农村供水智慧水务建设策略分析

摘要：我国农村供水面临日益严峻的水资源短缺和水质污染问题，建设智慧水务系统成为提升农村供水管理的重要策略。本文探讨了农村供水智慧水务建设的现状与挑战，分析了物联网、大数据与云计算等关键技术在智慧水务中的应用，提出了整体规划、数据共享、安全保护及系统融合等实施策略，设计了一个综合的智慧水务平台，包括管理平台的架构、数据采集与传输、数据处理与分析等方面，进一步以实际案例验证智慧水务系统的有效性，以期为农村供水的可持续发展提供技术支持，推动水务管理的智能化和现代化进程。

关键词：农村供水；智慧水务；物联网；大数据；水质监测

随着我国农村经济社会的快速发展，农村供水问题逐渐成为制约农村发展的重要因素。传统的供水管理模式存在设施老化、管理粗放、水质监测不及时等问题，严重影响了农村居民的生活质量和健康安全。本文旨在探讨农村供水智慧水务建设的策略，通过分析农村供水现状及存在的问题，提出智慧水务的技术框架和实施策略，以期为农村供水的智慧化建设提供参考。

1 农村供水现状分析

1.1 农村供水系统现状及存在的问题

农村供水系统的现状和存在的问题主要表现在：（1）基础设施落后，不少地区供水管网老化、破损严重，造成水资源浪费和水质污染，部分地区供水管网存在严重的老化、破损现象；（2）管理手段传统，缺乏现代化的监控管理系统，如管道漏水、水压不稳等供水中出现的问题，不能及时发现、及时解决；

（3）水质监测不到位，大部分农村缺少系统的水质检测设备和定期检测机制，保障饮水安全难度较大；（4）水资源分布不均，部分地区出现了水源紧张的现象，而另一些地区地下水开采过多，加剧了水资源紧张的局面。

1.2 水资源管理的挑战与瓶颈

农村水资源管理面临着多方面的挑战和瓶颈：（1）水资源分布不均，部分地区缺乏水源，而另一些地区地下水开采过多，造成水资源供求矛盾突出；（2）管理手段落后，缺乏现代化的监控管理系统，精细化管理难以实现，大部分农村还依赖于人工巡检和人工记录；（3）对农村水资源管理的法律法规不够健全，执法力度不够，难以有效落实水资源保护和合理利用方面的有关规定和标准[1]。

2 农村供水智慧水务建设的关键技术

物联网（IoT）、大数据分析和云计算与边缘计算技术在农村供水智慧水务建设中发挥了关键作用。IoT技术通过部署传感器、智能水表等设备，实时监控水流量、水压和水质，支持远程操作和自动化控制，保障供水系统的安全与可靠性。大数据分析技术整合多渠道数据，应用数据挖掘和机器学习算法，帮助管理者识别用水模式、优化资源配置，并通过可视化分析提升决策效率[2]。云计算则提供强大的数据存储与处理能力，便于集中管理，而边缘计算通过就近处理数据减少延迟，实现实时监测与即时响应，提升系统的灵活性和效率。

3 农村智慧水务建设的实施策略

3.1 智慧水务整体规划与顶层设计

智慧水务的整体规划和顶层设计是农村供水智慧化建设的基础，明确农村供水系统现状和存在的问题，确定智慧水务建设的目标和重心。制定技术选型、设备调配、数据采集与处理、系统集成等关键环节的详细实施方案，确保各部分之间的协同配合。同时，既要建立规范数据格式、接口标准、操作流程的标准化管理体系，保证系统的兼容性、扩展性；也要从长远发展考虑，为今后的技术发展和需求变化预留足够的升级空间。

3.2 数据共享与互通机制的构建

数据共享与互通机制的构建是农村智慧水务建设的关键环节，具体机制如图1所示。

图1 数据共享与互通机制

为确保不同科室之间数据格式、接口一致，便于数据交换共享，建立统一的数据标准和规范。搭建一个数据交换平台，利用ETL（Extract，Transform，Load）工具，采用中间件技术，实现不同系统之间的数据传输与转换，如数据提取、转换、加载等。为保证数据的有序管理和安全使用，在建立数据共享目录的同时，各部门的数据资源和共享权限都要明确。要建立数据更新、维护机制，对数据进行经常性的核对、更新，做到数据准确无误、及时使用。通过这些措施，提高数据利用率，支持科学决策和协同管理，可以实现跨部门、跨系统的数据共享与交流，如水务部门与气象、环保部门等，可共同应对突发事件，对水资源进行优化管理。

3.3 系统安全与数据保护策略

农村智慧水务建设中，系统安全和数据保护战略是必不可少的组成部分。物理安全、网络安全、应用安全及数据安全，建立多层次的安全保护体系。在物理安全上，要做到服务器及终端装置的物理环境万无一失，做到防患于未然。在网络安全方面，数据传输的安全要通过防火墙、入侵侦测系统（IDS）、虚拟专用网络（VPN）等技术加以保护。在应用安全方面，对系统进行经常性的安全稽核、漏洞扫描，并对安全漏洞进行及时的修复。数据安全方面，采用数据加密技术，如AES（Advanced Encryption Standard）算法，确保数据在传输和存储过程中的安全性，如式（1）所示：

（1）

式中，C为密文，P为明文，Ek为加密函数，k为密钥。建立数据备份和恢复机制，定期备份重要数据，确保在发生数据丢失或损坏时能够快速恢复。

3.4 智慧水务与农村供水管理的融合路径

智慧水务与农村供水管理一体化路径要从多个方面着手：（1）加强顶层设计，在农村供水管理的各个环节融入智慧水务的理念和方法，确保技术应用与管理需求紧密结合；（2）建立促进水务、环保、农业等部门信息共享、协同工作的跨部门协作机制，形成工作合力；（3）提高管理人员的信息化素养，通过培训教育，使管理人员熟练掌握智慧水系统的操作和应用，提高管理效能；（4）优化供水调度和维护计划，利用智慧水务平台提供的数据分析、决策支持功能，实现精确管理；（5）鼓励村民参与，提供水质查询、故障报修等服务，通过手机APP、微信公众号等途径提升村民满意度和参与感。

4 智慧水务平台设计

4.1 智慧水务管理平台的架构设计

智慧水务管理平台的架构设计是智慧水务系统的核心，主要包括数据采集层、数据处理层、应用服务层和用户交互层四个主要部分，如图2所示。

图2 水务管理平台架构

数据采集层实时采集供水系统的各种数据，部署各种传感器和智能终端设备（如水压传感器、流量计、水质监测仪等），通过无线通信技术（如LORA、NB-IoT）向云端传输。数据处理层保证数据的准确完整，利用云计算平台对数据进行存储、清洗和初步分析。应用服务层则基于大数据分析技术，提供实时监控、预测预警、故障诊断、优化调度等功能，支持决策支持和智能管理。用户交互层为管理人员、技术人员和用户提供友好的操作界面和丰富的可视化数据展示，通过Web端和手机APP等多渠道进行实时监控和管理。

4.2 数据采集与传输

数据采集与传输是智慧水务管理平台的基础，直接影响到系统的实时性和准确性。通过在供水系统的关键节点（如水源、泵站和用户终端）部署多种传感器（如水压传感器、流量计和水质监测仪），可实现对水资源的全面监测。这些传感器定期收集数据，并通过无线通信技术（如LORA、NB-IoT等）将信息传输到云端进行处理。数据传输的频率和方式用式（2）表示：

（2）

式中，D为数据量，R为数据传输速率，T为传输时间。为了确保数据的可靠传输和实时性，采用冗余传输和数据加密技术，以防止数据丢失或篡改。通过建立边缘计算节点，可在数据采集层进行初步分析，减少数据传输负担，提高整体系统的响应速度。

4.3 数据处理与分析

数据处理与分析是智慧水务管理平台的核心环节，通过云计算平台对收集到的原始数据进行存储和清洗，确保数据的准确性和一致性。利用大数据分析技术对清洗后的数据进行深入分析，包括趋势分析、异常检测和预测建模等。这一过程可以用式（3）表示：

（3）

式中，P为分析结果（如水质指标或需求预测），D为输入数据（如水流量、压力和水质参数），a和b是模型参数。通过建立数据模型，可以实现对水资源的实时监控和动态调度。

4.4 应用与服务

应用与服务是智慧水务平台的最终目的，通过集成实时监控、预测预警、故障诊断等功能，为水务管理提供多维度的服务。例如，基于预测模型，系统可以根据历史数据和实时监测信息预测水需求，帮助管理人员合理调度水资源。通过这些应用，管理人员能够实现智能化决策，优化水资源配置，提升用户服务体验，同时减少资源浪费，保障供水安全和可持续发展。

5 案例分析

5.1 农村智慧水务建设案例背景

某农村地区地处偏远，地形复杂，人口分布较为分散，传统的供水系统存在设施老化、管理粗放、水质监测不及时等问题，当地政府为了解决长期以来存在的供水问题，于2019年启动了智慧水务建设项目，旨在通过引入物联网、大数据、云计算等先进技术，实现供水系统的智能化管理，提高供水效率和水质安全，提升村民的生活质量。

5.2 农村智慧水务建设过程

在建设农村智慧水务过程中，对项目的目标和实施路径都做了详细的需求调研和可行性研究。随后成立了负责统筹规划、协调推进项目的项目工作小组。在技术选型阶段，为保证系统的稳定性和扩展性，选择了适用于农村地区的物联网技术和云计算平台。接下来进行了大规模的设备部署，包括水压传感器、流量计、水质监测仪等智能设备安装到水源地、泵站、管网关键节点以及用户终端。同时，建立数据中心，建立了集中收集、储存、分析数据的管理平台。组织多次技术培训，增强管理人员的操作能力和维护水平，确保了制度的平稳运行。建立了确保数据准确、安全的数据共享和安全防护机制。在整个施工过程中，为确保各系统模块无缝对接、高效运转，还进行了多轮测试和调试。

5.3 技术应用效果

智慧水务技术的应用，使农村供水系统在多个方面取得了显著成效，具体如表1所示。这些变化表明，智慧水务技术有效提高了供水系统的效率、可靠性和用户满意度。

6 结语

农村供水智慧水务建设是提升农村供水管理水平、保障农村居民饮水安全的重要举措。在农村供水智慧水务建设中，充分利用现代信息技术和管理手段，既能提高供水系统的效率和可靠性，又能有效应对日益复杂的水力资源管理挑战。通过集成应用智能监控、物联网、大数据分析等关键技术，对水质、水量进行实时监测预报，优化水务调度，提高服务质量，为实现农村给水可持续发展和乡村振兴战略顺利实施奠定了坚实基础。今后，随着技术的不断进步和应用的不断深入，农村供水智慧水务建设将发挥出更大的作用，为农村群众提供更安全、更稳定、更有效的供水服务。

参考文献

[1] 郭敏，余蕾.湖北省农村供水智慧水务建设及可持续发展探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2024（20）：25-27.

[2] 唐林平，石海.浅析智慧水务系统在农村饮水安全工程管理中的应用[J].智能建筑与智慧城市，2024（3）：162-164.