城市水環境智慧水務系統建設探索

摘要：在大數據、物聯網、云計算、人工智能等新技術的基礎上，結合城市信息化現狀，整合全部涉水資源，從水務業務應用的實際需求出發，明確智慧水務建設目標，以“5+3+1”的模式建設智慧水務信息化系統，主要包括5個一整體架構（智能感知網、數據中心、服務平臺、業務應用體系、技術規范體系）、3大板塊（業務管理、運營管理、輔助決策）和1個綜合監管平臺。

關鍵詞：智慧水務;廠網一體化;信息化;平臺

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）02-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.137

Abstract： On the basis of new technologies such as big data， the Internet of things， cloud computing， artificial intelligence， etc.， combined with the current status of urban informatization， all water resources are integrated. Starting from the actual needs of water business applications， the goals of smart water construction are defined， 5 + 3 + 1 “model to build a smart water information system， which mainly includes five integrated architectures （intelligent sensing network， data center， service platform， business application system， technical specification system）， three major sectors （business management， operations Management， assist decision-making） and an integrated supervision platform.

Keywords： smart water affairs; plant-network integration; informatization; platform

隨著城市化進程的發展，城市人口快速增多，過度開發和不合理開發情況時有發生，人類的行為破壞了原有的排水路徑和水循環平衡，帶來一系列水環境問題。當前，以大數據、云計算、物聯網、人工智能為代表的新一代信息技術正帶來第三次信息技術革命，信息技術逐步在與水務業務應用和生產運行相融合，使智慧水務建設在技術層面得到了更為廣泛的支撐。

1 建設目標

智慧水務的目標是圍繞城市廠網一體化聯合調度的業務應用需要，綜合應用地理信息系統、物聯網、云計算、大數據等技術，利用在線監測和管網運維數據，以數據平臺、應用平臺為框架，分階段建立和完善對排水戶、管網、調蓄池、泵站、污水廠等水務基礎設施一體化監測、運維、管理和服務平臺，實現“自動化監測、實時化調度、網絡化辦事、系統化管理、科學化決策、規范化服務”的技術系統。智慧水務的建設要體現當地特點、技術先進，業務與技術深度融合，實現感知系統化、調度智能化、決策智慧化和服務個性化化。

2 信息化現狀

（1）水務管理部門各自為政，缺少溝通與協調。（2）基礎數據缺失較多，監測數據少。（3）調蓄池、泵站管理運行調度的自動化程度不高。（4）未建立廠網一體化聯合調度系統，無法控制污水廠、泵站、管網的運行狀態。（5）資產管理能力差，運行維護效率低。

3 設計原則

智慧水務建設要以水務業務管理實際需求為導向、業務應用為核心，提升排水系統的運行效率，實現廠網一體化聯合運行調度，提高水務管理的決策水平和應急處理能力，智慧水務的建設過程應遵循以下原則：

3.1 統一規劃，統一標準

智慧水務建設必須統一規劃，從廠站網一體化運行的需求出發，遵循國家相關信息化標準，按照統一的數據匯交、數據整理、數據庫建庫、系統開發等方面的標準或規范，開展智慧水務建設。

3.2 需求導向、業務協同

以水務運營管理業務實際需求為導向，保障工程效益的最大化發揮為目標，合理配置資源、優化整合資源，建立統一的技術支撐體系，加強應用系統支撐業務需求的集約化建設，降低維護的強度和成本，降低信息安全風險。

3.3 資源整合、信息共享

在現有信息化系統基礎上推進智慧水務建設，統一數據資源平臺和統一應用服務平臺的建設，實現平臺集中與共享利用，建立行業范圍內及范圍外的信息共享機制。

3.4 制度保障、安全可靠

需要建立與智慧水務相適應的規章制度，并通過行政手段確保這些制度的強力執行，逐步形成信息共用共享的長效機制，保障系統建設的穩步推進。

4 總體框架

開展智慧水務項目建設，需統籌規劃，集成整合各類空間資源數據，并與日常管理、視頻監測、應急指揮、資源管理、智能決策、政務管理以及各有關應用系統對接、支撐。同時，建立相應的規章制度和技術標準規范體系?？傮w框架如圖所示。

系統建設框架自下而上由系統基礎設施、數據層、服務支撐層、集成層、應用層和展現層等6個具有內在聯系、層次結構分明的層次有機組成。

基礎設施層（IaaS和PaaS）：是指系統運行支撐，系統基礎設施包括操作系統、數據庫以及應用開發框架、數據庫等軟件平臺，以及服務器、存儲設備、電源設備、網絡資源和網絡安全設備等硬件支撐環境。

數據層（DaaS）：是整個系統的核心，包括數據的存儲和數據的處理，主要是指從現有數據資料整理錄入以及管網現有相關系統中抽取、調用等方式獲取的，建設綜合數據庫，用于支撐和實現相關管理功能，包括綜合數據庫及數據采集入庫、數據交換與共享、數據庫管理等。

服務支撐層：包括用戶管理和地理信息服務，為一體的信息化支撐平臺，為公司所有信息化建設提供統一、規范的用戶授權認證和地理信息服務支持。

集成層：包含微服務、門戶及資源目錄。利用微服務，可對用戶單位現有的各信息系統進行對接和整合，構建真正符合SOA規范和標準的信息系統。

應用層（SaaS）：業務應用層通過人機交互的方式提供相關功能，面向應用，結合用戶在各項工作上具體需求而定制開發的功能。

業務展現層：負責展現業務系統功能，主要分為大屏、移動端、PC端等展現方式。

安全保障體系：在信息安全體系架構下，確保系統應用安全、數據安全。

標準規范體系：制定符合實際業務工作的數據維護及IT管理等規范。

5 建設內容

根據智慧水務系統平臺總體設計框架和城市信息化發展現狀，智慧水務主要建設內容可以概括為“5+3+1”，即5個一整體架構、3大板塊、1個綜合監管平臺。

5.1 五個一整體結構

通過對城市水務業務的梳理，按照智慧水務總體框架搭建5個一智慧水務整體架構。

5.1.1 一張智能感知網建設

通過液位、流量、水質、雨量、視頻等設備，采用在線監測與人工檢測相結合的方式，建立涵蓋源、網、廠、河、湖一體化的智能監測網絡，完善信息采集，提供準確、實時、有效的監測數據，構建城市智慧水務智能感知網。

5.1.2 一個數據中心建設

數據中心建設包括數據采集、整理、生產、處理、建庫和備份等一系列過程，建立統一的數據字典，從水務設施管理、水務運行管理、及水務設施的養護管理等各類數據的存儲與管理要求出發，依據“統一規劃、統一標準、統一設計、數據共享”的基本原則，建立水務數據中心，實現所有數據實時調用、處理、分析計算和顯示。

5.1.3 一個服務平臺建設

基于智慧水務智能感知網和數據中心，構建一體化綜合應用服務平臺，實現水安全、水資源、水環境、水生態的智能感知、監測預警，主要包括工程管理、智能感知、排水管網管理、河道監管、應急預警、污染源應急、廠站網運維和水資源信息綜合查詢和檢索。

5.1.4 一套業務應用體系建設

智慧水務應用體系利用地理信息、移動互聯網、物聯網、大數據、云計算等先進技術，覆蓋防汛安全、水資源管理、水環境綜合整治等水務業務內容，提升水務各級管理部門業務協同能力和決策支撐能力，主要包括設施資產管理、防汛排澇預警、污水廠智慧化運行、管網設施巡檢、廠網一體化聯動調度、河湖水環境監測。

5.1.5 一套技術規范體系建設

在國家、行業相關標準的基礎上，結合智慧水務信息化需求的實際情況，編制應用開發類、專項類、數據資源類、基礎設施類、信息安全類和工程建設管理類規范體系。

5.2 三大板塊

5.2.1 業務管理

業務管理主要流程圍繞水安全、水環境和水資源三大領域，覆蓋政策法規、行政執法和應急管理等職能。

5.2.2 運營管理

運營管理主要以資產模型、設備臺賬為基礎，通過調度系統對所有廠站生產過程中的各個工藝環節進行集中監視，協助維護單位建立各類巡檢養護計劃，并落實到責任主體，包括設備管理、廠站網運行監控、巡檢管理、綜合信息管理。

5.2.3 輔助決策

輔助決策主要基于城市的水環境仿真模型和大數據分析等智慧化應用系統，對水環境進行模型分析預測，對污水廠、調蓄池運行進行模型仿真，制定聯合調蓄智能運行方案，包括廠站網聯合調度、污染源溯源、災害預警、應急指揮等。

5.3 一個綜合監督平臺

基于大數據分析，整合業務應用，依托現有信息化建設資源，采用面向服務的體系架構構建智慧水務綜合監管平臺，實現多業務系統的業務集成、可視化展示、綜合監管、應急指揮管理和領導輔助決策。并通過政務網向智慧水務提供面向各級用戶的基于數據訪問權限的業務應用，滿足智慧水務業務管理需求。

6 結束語

智慧水務系統能夠加強排水管網資產監測管理能力，加強排水管網日常精細化養護管理，優化運營調度，增強城市排水防澇的預警預報和應急處理能力。但是，智慧水務項目的建設，要充分認識城市水務信息化基礎設施十分薄弱的現狀，在切實做好水務要素數字化，運營信息數據化的基礎上，從各城市水環境綜合治理的實際需求出發，腳踏實地，做好規劃，逐步由信息化向智慧化穩步推進。

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收稿日期：2019-12-21

作者簡介：孔祥文（1978-），男，漢族，碩士，中級，研究方向為智慧水務研究與應用。