基于物聯網技術的供水信息化應用與實現

摘要：供水企業的正常運行與否深刻影響著民生發展。供水要保證質量水平和安全水平，是城市現代化建設的一項重要要求。近年來，供水企業積極引進了先進科技和設備，搭建了智慧水務管理平臺，其中融入了物聯網技術、大數據技術等，我國的供水開始朝信息化、智慧化方向發展。本文通過分析供水信息化發展的意義及現狀，提出了基于物聯網技術的供水信息化建設思路，以及供水信息化的主要實現方向。希望本文的相關研究內容可以為供水公司的實際工作提供有益參考。

關鍵詞：信息化平臺；供水管理；物聯網技術

一、引言

在國民經濟水平不斷提高的背景下，居民的用水需求也逐漸提高，對于供水企業來說，有必要積極運用先進技術，優化調整供水服務機制，提高供水質量。

二、供水信息化發展的意義

第一，能夠實現水資源管理的精細化。利用大數據挖掘和分析技術，水務管理平臺可基于供水數據信息，準確預測分析未來某段時間內的水資源需求，從而實現水資源的合理分配，防止水資源浪費。

第二，有助于提高供水服務效率。信息化系統能夠及時獲取各個水流量監測點的監測數據，提升供水數據信息收集、分析與反饋效率，從而提高供水服務效率。

第三，能夠增強供水運行機制的應急響應能力。水務的智慧化管理，可以對管網進行全面監測，切實診斷異常情況。

第四，可以提升用戶用水體驗滿意度。供水信息化系統不僅可以圍繞基礎水務開展工作，還能整合數據信息進一步分析用戶的實際用水習慣，了解地區民生的用水需求，再提供對應的供水服務。如信息化系統能夠通過數據信息分析用戶各時段用水量，及高需求時間段，再通過相應的優惠方案匹配用戶需求，從而提升用戶對用水體驗的滿意度，有利于供水企業未來的可持續發展[1]。

三、供水信息化發展的現狀

隨著水務管理工作中引入的先進技術越來越多，城市供水的信息化發展趨勢也越來越顯著。較多的供水企業在供水管理方面實現了自動化、可視化、數字化，能夠準確判斷供水管網各位置的健康狀態，也能了解到城市用水需求的變化，從而有助于供水企業提供更具指向性的供水服務，推動社會民生的穩定發展。供水信息化鏈條中，對數據的感知依賴物聯網技術，供水企業可在此基礎上對水資源進行合理調度，提高水資源利用率。然而，目前的供水智慧化、信息化管理系統還存在一些不足之處，成為限制水務現代化發展的因素。[2]

四、物聯網技術的概念

物聯網技術是信息技術持續革新發展下的一種新網絡概念，其是指借助傳感器設備、GPS定位裝置、無線射頻識別設備等開展信息的傳感，將互聯網和各種物品之間進行有效連接，促進多方主體的通信，提高信息交換水平。物聯網技術的主要功能包括管理、定位、識別、監控以及跟蹤，其核心技術主要包括嵌入式系統、傳感器技術、M 2M技術以及智能卡技術等，在全面感知信息后，能夠輔助各類業務，促進其高效運行。

水利相關行業具有空間跨度較大、安全性能要求較高以及野外作業較多等特征，十分適合運用物聯網技術。利用物聯網技術，供水企業各個基站的數據信息都能被物聯網架構中的感知模塊采集，再通過網絡順利傳輸到數據中心，由數據中心開展進一步的整合、分析以及顯示，供相關人員優化供水方案并提出科學決策，使得供水管理更加準確、及時、高效[3]。

五、基于物聯網技術的供水信息化建設思路

以物聯網技術為基礎的供水信息化建設，不僅能夠實現水務相關數據信息的全面整合，同時也能打通不同業務功能，確保水務管理的高效執行，促進供水效率提高、供水規范性增強，推動現代水務企業的智慧化發展。在具體建設思路方面，應考慮如下幾個方面：

首先，應確定供水系統信息化建設需結合的技術，并以相關技術為基礎搭建綜合管控平臺。除了物聯網技術外，供水信息化系統還需要遙感技術、地理信息技術以及大數據技術等。確定相關技術并進行有效整合，為供水功能的開發提供支持。

其次，基于實際需求設定水務管理平臺的基本云框架，建設安全機制，確保數據通信的穩定效果達標。水務管理平臺應搭建自動化水資源生產控制系統、智能抄表調控系統、管網實時監測系統以及智能客服系統等，以上這些系統能夠保證水務工作的自動化、遠程化管理。

最后，客觀評估供水信息化系統，梳理關鍵運行環節，找到不足之處。例如，某供水企業的供水信息化系統搭建完成后發現，其數據統一管理方面的性能還有待優化，同時，供水管網的漏損監測和預警、水資源智能調度等方面都未達到業務標準。及早進行對系統的評估與梳理，有助于及時改進問題，避免了后期大規模重建的時間與資金成本投入。

六、基于物聯網技術的供水信息化應用及實現方向

（一）實現信息化、智慧化的水務管理

供水信息化系統機制中，結合當前先進的理念和物聯網技術，能夠實現智慧型水務管理。比如，各供水水泵均可通過中央集控室的計算機設備進行統一的遠程控制。在水資源生產場景中，泵站具有極為重要的功能，因此，供水公司也可借助物聯網的全面聯通功能對泵站進行監控，確保其各項細節都能得到有效監管。監控視頻具有跟蹤性、動態性特征，自來水生產設備以及水泵等可以在智能監測下確保健康運轉。

在物聯網技術支持下，供水系統可具備多種信息化功能，如人機交互功能、遠程監測功能、智慧診斷故障類型功能等。聯網可打通供水中各項水務信息的壁壘，實現數據信息的集中化管理，通過在供水各環節重要設備配置傳感器裝置、安裝視頻監控裝置進行數據收集與安全管理，與此同時，對設備管理人員發放與設備相連接的一卡通。工作人員在進行相關管理操作時，相關數據均可以借助無線網絡通信相互傳導，并能直接傳送到智能終端設備，實現人與設備間的互相感知、人和人之間的信息共享，從而快速整合各項信息并提供科學管理決策依據，規避以往水務管理中的“信息孤島”現象。在信息化系統的支持下，水務管理人機交互能力變得更強，如工作人員在控制水泵時，只需對計算機進行簡單點擊即可開啟、關閉設備，也能通過可視化屏幕及時監測設備存在的安全隱患，再結合智能算法和規則診斷設備是否出現故障，并快速定位故障設備位置，使遠程高效水務管理成為可能。結合物聯網的信息化水務管理，能夠確保安全、穩定、高效供水[4]。

（二）優化供水系統的能源調控能力

企業在供水過程中會耗費許多能源，因此，水務公司也可利用供水信息化系統優化能源調控，如對能源流動情況進行監控、繪制其變化圖像、進行數據分析，搭建能源異常情況預警系統，制定能源節約應用的相關策略和方案等。物聯網的核心功能體現在能源數據分析、服務支持以及整體調控方面。例如，依據繪制的能源圖像，為下個階段的供水系統開發建設以及調配規劃等提供支持，其也能實時監控供水信息化功能的作用發揮，在數據分析前，需開展數據發掘、統計整理，在此基礎上制定相關策略與方案。對于供水信息化系統的運行監測，有助于提出輔助信息化管理工作相關決策，促進信息化管理水平的提高。

（三）實施設備的信息化維護管理

針對供水系統的核心設備開展信息化維護管理。水廠內部各種設備都設置了RFID規格的電子標簽，可將標簽對應的設備資料均輸入到設備管理信息化平臺中，便于后續管理與維護。設備的信息化管理具體包括以下三種類型：

第一，可實時定位設備。從控制基站的設備中接收RFID標簽信號，就能夠精準判斷是哪一種、哪個位置的設備，定位后可以追蹤分析其狀態。

第二，能夠實現設備的智能巡檢。巡檢人員攜帶智能檢查設備，可以通過電子版標簽讀取設備基本信息，其可與就近的基站實現聯通，通過基站和設備間的距離可以判斷人員所處工作區位置，再指揮人員進行設備的手動檢查和維護，把控相關業務流程。巡檢信息會通過設備發送給對應服務器，對巡檢具體操作進行記錄，再分析其檢修信息，為設備維護方案提供指導。

第三，對設備運行的操作提出警示，信息化系統可以對人員操作設備的動作進行識別，還能判斷對應人員身份，確保其操作符合要求。系統可智能化提示供水設備操作的規范流程，當出現錯誤操作時則會發出告警提醒。

七、基于物聯網技術的供水信息系統的搭建要點

（一）了解城市供水的基本流程

供水企業在搭建結合物聯網技術的信息功能系統前，要切實了解城市供水的基本流程。水資源一般是從自來水生產廠進行取用，在其生產過程中會進行沉淀、消毒以及過濾等，之后將處理達標的水送到供水管網當中，通過各種先進供水設備，如加壓水泵等，為工業主體或城市居民提供可用的水。城市供水的管道分布繁雜，輸水距離也比較長，故而會在中途設置基站進行加壓，與之相應的，在整個管網中也包含許多測壓點，以保證供水系統的穩定運轉。

（二）供水信息化系統的網絡拓撲結構設計

基于物聯網技術的應用方向，結合供水信息化運行的要求，開展供水信息化系統設計。在搭建系統時，可以先設計網絡拓撲結構，其具體包含三個部分：首先是感知層部分，其包括視頻監控設備、對應服務器以及M2M終端裝置；其次是網絡層，采用局域無線網絡，滿足數據采集與傳輸的需求；最后是應用層，包含了數據存儲裝置、通信裝置、應用服務器以及Web服務器。

供水信息化系統在應用物聯網技術后可以實現綜合感知，因此，其對應傳感設備和智慧管理軟件都具有較強適應性及可靠性。為了保證供水監測到位，可以配置水質監測的傳感器裝置、水流量變化監控裝置以及視頻拍攝裝置，實時采集供水水質信息、水流量信息以及設備狀態信息等，再接入網絡將信息上傳到平臺中。采集器裝置為A/D復合型通道，其也與多路的模擬量相連接，通過探頭獲取對應數字量，最終形成信號[5]。

（三）以中間件為基礎的模型構建

傳統供水系統主要采用分布式計算來構建C/S模型，但其具有能耗較高、存在延遲以及可靠性低的缺點，無法滿足當下的現實需求，因此，需要搭建以中間件為基礎的新信息化模型。目前可以實現的計算軟件模型包括C/I/S模型、C/A/S模型以及移動Agent模型等。

本研究以C/I/S模型的搭建為例，其對于供水系統的傳輸網絡特征與整體性能需求進行了考慮。其中，供水運行中的控制與管理中，數據信息的通信傳輸都會通過中間件，即數據中心和生產水資源的機制相互分離，能夠保證企業不必耗費較多時間在數據傳輸上，只需要專心于供水數據的分析處理與上傳方面。供水系統的各種日志信息也會被記錄，再自動傳送到中間件，對應系統配置了接口、服務器、安全認證規則，可以有效處理異常情況。終端部分基于消息通信協議來接收信息，不僅能確保穩定供水，還能實現數據信息緩存，以防止重要供水信息因意外情況丟失。

（四）系統基礎數據庫的建立

供水信息化系統中的支撐部分還包括數據庫，其可以為整個供水過程提供關鍵信息參數，從而實現針對性管控。本次研究主要搭建了在線監測型數據庫，其主要包括三個模塊：

第一，監控中心模塊。監控中心模塊結合物聯網技術的監控中心，可對供水整體管網的各個流量監測點和壓力監測點進行數據收集和管理，其獲取實時數據信息后會自動生成曲線。在收集信息的同時，也可整理管網位置的屬性信息，從而判斷其連接狀態。若是處于已連接狀態，則對應數據信息會從傳感器傳輸到監控中心，若未進行連接，則表示還沒有達到傳送數據的時間點。在未來供水管網升級變化時，流量與壓力的測點則適當修改、刪除或增加，以保證傳感器裝置數據信息采集到位。

第二，設備管理模塊。設備管理模塊結合采集的數據信息，開展各項供水設備管理，其可以基于實際情況對物聯網采集設備數據的相關協議進行修改。

第三，數據下載模塊。在供水運維過程中，會從數據庫中提取一些信息，此過程就會運用到數據下載功能。系統可以借助搭建的模型對供水的關鍵節點壓力值、流量值信息進行下載，再結合實際供水管網的運行情況分析數據，找到壓力波動不利點，判斷其產生不利影響的具體原因，進而輔助實施改進。

八、結束語

綜上所述，供水企業以物聯網技術為基礎建設供水信息化系統，有助于實現水務的集中高效管理，促進供水穩定性和安全性的增強，推動企業的健康發展。由本文分析可知，基于物聯網技術的供水信息系統的搭建要點包括：供水信息系統的網絡拓撲結構設計、以中間件為基礎的模型構建、系統基礎數據庫的建立。希望本文的研究能夠為供水公司的供水信息化系統建設提供有益借鑒。

作者單位：李華 邯鄲市供水有限責任公司

參考文獻

[1]陳斌，黃凱寧，林金玉，徐嬌嬌.基于物聯網的供水監管系統設計與應用[J]. 現代信息科技，2023，7（19）：176-180.

[2]沈偉，張君，姜雷.基于物聯網技術的醫院二次供水系統優化研究[J].城市建筑，2023，20（16）：23-26.

[3]張晟.基于物聯網技術的二次供水智能管理平臺的設計與實現[J].中國新通信，2021，23（24）：40-42.