关于“智慧水务”平台系统的构建及关键技术分析

2017-04-06董海天

水利规划与设计 2017年2期

关键词：水务智慧信息

董海天

（北京市水利规划设计研究院，北京 100048）

关于“智慧水务”平台系统的构建及关键技术分析

董海天

（北京市水利规划设计研究院，北京 100048）

智慧水务是水务信息化建设的高级阶段，就是要建立起水务物联网，最终完成防汛抗旱、水资源调度以及水环境治理三大任务。本文从智慧水务的概念出发，分析了其具备的优势，并就此指出了智慧水务平台的系统构建及关键技术，以供参考。

智慧水务；平台；构建；关键技术；物联网

智慧地球概念的首次提出早在2008年，近些年的发展使其被世界各国所认可，更多的城市将电、水、气、交通等公共服务资源信息进行科学管理，以数字化、网络化、智能化的发展为目标，努力改善政府的管理和服务，可持续的为市民的日常生活以及人类生存环境的优化提供帮助。基于自动化、信息化等技术的智慧水务工程是智慧地球的一部分，更是智慧城市建设的重要组成，而相关的物联网、云计算自然就成为各大科技强国制定本国发展战略的重点。本文探讨了智慧水务平台系统的构建以及关键技术，希望有所帮助。

1 智慧水务的概念及背景

十三五期间中国要进入智慧城市2.0时代，智慧水务作为智慧城市当中重要的子系统是建设的重点。借助智慧水务平台实现对水务工作的优化升级已成为我们水利事业发展的必然趋势。我国水资源特点是：水资源缺乏的情况下，水污染及浪费的问题还十分严重。现有数据显示，全国多年平均的水资源总量是28412亿m3，其中河川径流量是27328亿m3，地下水资源量是8226亿m3，地表水和地下水是循环重复转化的，考虑到洪水和基本生态用水，中国河道外最大的可消耗的地表水量只有7524亿m3。目前全国总用水量已达到6095亿m3，包括生活、工业、农业这些国民经济用水以及社会经济用水。进一步分析流域情况，例如海河流域面积为32万km2，包括北京、天津、河北省的全部，山西省的东半部，河南、山东之黄河以北的地区，再加上辽宁和内蒙的一小部分，总人口达到1.45亿，但人均水资源量只有220m3，是世界平均水平7350m3的1/33。京津冀局部地区水资源量短缺更为严重，人均水资源量严重不足。如何将有限且短缺的水资源更高效的利用和管理已成为行业发展重点。

在我国经济发展进入新常态的背景下，水资源窘境倒逼发展转型，而自动化及信息技术的成熟，催生智慧水务的建设与发展。智慧水务即通过利用自动化设备获取底层数据，结合信息化技术的方法来提取、处理并公开城市水务信息，进而高效、低成本的管理城市给排水、污水处理、再生水综合利用等过程，为解决城市水问题提供必要的决策支持。

2 智慧水务平台的构建

2.1 构建目标

（1）协同化管理。建立起城市给排水、防洪、保护水资源等业务运营管理系统，实现统一的协同化管理。

（2）高效化资源利用。实时监控水质、供水管网，实现供水、用水情况的统计分析，为决策提供信息，合理调配资源。

（3）便捷化服务。搭建统一的门户平台，社会公众可以利用新一代的信息技术随时随地查询需要的水务信息，并利用无线终端预约服务，提高效率，改进服务方式，提高服务水平。

（4）智慧化业务。深层挖掘水利大数据，为水务业务的发展提供支持，提高决策的准确性。数据整合、业务系统关联将为政务管理与民生服务搭建起一站式操作平台。

2.2 构建方案

2.2.1 系统平台构成

（1）感知层。深化水务物联网技术的应用，实现全面感知水资源数据。

（2）网络层。将感知层信息进行传输，实现感知层信息的实时动态采集、传输和存储，形成完善的网络体系。

（3）数据层。建立数据高度集中中心，实现以数据中心与外部业务库同步的对外业务支持。

（4）应用层。高度集成系统、应用，实现信息的共享、系统升级以及二次开发，分割业务流程，多网融合，结合数据中心的大数据应用实现辅助决策的作用和统一的业务管理。

（5）平台层。实现对水务数据的存储、分析和处理以及网络层、应用层之间数据的转换，负责网络设备的管理和业务信息、设备信息的展示。

（6）安全层。部署入侵检测系统、安全审计系统、防病毒系统等，为平台提供安全保障。

2.2.2 系统平台应用

系统平台以“分布式实时数据库”为核心，搭建工业控制消息总线，集成面向服务（SOA）系统的信息服务总线。这两种总线，支持通用信息交互和广域服务，实现高效的通信和应用集成。系统平台软件涉及SCADA平台软件，实时数据库、历史数据库、计算引擎软件、关系数据库、报警管理软件、GIS平台软件、WEB服务器、安全防护以及计算服务器等。

2.2.3 系统平台建设内容

2.2.3.1 数据中心

数据中心的建设包括基础设施，云平台、应用，网络及安全运维。

（1）软硬件基础。包括服务器、数据库、网络系统、安全设备等。

（2）云平台和应用。利用云平台实现数据的采集、交互、存储以及共享，基于 SOA架构以及云计算来实现各子系统的无缝连接。利用云应用，将传统的软件应用模式转变成即取即用的服务模式，利用网络连接各级服务器，实现远程操控，并能够在线开发，实现高度系统集成应用。

（3）安全运维。组建安全部门，安装安全防护设备。

2.2.3.2 企业管理及公共服务信息平台

（1）企业管理信息平台。建立权限机制，通过身份认证分配权限，实现对生产、营销、服务等信息的动态浏览，集成各类水务信息并与水务企业各级计算机系统连接，实现信息的集成与共享。

（2）公共服务信息平台。该平台主要用于管理方对外发布信息，公布相关政策法规信息，以及涉水业务的响应、处理、缴费、查询等功能。

2.2.3.3 业务体系

业务体系包括生产、营销、管理和信息四个体系。生产体系包括制水、水质监测、供水调度、相关设备管理等内容；营销体系包括收费、新装、客户服务、管网维护、用户信息管理等；管理体系包括计划、项目、成本等；信息体系包括系统的运行维护、改造升级、数据分析统计挖掘、指标管控等。

3 关键技术

3.1 物联网

在智慧水务中物联网是一项关键技术，包括传感器技术、RFID技术（射频识别技术）、智能嵌入技术、数据融合技术。源自于ITU（国际电信联盟）的定义，在智慧水务领域，物联网技术主要用于水资源管理、水务信息管理以及制水过程管理。通过物联网实现水务信息的实时监控和动态采集、调度以及远程管理方面，并利用水务专网、无线网实现完成相关设备标定、管理以及监控，提高效率，实现供水、用水以及决策制定的智能化。

3.2 云技术

云技术是在广域网或局域网当中将硬件、软件、网络等资源集成起来，实现数据的计算、储存、处理和共享的一种托管技术，是网络、信息、整合、管理平台、应用等技术的总称。在智慧水务平台系统当中主要用于搭建数据中心。所以要了解云技术的关键即云计算。

（1）虚拟化技术，计算元件运行于虚拟环境中，扩大硬件容量，简化软件的配置过程，减少投资成本，并实现更广泛的OS支持。

（2）分布式海量数据存储，只需要大量的服务器，并同时服务于大量的用户，采用分布式储存和冗余储存，提高数据储存的可靠性。

（3）海量数据管理技术，主要包括BigTable和HBase。这是为大数据提供数据源的关键。

（4）平台管理技术，主要实现云端运行的应用软件的管理，协调大量服务器，使其协调工作。

3.3 移动互联

移动互联技术就是将移动通信和互联网结合起来，成为一体。这是互联网技术、平台、商业模式和应用与移动通信技术结合并实践的活动的总称。基于移动互联的移动APP，可以将移动通信和互联网的优势结合起来，提高厂站运作效率和管理服务水平；可以结合智能手机的OS特性，开发出操作简单、高效便捷，专注于水务行业的移动管理系统，并连接PC端实现信息的共享，使水务企业的成本管理、KPI展示、过程监控、关键数据录入进行数字化。而移动互联将作为网络通信的补充，打通信息孤岛和业务隔阂，实现信息之间的无缝衔接，既有利于企业掌握经营全貌，也利于市民方便快捷的接受信息。

3.4 分布式对象技术

分布式对象技术涵盖的主流技术包括COM/ DCOM/.NET组件技术、Java技术、CORBA技术、数据库技术这四种技术。Java技术是一种可以撰写扩平台应用软件的面向对象程序设计语言，具有卓越的通用性、高效性、平台一致性和安全性，它对于智慧水务移动 APP的开发具有显著的作用。CORBA技术，可兼容各种网络设备，通过该技术组件网络管理子系统，先在每台设备上构筑信息通道，保证数据传输，并由该系统实现与上层软件的信息交互和NAP功能，同时可在该子系统配置标准的应用程序接口，实现用户自定义程序与上层软件的信息交互。数据库技术，是智慧水务当中比较核心的技术，智慧水务平台系统对信息采集的实时性要求高，DRTDBS（分布式实时数据库）可满足要求，商业数据库可对历史数据进行保存，通过建立起RTDB，形成数据处理的子系统。这些技术的实质在于构建出数据中心的硬件基础，然后向云计算转型。通过虚拟化服务器、网络虚拟化、软件定义的存储、混合等技术，架构软件定义数据中心，目的是解决大数据分析。

4 智慧水务应用案例及发展形势

近几年，智慧水务作为建设的热点，我国各大城市在智慧水利的建设上都开始新的征程。

以北京为例，根据IEC智慧城市报告（2016.04）所提供的数据显示，北京是中国规模庞大的城市化进程的代表，从千禧年到 2010年仅十年的时间，北京人口增长了42%，是中国同期人口增幅的7倍之多，这种超大规模的城市化进程给北京带来经济竞争力的同时，也导致这座城市面临许多新的挑战，而水资源短缺的问题更为凸显。北京市行政副中心—通州新城的智慧水务建设，规划构建“通州智慧水务平台”，从侧重水信息采集、处理和集成转向水信息大数据的挖掘、分析和应用。在规范组织水信息的基础上，融合决策算法和仿真技术，不断挖掘和分析水信息的潜在价值，科学、高效、智慧化解决水问题，不仅为“智慧北京”的城市建设冲锋陷阵，更为北京城市的水资源的可持续发展奠定基础。

5 结束语

随着科学技术的发展，特别是物联网技术的发展，智慧水务平台系统的构建已经具备成熟的条件，基础设施（感知层）建设逐渐完善，涉及到物联网技术、传感器技术，移动互联网技术等方面的运用也在飞速发展。我们在如此利好局面下，不仅要清醒地认识到我国智慧水务尚在起步阶段，尚有诸多问题需要解决，需要循序渐进地开展建设。同时要在紧密关注发达国家先进的技术与理念同时，以“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”为治水思路，发挥我们的想象力、创造力，结合我国水资源特点、民生需求等各个方面的因素，为建设我国特色的水利行业持续发展保驾护航。

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