以此實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供水服務(wù)的狀態(tài)，并以各種狀態(tài)信息作為決策依據(jù)。

對(duì)于智能供水服務(wù)設(shè)備，有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)要突破：從微觀上來(lái)看，單個(gè)智能設(shè)備的邏輯處理功能在技術(shù)上要能滿足需求；從宏觀上來(lái)看，智能化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)要普及，主要涉及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、智能傳感器的普及。

2.3 管理智能化的信息收集

管理智能化信息收集的流程主要在于信息發(fā)送與接收的自動(dòng)化以及對(duì)接收到的信息的判斷與處理，因此，能否順利實(shí)施主要在于設(shè)備內(nèi)軟件的邏輯處理功能模仿人的思維的程度。在智慧供水服務(wù)管理中，信息主要來(lái)自于分布各個(gè)地點(diǎn)的傳感器的監(jiān)控信息、智能水表檢測(cè)信息、用戶(hù)反饋信息。

對(duì)于監(jiān)控信息，在供水服務(wù)中主要來(lái)自于水源與供水管網(wǎng)的監(jiān)控。

2.3.1 水源監(jiān)控

當(dāng)在水源分布的傳感器接收水源水量信息之后，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)值比較判斷，得出可用水量的數(shù)量，發(fā)送給有關(guān)部門(mén)，以此作為供水公司用水調(diào)度量的依據(jù)（如圖1所示）。

2.3.4 智能水表檢測(cè)

對(duì)于智能水表檢測(cè)信息，除了用來(lái)記錄用水量和繳費(fèi)信息外，還可以通過(guò)與以往用水量比較，判斷用戶(hù)用水量是否異常，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，可以通知用戶(hù)節(jié)約用水或檢測(cè)屋內(nèi)用水設(shè)施是否有損壞（如圖4所示）。

3.4 供水調(diào)度與分配流程

供水調(diào)度與分配流程包括水源監(jiān)控信息傳遞流程與管網(wǎng)等設(shè)備檢測(cè)信息傳遞流程，信息的收集離不開(kāi)各種傳感器的作用，發(fā)送到系統(tǒng)中的各種水量信息，通過(guò)數(shù)據(jù)處理中心和分析與決策系統(tǒng)的處理，將分析過(guò)程與結(jié)果反饋給對(duì)應(yīng)的管理人員，做到在時(shí)間與數(shù)量上隨時(shí)適應(yīng)用戶(hù)需求的水量調(diào)度（如圖9所示）。

4 智慧供水服務(wù)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

智慧供水服務(wù)管理系統(tǒng)的總體架構(gòu)是通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)以及智能供水設(shè)備的實(shí)施，對(duì)供水服務(wù)鏈中相關(guān)業(yè)務(wù)流程的實(shí)施，利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將鏈中各節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)集成在一個(gè)中心系統(tǒng)上的架構(gòu)。

這個(gè)架構(gòu)總共分為4層，分別是感知層、通信網(wǎng)絡(luò)層、云計(jì)算層與用戶(hù)層。每一層分別完成不同的功能，最終可以達(dá)到智慧解決問(wèn)題的狀態(tài)。

感知層主要是分布在供水服務(wù)鏈的物理環(huán)境如水源、管網(wǎng)等中的智能傳感設(shè)備感知物理環(huán)境的狀態(tài)信息并進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)處理與判斷，再通過(guò)各種網(wǎng)關(guān)將處理后的信息發(fā)送到通信網(wǎng)絡(luò)層。

通信網(wǎng)絡(luò)層是覆蓋整個(gè)供水服務(wù)的一個(gè)廣域網(wǎng)，可以由互聯(lián)網(wǎng)、WiFi（無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)）、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、水務(wù)專(zhuān)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或多個(gè)組成，通信網(wǎng)絡(luò)層除了起到數(shù)據(jù)通信的功能之外，更重要的是要起到路由的功能，做到不同的數(shù)據(jù)發(fā)送到中心系統(tǒng)中不同的服務(wù)及應(yīng)用接口中，以便服務(wù)應(yīng)用能夠正確快速實(shí)現(xiàn)。

云計(jì)算層是以云計(jì)算中心為平臺(tái)，將中心系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)群部署到云計(jì)算中心，通過(guò)服務(wù)以及應(yīng)用接口連接感知層與用戶(hù)層。云計(jì)算層是整個(gè)供水服務(wù)過(guò)程中的計(jì)算中心，所有業(yè)務(wù)流程在中心系統(tǒng)的自動(dòng)化實(shí)施都在云計(jì)算層實(shí)現(xiàn)，因此云計(jì)算中心的計(jì)算能力的強(qiáng)弱與可用空間的大小直接決定了中心系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

用戶(hù)層主要是供水服務(wù)鏈上的各個(gè)環(huán)節(jié)參與者，包括水務(wù)管理部門(mén)、供水公司、終端用戶(hù)。由于將所有應(yīng)用都部署到云計(jì)算中心，所以用戶(hù)層若沒(méi)有計(jì)算要求，可以將客戶(hù)端機(jī)器配置為沒(méi)有任何計(jì)算能力的瘦客戶(hù)端機(jī)器，除了初期部署的成本外，瘦客戶(hù)端幾乎不需要任何維修與升級(jí)的成本，將大大減少供水服務(wù)的成本。在此構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)要的框架圖，如圖10所示。

供水服務(wù)是水資源管理的一個(gè)組成部分，水資源管理還包括排水服務(wù)、引水服務(wù)、防洪抗旱服務(wù)、水污染治理服務(wù)等。但這些服務(wù)執(zhí)行的關(guān)鍵點(diǎn)都在于水資源及設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)以及調(diào)度，在這一方面與供水服務(wù)很相近，甚至智慧供水服務(wù)管理中的有些數(shù)據(jù)可以在別的服務(wù)中使用，如水源水量的狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以用于防洪抗旱服務(wù)等。

因此可以在智慧供水服務(wù)管理架構(gòu)的基礎(chǔ)上做擴(kuò)展，在云計(jì)算層中部署其他多個(gè)不同的系統(tǒng)，利用提供服務(wù)的思想，為接入到云端的用戶(hù)提供各種服務(wù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前，各種信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，無(wú)線傳感網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能設(shè)備等新一代的IT技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從物理環(huán)境采集數(shù)據(jù)及智能化處理，更通過(guò)多Agent與SOA-ESB框架整合整條供水服務(wù)鏈上的多個(gè)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上利用供水服務(wù)鏈工作流管理系統(tǒng)的方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)化處理，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算等多層架構(gòu)，最終可以實(shí)現(xiàn)智慧的供水服務(wù)與管理。

智慧供水服務(wù)是智慧城市建設(shè)的一部分，與智慧城市其他各個(gè)方面的建設(shè)方案存在著一定的相似性，所以本文的內(nèi)容對(duì)制定智慧城市的實(shí)施策略也具有一定的參考價(jià)值。

主要參考文獻(xiàn)

[1]楊再高.智慧城市發(fā)展策略研究[J].科技管理研究，2012，32（7）：20-24.

[2]石延輝，李澍森，左文霞，等.智能設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀分析及前景展望[J].電氣開(kāi)關(guān)，2010，48（4）：11-14.

[3]蘇艷陽(yáng)，李銳，陳宇，等.傳感技術(shù)綜述[J].數(shù)字通信，2009，36（4）：20-26.

[4]魏佳杰，郭曉金，李建寰.無(wú)線傳感網(wǎng)發(fā)展綜述[J].信息技術(shù)，2009（6）：175-178.

[5]劉強(qiáng)，崔莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2010，37（6）：1-4.

[6]汪芳，張?jiān)朴拢勘悖?物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算構(gòu)建智慧城市信息系統(tǒng)[J].移動(dòng)通信，2011，35（15）：49-53.

[7]吳吉義，平玲娣，潘雪增，等.云計(jì)算：從概念到平臺(tái)[J].電信科學(xué)，2009（12）：23-30.

[8]陳東海.城市三維虛擬現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)采集前沿技術(shù)[J].地理空間信息，2012，10（4）：5-8.