城市水环境智慧水务系统建设探索

摘要：在大数据、物联网、云计算、人工智能等新技术的基础上，结合城市信息化现状，整合全部涉水资源，从水务业务应用的实际需求出发，明确智慧水务建设目标，以“5+3+1”的模式建设智慧水务信息化系统，主要包括5个一整体架构（智能感知网、数据中心、服务平台、业务应用体系、技术规范体系）、3大板块（业务管理、运营管理、辅助决策）和1个综合监管平台。

关键词：智慧水务;厂网一体化;信息化;平台

中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：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

随着城市化进程的发展，城市人口快速增多，过度开发和不合理开发情况时有发生，人类的行为破坏了原有的排水路径和水循环平衡，带来一系列水环境问题。当前，以大数据、云计算、物联网、人工智能为代表的新一代信息技术正带来第三次信息技术革命，信息技术逐步在与水务业务应用和生产运行相融合，使智慧水务建设在技术层面得到了更为广泛的支撑。

1 建设目标

智慧水务的目标是围绕城市厂网一体化联合调度的业务应用需要，综合应用地理信息系统、物联网、云计算、大数据等技术，利用在线监测和管网运维数据，以数据平台、应用平台为框架，分阶段建立和完善对排水户、管网、调蓄池、泵站、污水厂等水务基础设施一体化监测、运维、管理和服务平台，实现“自动化监测、实时化调度、网络化办事、系统化管理、科学化决策、规范化服务”的技术系统。智慧水务的建设要体现当地特点、技术先进，业务与技术深度融合，实现感知系统化、调度智能化、决策智慧化和服务个性化化。

2 信息化现状

（1）水务管理部门各自为政，缺少沟通与协调。（2）基础数据缺失较多，监测数据少。（3）调蓄池、泵站管理运行调度的自动化程度不高。（4）未建立厂网一体化联合调度系统，无法控制污水厂、泵站、管网的运行状态。（5）资产管理能力差，运行维护效率低。

3 设计原则

智慧水务建设要以水务业务管理实际需求为导向、业务应用为核心，提升排水系统的运行效率，实现厂网一体化联合运行调度，提高水务管理的决策水平和应急处理能力，智慧水务的建设过程应遵循以下原则：

3.1 统一规划，统一标准

智慧水务建设必须统一规划，從厂站网一体化运行的需求出发，遵循国家相关信息化标准，按照统一的数据汇交、数据整理、数据库建库、系统开发等方面的标准或规范，开展智慧水务建设。

3.2 需求导向、业务协同

以水务运营管理业务实际需求为导向，保障工程效益的最大化发挥为目标，合理配置资源、优化整合资源，建立统一的技术支撑体系，加强应用系统支撑业务需求的集约化建设，降低维护的强度和成本，降低信息安全风险。

3.3 资源整合、信息共享

在现有信息化系统基础上推进智慧水务建设，统一数据资源平台和统一应用服务平台的建设，实现平台集中与共享利用，建立行业范围内及范围外的信息共享机制。

3.4 制度保障、安全可靠

需要建立与智慧水务相适应的规章制度，并通过行政手段确保这些制度的强力执行，逐步形成信息共用共享的长效机制，保障系统建设的稳步推进。

4 总体框架

开展智慧水务项目建设，需统筹规划，集成整合各类空间资源数据，并与日常管理、视频监测、应急指挥、资源管理、智能决策、政务管理以及各有关应用系统对接、支撑。同时，建立相应的规章制度和技术标准规范体系。总体框架如图所示。

系统建设框架自下而上由系统基础设施、数据层、服务支撑层、集成层、应用层和展现层等6个具有内在联系、层次结构分明的层次有机组成。

基础设施层（IaaS和PaaS）：是指系统运行支撑，系统基础设施包括操作系统、数据库以及应用开发框架、数据库等软件平台，以及服务器、存储设备、电源设备、网络资源和网络安全设备等硬件支撑环境。

数据层（DaaS）：是整个系统的核心，包括数据的存储和数据的处理，主要是指从现有数据资料整理录入以及管网现有相关系统中抽取、调用等方式获取的，建设综合数据库，用于支撑和实现相关管理功能，包括综合数据库及数据采集入库、数据交换与共享、数据库管理等。

服务支撑层：包括用户管理和地理信息服务，为一体的信息化支撑平台，为公司所有信息化建设提供统一、规范的用户授权认证和地理信息服務支持。

集成层：包含微服务、门户及资源目录。利用微服务，可对用户单位现有的各信息系统进行对接和整合，构建真正符合SOA规范和标准的信息系统。

应用层（SaaS）：业务应用层通过人机交互的方式提供相关功能，面向应用，结合用户在各项工作上具体需求而定制开发的功能。

业务展现层：负责展现业务系统功能，主要分为大屏、移动端、PC端等展现方式。

安全保障体系：在信息安全体系架构下，确保系统应用安全、数据安全。

标准规范体系：制定符合实际业务工作的数据维护及IT管理等规范。

5 建设内容

根据智慧水务系统平台总体设计框架和城市信息化发展现状，智慧水务主要建设内容可以概括为“5+3+1”，即5个一整体架构、3大板块、1个综合监管平台。

5.1 五个一整体结构

通过对城市水务业务的梳理，按照智慧水务总体框架搭建5个一智慧水务整体架构。

5.1.1 一张智能感知网建设

通过液位、流量、水质、雨量、视频等设备，采用在线监测与人工检测相结合的方式，建立涵盖源、网、厂、河、湖一体化的智能监测网络，完善信息采集，提供准确、实时、有效的监测数据，构建城市智慧水务智能感知网。

5.1.2 一个数据中心建设

数据中心建设包括数据采集、整理、生产、处理、建库和备份等一系列过程，建立统一的数据字典，从水务设施管理、水务运行管理、及水务设施的养护管理等各类数据的存储与管理要求出发，依据“统一规划、统一标准、统一设计、数据共享”的基本原则，建立水务数据中心，实现所有数据实时调用、处理、分析计算和显示。

5.1.3 一个服务平台建设

基于智慧水务智能感知网和数据中心，构建一体化综合应用服务平台，实现水安全、水资源、水环境、水生态的智能感知、监测预警，主要包括工程管理、智能感知、排水管网管理、河道监管、应急预警、污染源应急、厂站网运维和水资源信息综合查询和检索。

5.1.4 一套业务应用体系建设

智慧水务应用体系利用地理信息、移动互联网、物联网、大数据、云计算等先进技术，覆盖防汛安全、水资源管理、水环境综合整治等水务业务内容，提升水务各级管理部门业务协同能力和决策支撑能力，主要包括设施资产管理、防汛排涝预警、污水厂智慧化运行、管网设施巡检、厂网一体化联动调度、河湖水环境监测。

5.1.5 一套技术规范体系建设

在国家、行业相关标准的基础上，结合智慧水务信息化需求的实际情况，编制应用开发类、专项类、数据资源类、基础设施类、信息安全类和工程建设管理类规范体系。

5.2 三大板块

5.2.1 业务管理

业务管理主要流程围绕水安全、水环境和水资源三大领域，覆盖政策法规、行政执法和应急管理等职能。

5.2.2 运营管理

运营管理主要以资产模型、设备台账为基础，通过调度系统对所有厂站生产过程中的各个工艺环节进行集中监视，协助维护单位建立各类巡检养护计划，并落实到责任主体，包括设备管理、厂站网运行监控、巡检管理、综合信息管理。

5.2.3 辅助决策

辅助决策主要基于城市的水环境仿真模型和大数据分析等智慧化应用系统，对水环境进行模型分析预测，对污水厂、调蓄池运行进行模型仿真，制定联合调蓄智能运行方案，包括厂站网联合调度、污染源溯源、灾害预警、应急指挥等。

5.3 一个综合监督平台

基于大数据分析，整合业务应用，依托现有信息化建设资源，采用面向服务的体系架构构建智慧水务综合监管平台，实现多业务系统的业务集成、可视化展示、综合监管、应急指挥管理和领导辅助决策。并通过政务网向智慧水务提供面向各级用户的基于数据访问权限的业务应用，满足智慧水务业务管理需求。

6 结束语

智慧水务系统能够加强排水管网资产监测管理能力，加强排水管网日常精细化养护管理，优化运营调度，增强城市排水防涝的预警预报和应急处理能力。但是，智慧水务项目的建设，要充分认识城市水务信息化基础设施十分薄弱的现状，在切实做好水务要素数字化，运营信息数据化的基础上，从各城市水环境综合治理的实际需求出发，脚踏实地，做好规划，逐步由信息化向智慧化稳步推进。

参考文献

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收稿日期：2019-12-21

作者简介：孔祥文（1978-），男，汉族，硕士，中级，研究方向为智慧水务研究与应用。