關于“智慧水務”平臺系統的構建及關鍵技術分析

董海天

（北京市水利規劃設計研究院，北京 100048）

關于“智慧水務”平臺系統的構建及關鍵技術分析

董海天

（北京市水利規劃設計研究院，北京 100048）

智慧水務是水務信息化建設的高級階段，就是要建立起水務物聯網，最終完成防汛抗旱、水資源調度以及水環境治理三大任務。本文從智慧水務的概念出發，分析了其具備的優勢，并就此指出了智慧水務平臺的系統構建及關鍵技術，以供參考。

智慧水務；平臺；構建；關鍵技術；物聯網

智慧地球概念的首次提出早在2008年，近些年的發展使其被世界各國所認可，更多的城市將電、水、氣、交通等公共服務資源信息進行科學管理，以數字化、網絡化、智能化的發展為目標，努力改善政府的管理和服務，可持續的為市民的日常生活以及人類生存環境的優化提供幫助。基于自動化、信息化等技術的智慧水務工程是智慧地球的一部分，更是智慧城市建設的重要組成，而相關的物聯網、云計算自然就成為各大科技強國制定本國發展戰略的重點。本文探討了智慧水務平臺系統的構建以及關鍵技術，希望有所幫助。

1 智慧水務的概念及背景

十三五期間中國要進入智慧城市2.0時代，智慧水務作為智慧城市當中重要的子系統是建設的重點。借助智慧水務平臺實現對水務工作的優化升級已成為我們水利事業發展的必然趨勢。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重。現有數據顯示，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重復轉化的，考慮到洪水和基本生態用水，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到6095億m3，包括生活、工業、農業這些國民經濟用水以及社會經濟用水。進一步分析流域情況，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，再加上遼寧和內蒙的一小部分，總人口達到1.45億，但人均水資源量只有220m3，是世界平均水平7350m3的1/33。京津冀局部地區水資源量短缺更為嚴重，人均水資源量嚴重不足。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發展重點。

在我國經濟發展進入新常態的背景下，水資源窘境倒逼發展轉型，而自動化及信息技術的成熟，催生智慧水務的建設與發展。智慧水務即通過利用自動化設備獲取底層數據，結合信息化技術的方法來提取、處理并公開城市水務信息，進而高效、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 智慧水務平臺的構建

2.1 構建目標

（1）協同化管理。建立起城市給排水、防洪、保護水資源等業務運營管理系統，實現統一的協同化管理。

（2）高效化資源利用。實時監控水質、供水管網，實現供水、用水情況的統計分析，為決策提供信息，合理調配資源。

（3）便捷化服務。搭建統一的門戶平臺，社會公眾可以利用新一代的信息技術隨時隨地查詢需要的水務信息，并利用無線終端預約服務，提高效率，改進服務方式，提高服務水平。

（4）智慧化業務。深層挖掘水利大數據，為水務業務的發展提供支持，提高決策的準確性。數據整合、業務系統關聯將為政務管理與民生服務搭建起一站式操作平臺。

2.2 構建方案

2.2.1 系統平臺構成

（1）感知層。深化水務物聯網技術的應用，實現全面感知水資源數據。

（2）網絡層。將感知層信息進行傳輸，實現感知層信息的實時動態采集、傳輸和存儲，形成完善的網絡體系。

（3）數據層。建立數據高度集中中心，實現以數據中心與外部業務庫同步的對外業務支持。

（4）應用層。高度集成系統、應用，實現信息的共享、系統升級以及二次開發，分割業務流程，多網融合，結合數據中心的大數據應用實現輔助決策的作用和統一的業務管理。

（5）平臺層。實現對水務數據的存儲、分析和處理以及網絡層、應用層之間數據的轉換，負責網絡設備的管理和業務信息、設備信息的展示。

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

2.2.2 系統平臺應用

系統平臺以“分布式實時數據庫”為核心，搭建工業控制消息總線，集成面向服務（SOA）系統的信息服務總線。這兩種總線，支持通用信息交互和廣域服務，實現高效的通信和應用集成。系統平臺軟件涉及SCADA平臺軟件，實時數據庫、歷史數據庫、計算引擎軟件、關系數據庫、報警管理軟件、GIS平臺軟件、WEB服務器、安全防護以及計算服務器等。

2.2.3 系統平臺建設內容

2.2.3.1 數據中心

數據中心的建設包括基礎設施，云平臺、應用，網絡及安全運維。

（1）軟硬件基礎。包括服務器、數據庫、網絡系統、安全設備等。

（2）云平臺和應用。利用云平臺實現數據的采集、交互、存儲以及共享，基于 SOA架構以及云計算來實現各子系統的無縫連接。利用云應用，將傳統的軟件應用模式轉變成即取即用的服務模式，利用網絡連接各級服務器，實現遠程操控，并能夠在線開發，實現高度系統集成應用。

（3）安全運維。組建安全部門，安裝安全防護設備。

2.2.3.2 企業管理及公共服務信息平臺

（1）企業管理信息平臺。建立權限機制，通過身份認證分配權限，實現對生產、營銷、服務等信息的動態瀏覽，集成各類水務信息并與水務企業各級計算機系統連接，實現信息的集成與共享。

（2）公共服務信息平臺。該平臺主要用于管理方對外發布信息，公布相關政策法規信息，以及涉水業務的響應、處理、繳費、查詢等功能。

2.2.3.3 業務體系

業務體系包括生產、營銷、管理和信息四個體系。生產體系包括制水、水質監測、供水調度、相關設備管理等內容；營銷體系包括收費、新裝、客戶服務、管網維護、用戶信息管理等；管理體系包括計劃、項目、成本等；信息體系包括系統的運行維護、改造升級、數據分析統計挖掘、指標管控等。

3 關鍵技術

3.1 物聯網

在智慧水務中物聯網是一項關鍵技術，包括傳感器技術、RFID技術（射頻識別技術）、智能嵌入技術、數據融合技術。源自于ITU（國際電信聯盟）的定義，在智慧水務領域，物聯網技術主要用于水資源管理、水務信息管理以及制水過程管理。通過物聯網實現水務信息的實時監控和動態采集、調度以及遠程管理方面，并利用水務專網、無線網實現完成相關設備標定、管理以及監控，提高效率，實現供水、用水以及決策制定的智能化。

3.2 云技術

云技術是在廣域網或局域網當中將硬件、軟件、網絡等資源集成起來，實現數據的計算、儲存、處理和共享的一種托管技術，是網絡、信息、整合、管理平臺、應用等技術的總稱。在智慧水務平臺系統當中主要用于搭建數據中心。所以要了解云技術的關鍵即云計算。

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

（2）分布式海量數據存儲，只需要大量的服務器，并同時服務于大量的用戶，采用分布式儲存和冗余儲存，提高數據儲存的可靠性。

（3）海量數據管理技術，主要包括BigTable和HBase。這是為大數據提供數據源的關鍵。

（4）平臺管理技術，主要實現云端運行的應用軟件的管理，協調大量服務器，使其協調工作。

3.3 移動互聯

移動互聯技術就是將移動通信和互聯網結合起來，成為一體。這是互聯網技術、平臺、商業模式和應用與移動通信技術結合并實踐的活動的總稱。基于移動互聯的移動APP，可以將移動通信和互聯網的優勢結合起來，提高廠站運作效率和管理服務水平；可以結合智能手機的OS特性，開發出操作簡單、高效便捷，專注于水務行業的移動管理系統，并連接PC端實現信息的共享，使水務企業的成本管理、KPI展示、過程監控、關鍵數據錄入進行數字化。而移動互聯將作為網絡通信的補充，打通信息孤島和業務隔閡，實現信息之間的無縫銜接，既有利于企業掌握經營全貌，也利于市民方便快捷的接受信息。

3.4 分布式對象技術

分布式對象技術涵蓋的主流技術包括COM/ DCOM/.NET組件技術、Java技術、CORBA技術、數據庫技術這四種技術。Java技術是一種可以撰寫擴平臺應用軟件的面向對象程序設計語言，具有卓越的通用性、高效性、平臺一致性和安全性，它對于智慧水務移動 APP的開發具有顯著的作用。CORBA技術，可兼容各種網絡設備，通過該技術組件網絡管理子系統，先在每臺設備上構筑信息通道，保證數據傳輸，并由該系統實現與上層軟件的信息交互和NAP功能，同時可在該子系統配置標準的應用程序接口，實現用戶自定義程序與上層軟件的信息交互。數據庫技術，是智慧水務當中比較核心的技術，智慧水務平臺系統對信息采集的實時性要求高，DRTDBS（分布式實時數據庫）可滿足要求，商業數據庫可對歷史數據進行保存，通過建立起RTDB，形成數據處理的子系統。這些技術的實質在于構建出數據中心的硬件基礎，然后向云計算轉型。通過虛擬化服務器、網絡虛擬化、軟件定義的存儲、混合等技術，架構軟件定義數據中心，目的是解決大數據分析。

4 智慧水務應用案例及發展形勢

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

以北京為例，根據IEC智慧城市報告（2016.04）所提供的數據顯示，北京是中國規模龐大的城市化進程的代表，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，這種超大規模的城市化進程給北京帶來經濟競爭力的同時，也導致這座城市面臨許多新的挑戰，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建設，規劃構建“通州智慧水務平臺”，從側重水信息采集、處理和集成轉向水信息大數據的挖掘、分析和應用。在規范組織水信息的基礎上，融合決策算法和仿真技術，不斷挖掘和分析水信息的潛在價值，科學、高效、智慧化解決水問題，不僅為“智慧北京”的城市建設沖鋒陷陣，更為北京城市的水資源的可持續發展奠定基礎。

5 結束語

隨著科學技術的發展，特別是物聯網技術的發展，智慧水務平臺系統的構建已經具備成熟的條件，基礎設施（感知層）建設逐漸完善，涉及到物聯網技術、傳感器技術，移動互聯網技術等方面的運用也在飛速發展。我們在如此利好局面下，不僅要清醒地認識到我國智慧水務尚在起步階段，尚有諸多問題需要解決，需要循序漸進地開展建設。同時要在緊密關注發達國家先進的技術與理念同時，以“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”為治水思路，發揮我們的想象力、創造力，結合我國水資源特點、民生需求等各個方面的因素，為建設我國特色的水利行業持續發展保駕護航。

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TP393

A

1672-2469（2017）02-0022-03

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.009

2016-12-01

董海天（1988年—），女，助理工程師。