物联网技术在智能水务建设中的应用研究

2021-09-10刘华

农业科技与信息 2021年16期

刘华

（甘肃省渭源县水务局，甘肃渭源748200）

随着智慧城市的兴起，城市智能化建设已经成为当前发展趋势。水务行业与城市发展息息相关，在建设智慧城市中十分重要。在智慧水务建设中，应融合云计算、物联网、移动互联网等新兴技术，通过搭建应用系统，建设基础设施以形成初步信息化应用体系，使水务公司可利用无线传输挽留过数据采集网，自动监测税务数据，提高传输数据时效性，有效推动水务向可持续水务、现代化水务的发展。

1 智能水务建设任务

在建设智慧城市背景下，建设智能水务势在必行，需采取新的智能供水思路，通过应用新技术提升水务信息化水平，进而在业务集成、数据整合及智慧应用方面解决水务行业问题。以遵义市为例，为加快高端产业发展战略部署，推动物联网发展，立足于区域产业结构优化，转变经营方式，结合城市实际情况，制定智慧水务发展规划，项目投资金额800万元，以响应国家智慧城市建设的号召[1]。

一是构建水务中心。构建集基础监测数据、地理数据、业务数据为一体的水务中心，建立统一管理标准与数据标准，形成服务接口与数据结构的规范化，便于人员高效采集与应用数据，实现多系统数据整合共享。开放数据标准与接口，统一封装业务板块数据与功能，有助于和其他系统交换共享数据，避免产生“信息孤岛”。

二是统一业务框架。遵循“集中服务、总体设计、统一管理”的原则，采取统一业务框架构建智慧水务体系，通过一套贯穿水源至水龙头的全业务管理，规范水厂、原水、管网、漏损控制等模块建设标准，解决供水各部门业务协调难度高、条块分割的情况，提升水务管理效率。

2 智能水务系统建设

2.1 系统架构

根据物联网三层架构原则，智能水务系统可分为传感层、传输层与应用层。一是传感层。利用传感器感知物体，包含压力传感器、水质传感器、电压传感器、流量计、光纤振动传感器、电流传感器、视频摄像头、温度传感器、智能表具等，从物理量向数字信号转化，为传输中心数据处理提供基础，该层拥有庞大的数据量，是基础架构。二是传输层。在采集基础信息后，需将其进行传输，应用公用无线网络及自建有线网络将数据信息上传至应用层。三是应用层，该层可接受数据，结合业务特点实现数据展示[2]。如，应用组态软件展示水生产过程，应用GIS地图展示管网设备，应用网页展示用户功能。而对于智能表具等特殊设备，其具有控制功能，可控制欠费用户关阀、实现实时扣费等。

上述分层架构严格根据物联网分层构建，各层级分明，完成功能相对独立，利用相邻定义两层通用、统一结构，使人员在对各层进行改、删、增情况下对于其它层不会造成影响。如，改、删、增传感器层的传感器，不会对传输层及应用层造成影响。并且，借助相邻两层统一定义结构，实现各层的联系与协调工作，完成系统整体功能，而不相邻两层无法直接调用，该系统拥有低耦合、高聚合特点，降低了系统复杂性。

2.2 部署架构

整体水务系统分为管理调度中心与净水分厂分中心，前者负责对整个系统集中管理，后者负责对水生产过程进行监控。

2.2.1 间隔在部署架构中，管理调度中心与净水分厂中心相隔10 km，为保证两者数据畅通可靠地交换，在两者之间构建VPN数据专线[3]。

2.2.2 双机备热整体系统为保证运行稳定性，数据库服务器、服务器、工作站等关键位置均采取双机热备模式，确保一机产生故障后能够无缝切换，无需用户干预系统仍可正常工作，不会由于故障导致系统中断或数据流失。

2.2.3 防火墙系统在连接外部系时，应用防火墙等设置，确保系统安全性。

2.2.4 专用机房建设与国家标准相符的专用机房，配制UPS不间断供电设备等，对于关键数据库服务器与应用服务器则选择知名品牌，确保其质量。

2.2.5 交换机连接关键网络中应用千兆网络交换机，确保网络畅通无阻。净水分厂设置传输监控视频通道方面，则铺设了专门的光纤通道，且预留宽带为后续工作提供支持。

2.2.6 微晶屏监控中心显示屏应用微晶屏技术，屏幕应用了特殊纳米材料使其色彩更加艳丽、亮度更高，提高了系统显示效果。

2.3 数据资源共享

在智慧水务建设中，数据管理是重点，通过建设数据中心突破壁垒，保证数据的安全性。此过程中制定统一标准、统一规格、统一格式，开发数据交换共享对外接口，建立长效采集、整理、分类数据的更新机制，恢复和备份体制，保密维护管理办法[4]。

2.3.1 基础设施数据中心应有相应硬件设施，通过网络硬件、存储设备、服务器等为整合硬件资源提供支持，且利用物联网技术采集、传输与管理。

2.3.2 数据中心根据存储方式不同将数据传输至相应主题内，用以提炼数据，通过数据交换为业务提供所需服务。在建设中收集水务历史数据整理入库，构建长效收集与整理信息机制，完善供水管网地理信息，建设属性数据库与空间数据库；完善恢复与备份系统，制定数据库维护更新与来源主体保密等管理办法，编制管理归约与系列技术标准；通过现有水务云服务享受相应计算服务、数据服务、GIS、水力模型等软件服务，提高其业务能力。

2.3.3 支撑软件在数据库建设中，为保证数据库独立性与完整性，其结构见图1。

图1 数据库结构

2.4 可视化方法

集成平台提供WebGIS系统集成，通过服务器与区域空间矢量数据及地理数据项链，利用网络地图读取后，即可实现GIS二维地图集成，且利用地图控件实现缩放、平移、复位等基本操作。以集成平台为基础，即可制定区域二维GIS地图，交互使用地理信息，实现可视化矢量数据，为水务管理提供地理信息支撑。其主要具有以下功能：

2.4.1 提供构建管网图形工具箱以地理空间信息为基础提供可视化构建区域，且能够属性设置窗口添加与设置图形对象属性，属性数据对应数据库，能够结合用户需求及现状提供水务业务应用。

2.4.2 水务系统呈现图形化截面通过鼠标拖动点击工具栏、菜单栏即可查看各类功能，与Windows操作风格一致。

2.4.3 图形管理以拓扑元素代表业务实际应用对象，可编辑图形元素，包含添加、缩放、删除、复制、旋转、粘贴、连接、对齐、移动、粘贴、组合功能。

该系统构建实现了统一管理与界面风格，用户体验较好。此过程中，用户仅需登录一次即可，单点登录，按照预先分配角色及权限进入子系统内进行操作，不同子系统相互联系的同时相对独立，数据实现共享，以免出现信息孤岛。另外，告警系统统一化，集中管理子系统告警功能，架构更加清晰，统一数据分析与查询功能，便于商业智能分析、数据挖掘，进而为领导决策提供支持。

3 智能水务建设成果

根据上述架构，应用B/S架构即组态软件技术开发系统，应用效果良好。在管理中心内，以微晶屏技术为基础的屏幕拥有较高分辨率，无拼接缝，提高了视觉效果，可现实监控终端内容，以此控制软件任意组合。主界面中能够查看检测站点实时压力及流量变化，以可视化图形显示出来，若发生异常，如压力值或流量超过预设值，则会自动报警。