智慧水务新构想

高维娜 杨旭升

摘 要：随着IBM“智慧地球”的提出和物联网应用模式的日趋完善，“智慧水务”的新构想应运而生。文中阐述了“智慧水务”发展建设的必要性，提出了一种新构想，即“感”、“控”、“享”三个方面，并对其进行了详细介绍。同时，文中为未来智慧水务建设提供了一定的参考，并利用云计算、大数据服务，为“智慧水务”的实现提供了可能，使水务系统更智能化。

关键词：智慧水务；物联网；大数据；智能控制

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）06-00-02

0 引 言

多年来，中国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，已经严重威胁到了社会的可持续发展，也威胁到了人类的生存。2014年4月17日，国家发改委召开了全国“十三五”计划，其中，张高丽强调必须要坚持绿色循环低碳发展，扎实推进生态环境保护，打好大气、水、土壤污染防治“三大战役”，建设天蓝地绿水清的美丽中国。水污染可分为两个大类，即自然污染和人为污染。目前人为污染对水体危害较大，它包括工业污染，农业污染和生活污染。“智慧水务”新构想是基于IBM之前提出的“智慧地球”方案，所谓“智慧水务”是指通过数据采集、传输等传感设备实时感知城市供排水系统的运行状态，并采用可视化方式有机整合水务管理部门与供排水设施，形成“水务物联网”。同时利用IT和大数据服务系统帮助水务系统做好各类污水处理，实现最佳管理状态，提升运营效益，通过系统的监测、信息采集分析，使水务系统运行更加可靠安全，更加“智慧”[1]。

1 “智慧水务”新构想

本文将从“感”、“控”、“享”三个方面详细介绍“智慧水务”的新构想。

1.1 “感”

“感”即感知层。水务系统需要采集各类事实数据，例如雨量站、水文站、需要主要供水主干管的pH值、压力、浊度及总氯，污水处理系统需要水质数据COD、氨氮、HP、总磷等[2]。系统通过信息识别、信息感知、位置定位、通信技术进行处理，这一系列技术的详细过程如图1所示。

1.2 “控”

这里 “控”指的是智能控制系统，即实现水务系统的实时状态监控的全自动化。本文以某企业的污水处理厂为例进行分析。污水处理厂可采集的数据主要包括出口COD、氨氮、HP、总磷、流量等，但不同污水处理厂使用的PLC/DCS品牌型号不一，通信方式也不同，再加上水质分析仪表的品牌及接口类型不同，使数据采集的技术难度较大。“智慧水务”整合了水力模型、供水管网地理信息系统（GIS）、管网压力实时监控系统（SCADA），可针对西门子、AB、施耐德、三菱等系列PLC和爱默生、新华、霍尼韦尔等实现DCS数据采集通信，以及与RS 485、MODBUS等总线接口通信并通过Internet、GPRS等进行远程通信。具体的控制系统如图2所示。

“智慧水务”是全自动控制的，具有先进性的控制模型，其可使系统处理流程紧凑合理，保证调节过程最优化，相应工序能耗低，处理效果好。该系统可进行远程运行控制、远程故障分析解决，通过远程控制处理现场故障，指导现场操作人员操作，提高管理效率。同时完善数据采集和监控系统（SCADA），提高设备运行的安全性，降低工艺设备故障停机次数，降低人工成本，减少耗材与运行材料费用成本，从而很大程度上降低营运成本[3]。

1.3 “享”

“十三五”计划要求坚持公平包容、共建共享，这里提到的“享”即共享数据资源。数据数量大且分散性强，数据之间是不完全独立的，但却对公司、用户和社会经济有巨大价值。从环保角度来讲，虽然可查询的公益环保数据越来越多，包括全国气象、水文、工厂分布及污染排放达标情况等数据，但这些数据太分散、太专业、缺少分析、没有可视化，普通人难以理解。若要使大众看懂并保持关注，真正地惠及民生，则要利用目前蓬勃发展的云计算、物联网和大数据技术，它将成为社会监督环保的重要手段。大数据是指对大量的、种类各异的、来源复杂的数据进行发现、存储、计算、分析和处理[4]。所以，大数据包括两部分，首先，它涉及的数据量大；其次，还包含了对数据的处理方法和分析的理论和技术。

“智慧水务”中的“享”可以从以下几个具体的方面考虑：

（1）数据共享及交换平台。该水务物联网系统和数据分析处理系统在饮水安全监测、水文监测及预警、地下水监测、污水处理排放、防汛抗旱、山洪灾害监测及预警、水资源信息等多方面实现了平台整合，依赖云计算将对采集到的海量数据进行整合、管理、存储，提高水务生产质量，改善运营管理模式，同时对整个物联网提供计算服务，目的是实现预测、决策，利用传感网络的反向控制来控制物联网中事物的发展进程和运动过程，对全局状态有更准确的把握，以更加合理、精细和动态的方式管理水务系统的生产、服务管理流程[5]，从而达到“智慧水务”的目标。例如，通过网络平台建成视频监视点，并通过共享部门视频资源，对中型水库、重点海堤、特区内主要河道和某些易涝易浸点进行实时监控。

（2）建立新服务模式，提升用户体验。通过“智慧水务”综合平台惠及民生，除了通过银行划账和亲临营业厅缴费之外，用户还可自由选择支付宝、翼支付、京东钱包客户终端等多种方便快捷的缴费方式。同时引入微信平台，水费缴纳、停水通知、水质公告、水价信息、水费查询、投诉建议等都可通过各个官方微信发布。

（3）开发大数据应用软件。香港《南华早报》根据中国环境保护部发布的官方数据，绘制了2014年中国空气污染地图，它包含161个城市几近完整的空气质量指数（AQI）水平和主要污染物。水务系统中也可以利用相同的方法开发软件，如水质污染图、污水排放处理图等。这些软件要实现完全 “可视化”，以方便群众查看并可实时分享到社交媒体平台。要加大大数据价值挖掘的广度和深度，将不同部门不同类型的大数据关联起来，如环保、卫生、经济、交通、气象数据等。这才是“智慧水务”的特点，也是最困难最复杂的部分[6]。

2 结 语

现如今，城市发展受到有限能源、资源减少、人口剧增等条件的限制，而发展又离不开水资源，“智慧水务”的核心是改善水质量、水工业以及分配水资源，它以一种更智慧的方法利用新一代信息技术，即物联网、大数据、云计算等来优化水务系统，改良水处理工艺过程，改善与人们的交互方式。“智慧水务”将以准确的感知、先进的智能化和广泛灵活的交互方式促进生态系统的互动发展，并通过使用先进信息技术改善商业运作和公共服务，构建“智慧水务”运行模型将有助于推动智慧地球的实现。

参考文献

[1] 王燕平.施耐德电气：智慧水务，善用其效[J].自动化博览，2015（7）：47-48.

[2] 田雨，蒋云钟，杨明祥.智慧水务建设的基础及发展战略研究[J].中国水利，2014，20（1）：14-17.

[3] 张小娟，唐锚，刘梅，等.北京市智慧水务建设构想[J].水利信息化，2014，2（1）：64-68.

[4] 王元卓，靳小龙，程学旗.网络大数据：现状与展望[J].计算机学报，2013，36（6）：1125-1138.

[5] 韦川.湖北武汉市推进水务信息化建设问题及对策分析[J].中国防汛抗旱，2013，23（4）：7，27.

[6] 邵长恒，孙更新.物联网原理与行业应用[M].北京：清华大学出版社，2013.