物联网技术在智能水务建设中的应用研究

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。

4 结语

智慧水务建设与智慧城市建设要求相符，通过建设智慧水务，可有效提高水务工作服务能力与管理能力，以此解决信息孤岛问题，实现信息共享与信息畅通，利用物联网技术挖掘数据价值，为决策提供参考，进而创造经济效益，以推动水务行业进一步发展。