智慧供水建设思路与技术方法的研究

王西光

(中国地质大学信息工程学院，湖北武汉430074)

一、引 言

作为城市生存、发展的基础，供水系统服务质量的好坏直接关系着人民的日常生活。近年来，随着国家信息化战略的推进，供水行业的信息化发展已经经历了专业化和信息化两个阶段，实现了供水信息共享、发布与可视化，有效提高供水行业的信息化管理和服务水平。

然而，目前供水企业仍然面临诸多问题:如难以全面准确掌握供水管网现状;水质超标风险日益增高，缺少动态监控预警;爆管暗漏发现不及时;突发事件处理效率低下;资产利用率不高等。因此，急需建立一套面向供水企业综合决策和产业升级的智能化管理体系，实现业务集成与协同，有效厘清供水管网资产、整合供水信息资源、保障供水安全、提升供水服务水平，实现城市供水系统的智慧运作。

二、解决办法

为解决供水企业目前面临的诸多难题，本文提出构建智慧供水才是最有效的解决之道。所谓智慧供水，是通过传感器、摄像头、流量、压力、水质等在线监测设备，实时感知、获取城市供水管网、附属设施以及相关管理人员的实时运作状态，经信息传输网络将各种感知供水信息传送到相关部门的智能处理终端，形成“城市供水物联网”，进而通过部署于智能终端的专业处理工具，对海量供水信息进行及时分析与处理，同时还可采用地图可视化的方式有机整合供水管理人员与供水管网及附属设施，从而基于合理的分析结果，辅助快速制定处理方案，以更加精细和动态的方式管理供水系统的整个运营过程，达到“智慧”运作的状态。

三、建设思路

基于面向服务的体系架构(service oriented architecture，SOA)，智慧供水采用层次化结构进行建设，具体包括软硬件基础层、智慧供水数据中心层、智慧供水服务平台和智慧应用4个层次，如图1所示。

1.软硬件基础

软硬件基础层主要包括建设智慧供水所需要的各种软硬件设备，是实现智慧供水的基础，包括操作系统、数据库管理系统、GIS平台、供水信息监测设备、服务器、信息通信网络等软硬件设施。

2.智慧供水数据中心

智慧供水数据中心提供了GIS数据与供水管网专题数据及业务数据分布式管理和功能整合的解决方案。智慧供水数据中心包含数据仓库、功能仓库及搭建平台。

1)数据仓库提供多源异构供水数据(如管网、水质、营业、工程、客户等信息)的统一、层次化管理，解决由于数据格式不一致而带来的数据管理难题。它不是简单地将若干个供水异源异构数据库或者数据格式合并成一个统一的数据库，而是针对不同的数据类型和数据结构，在不改变原有数据结构的基础上，有机地将各种数据从逻辑上而不是物理上结合到一起，并追踪实现数据融合及共享，使供水业务功能实现统一的、数据深入分析和挖掘成为可能。数据仓库如图2所示。

图1 智慧供水建设体系架构

图2 数据仓库实现多源异构供水信息的统一、层次化管理

2)功能仓库提供多个供水业务应用系统的集成及功能复用手段，实现对供水基础功能及专题业务功能的仓库式管理，用来直接支持系统的快速搭建和配置。另外，可轻松实现与已有系统的集成，并为系统今后的扩展提供技术接口，避免资源浪费，为客户提供一个可持续发展的建设方案。功能仓库列表如图3所示。

3)搭建平台提供先进的搭建式、配置式、插件式二次开发技术，力图从界面表现到数据管理各个层面上实现搭建。搭建平台主要支持供水业务流程的搭建和供水业务功能的搭建，它提倡像积木一样生产面向具体供水业务的应用系统;提倡通过改变开发方式从根本上降低软件开发的难度;提倡零编码或少量编码快速构建供水业务应用系统，业务流程可灵活定制、灵活调整。

图3 功能仓库列表

3.智慧供水服务平台

智慧供水服务平台充分考虑供水服务模式和服务内容的实际需求，采用SOA，主要提供供水数据服务、供水功能服务、供水业务位置服务、服务管理以及多场景可扩展的系统框架。其中，这些功能服务之间是相互独立的，以一种“松耦合”的协议机制来组合，遵循OGC的WMS(web map service)网络地图服务与WFS(web feature service)网络要素服务标准，并提供SOAP和REST的访问接口，支持用户构建具有良好的用户体验的富客户端(如Flex和Silverlight)供水业务应用系统。供水服务图见图4。

图4 供水服务

4.智慧应用

智慧供水服务平台提供的服务及系统框架，为供水业务应用系统的快速构建提供理想的数据和功能的环境。其中，可以通过网站访问、标准服务调用和服务注册3种模式对智慧供水服务平台的服务体系进行访问和应用。通过访问以“服务”形式对外发布供水管网业务功能，并采用搭建和业务协同机制，实现对供水业务应用模型的自定义、灵活配置和扩展建设。

采用搭建配置式开发技术对服务平台的各种功能服务进行任务组合搭建，构建各种供水管网业务应用系统，如管网管理、移动巡检、移动抄表、二次供水管理、应急指挥、水质监控预警、管网检漏、智能调度、水力计算、供水安全保障等，以满足供水企业的日常业务管理需要。

四、供水信息服务网络

在供水企业通信网络进行充分融合的基础上，智慧供水服务平台进行广泛部署。各业务部门均可将各自系统的专题数据服务和业务功能服务通过网络对外“发布”成可共享的信息服务和功能服务，从而形成数据、功能集成共享的供水信息服务网络。

该信息服务网络，可以实现供水企业所有相关信息(供水管网基础数据、供水管网运营数据、供水用户信息、供水系统实时监测数据、采样点水质数据、热线信息、管线工程等等)在网络上的互相流转与共享，实现各供水部门的业务办公自动化和协同运作，使整个城市所有供水相关部门不再存在任何“信息孤岛”，实现“一套数据，多处共享”，从而实现真正意义上的供水信息的完全共享，最终建成供水信息互联互通、业务贯穿协同的城市供水信息服务网络，实现城市供水行业的智慧运作。

图5 供水信息服务网络

五、优势分析

1.厘清供水管网资产

智慧供水的建立，将城市供水管网的所有资产信息(如管道、节点、阀门、水表、三通、四通、消防栓等)进行了统一、层次化管理，打破原来不同供水部门间信息阻塞的障碍，使管理人员可以对现有供水管网系统的所有设施资产进行全面掌握、系统地排查，彻底弄清城市供水管网资产的建设现状和运行状态，有效辅助对供水管网系统进行检修、维护、扩建或更替，从而使供水管网资产发挥出其最大效益。

2.整合供水信息资源

智慧供水的建设与实现，可全面集成整个供水企业的信息资源，建立供水信息一张图，实现对供水信息资源的科学化和规范化管理，辅助供水管理部门全面掌握供水信息资源的类型、数量、更新程度等底数，摸清供水系统的建设情况和运行现状，促进各供水部门资源共享，从而为供水企业的可持续发展打下基础。

3.保障供水安全

智慧供水通过对供水信息资源的集成共享，如GIS、用户信息、水表信息、压力、流量、巡检信息等，实现供水业务的协同运作，实现对供水运营状态实时监控与管理，全面辅助供水部门及时、实时发现供水事故，并通过专业的分析处理功能制定相应决策，有效预防或解除安全事故，力争将危险系数或损失降低到最小，保障城市供水安全。

4.提升供水服务水平

高效运转的智慧供水管理体系可以有效提高供水服务水平，及时向用户发布重要的供水信息，为有效保障用户饮水安全和用水稳定提供信息管理平台，从而使服务质量得到全面改进，大幅度提高客户满意度，显著提升供水服务水平。

六、结束语

通过对智慧供水的建设体系、建设内容及应用部署等一系列建设思路的研究，为智慧供水的建设与实现提供技术支撑，能够实现业务部门的信息互联互通、业务协同办公。智慧供水充分运用地理空间信息技术，结合信息和通信技术手段感测、分析、整合城市供水系统运行的各项关键信息，它注重供水业务移动化、供水综合信息集成化、供水数据服务化，实现供水系统智慧运作和科学管理，保障供水安全，提升服务水平，助力供水企业安全运营。

［1］吴信才.地理信息系统原理方法及应用［M］.武汉:中国地质大学出版社，2000.

［2］吴信才，吴亮.面向服务的分布式空间信息支撑平台［J］.地球科学——中国地质大学学报，2006，31(5):585-589