基于物联网的城市智慧水务系统研究

摘要：基于物联网的城市智慧水务系统能够通过互联网移动物联网架构的物感网络，检测供水系统、污水处理系统以及城市供水管网的设备的工作状态和环境参数，并分配给相应的工作人员处理，可以极大地提高城市供水的管理能力和保障用水安全能力，在自动运营的模式下实现了资源的合理配置与高效管理。

关键词：智慧水务系统；物联网；远程监控；物感网络；供水系统；污水处理系统 文献标识码：A

中图分类号：TP393 文章编号：1009-2374（2017）02-0114-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.054

基于物联网的智慧水务系统的主要功能，是通過物感网络感知城市供水排水的情况，并根据人工智能算法实现远程操控。城市智慧水务系统的建立，除了能够有效地缓解城市供水压力不足等问题，还能规避供水服务不规范、二次污染等问题的产生，使城市供水系统逐渐完善，更好地保证居民用水的质量。

1 城市智慧水务系统建设的现状及目标

1.1 现状分析

2012年7月，国务院发布了《关于大力推进信息化发展和切实保障信息安全的若干意见》提出要“提高社会管理和城市运行信息化水平，推动城市管理信息共享，推广网格化管理模式，引导智慧城市建设健康发展”。我国在城市水务问题中，部门分割的情况严重，已经影响到水务行业的工作效率，甚至造成部分城市严重缺水。因此我国首次提出了智慧城市的概念，并且指出智慧城市的发展路径是基于物联网、大数据等新时代的高新技术，主要目标在于解决部分城市水源短缺、水污染、洪涝灾害等问题，从而在高端技术的支持下，促进城市规划、建设、管理以及服务的智慧化，从根本上保证人民群众的生活安全，革新城市水务的基础设施，促进城市的健康发展。

1.2 城市智慧水务的建设目标

城市智慧水务通过传感器、移动网络、水务信息系统的结合，带动了水务信息化水平的全面提升，不仅能够保证城市的供水安全，还增加了政府与一般公众的交互渠道，为改进水务部门的工作提供了一定的依据。服务便捷化是城市智慧水务系统的重要建设目标，依靠互联网的普遍性，建立城市水务系统的平台，从而在与公众的互动之中，获取水务方面的信息，发现问题，解决问题。

2 城市智慧水务系统的建设路径

2.1 智慧水务的总体框架

城市智慧水务系统的总体框架由应用层与用户层组成，用户层通常由管理人员、业务人员与公众组成，为实现信息自动采集、业务集成管理的总体目标，相关工作人员应当从这两个层次出发，设计出操作便捷，响应速度快的系统平台，一方面，该平台拉近了水务部门以及其他部门的业务人员与公众的距离，通过公共信息门户平台，使水务方面的信息能够得到及时的反馈，从而制定公共事务服务的方案；另一方面，应用层主要为了实现水务业务方面的集成化管理，水务业务方面的管理包括水工安全管理、水生态管理、城市供排水管理、防汛减灾管理以及城市水资源管理。

2.2 信息采集传输层

物联网建立在互联网的基础上，同时也能实现自动采集与传输功能。物联网顾名思义就是物物相连的互联网，物联网的基础是互联网的发展与应用，能够借助网络设备、数采模块、现场仪表等实时监控城市的水资源信息，同时物联网还具有特殊的意义，物联网的领域被广泛地延伸到互联网无法企及的地方，比如智能感知技术、识别技术都是物联网的关键技术，在一定程度上保障了信息采集的运转通畅。

2.3 数据层

数据层是城市智慧水务系统的核心也是城市智慧水务系统的信息来源，因此为了实现对水务方面数据的综合分析与运用，建立完整的数据库、基础设施尤为重要，数据层能够通过资源整合，为上层业务的应用提供支撑，物联网不同于传统的互联网，物联网的产业构成是以应用为先导，在感应技术、移动设备技术的基础上建立的市场，因此未来的城市智慧水务系统更趋于对水务业务方面的数据进行深入的挖掘，为政府的各个部分，如气象、国土、建设、交通、环保部门提供具有针对性的服务为主。同时因为物联网的高效性与针对性，可以在技术不断成熟之下开展应用市场，与各自的数据库关联起来，从而实现信息的集约化管理。

2.4 门户层

城市智慧水务系统的门户层通常包括行业门户与公共信息门户，管理人员负责行业内部门户的维护工作，业务人员则通过行业门户与其他业务人员针对水务方面的信息进行沟通，从而促进水务方面工作的进展，而公共信息门户则建立了一条公众与业务人员的沟通渠道，具有城市水务方面的政策咨询，信息查询的功能，吸引公众参与到城市水务方面建设中来，从一定程度上促进了城市水务工作的公开性。

2.5 数据管理平台

数据管理平台主要的作用，是将海量的数据进行整合与存储，从而满足水务部门与其他部门的需要。数据管理平台对于水务事务方面的整合，具有非常重要的作用，一方面，数据管理平台能够保证数据的完整性，通过将数据存储进行备份、保存，提高了数据的安全性；另一方面，数据管理平台还实现了数据集约化管理，避免重复数据的储存，最大限度上利用了储存空间，减少了储存的成本。

3 基于物联网的城市智慧水务系统的设计方案

一般来说，城市智慧水务系统可以分为三个部分：第一部分是服务器部分，负责收集、挖掘并处理信息，是城市智慧水务系统的核心部分；第二部分是各供水厂、污水厂的调度室，主要负责监控加压泵站、一级水源取水泵站以及污水厂的设备运行状态，并将泵房的电量参数、轴承温度、进出水流量、水池液位、水压、水质等参数记录下来，通过网络传输到服务器部分；第三部分是城市智慧水务系统的客户服务端，即城市供水管网，主要负责显示供水管网的服务压力、水质、区间流量等实时状态，兼具报警功能与分析计算功能。

3.1 控制柜

控制柜是城市智慧水务系统的基础组成部分，水厂的加压泵站、一级水源地的取水泵站以及污水处理厂均由若干控制柜组成，而水质监测与加氯消毒系统又有各自独立的控制柜，用于连接水泵、水压、流量、液位、现场仪表等设备，从而实现对各终端设备的运行状态进行监控。传感器的灵敏度决定了控制柜的性能，因此要求相关工作人员积极引进成本低廉、灵敏度高的传感器，用于水压、水质监测等工作。一般来说，水泵房管理多为本地管理，部分地区才会引入网络功能。大部分控制柜的智能化水平都很低，因此需要由中央控制器统一管理，为了方便服务器采集信息，还应该在泵房的控制柜中加入可编程逻辑控制器，从而提高控制柜的处理能力，使其在中央处理器的控制下完成较为简单的信息处理。

3.2 服务器

服务器是城市智慧水务系统的第二部分，也是整个系统的核心，控制柜在获取信息之后，需要通过特定的结构，由服务端逻辑处理程序对采集到的原始数据进行解码与分组，并存入数据库。服务器通常采用TCP/IP协议，将采集到的信息进行解码处理，并且将指令发送给PC终端，从而完成了数据的精确传输。數据的传入依靠传感器的检测功能，由集合器将数据压缩后整包推送给服务的终端，并且进行解析、分类，根据城市智慧水务系统设备的制式，重新编制后入库。相关工作人员应该注意，客户端时常发来数据查询的请求，这与数据的响应不同，并没有通过数据接口，直接入库，而是通过其他格式反馈到客户端。因此相关工作人员发现响应请求时，应该及时着手处理，并编制数据格式，从而使接收到的数据能够按照城市智慧水务系统设备要求的格式，收入到数据库中。

4 城市智慧水务系统建设应注意的问题

4.1 总体规划与具体实施阶段有不同的侧重点

城市智慧水务系统需要分为多个子系统，每一个子系统对应城市水务的重要部分，例如供排水业务就是两个子系统：一方面，细致的划分能够推进各种业务的分工与合作，促进水务部门与其他部分的协同性；另一方面，总体规划将各个子系统进行统一管理，能够有效地避免重复建设，在一定程度上规避了不必要的浪费，提高投资的收益。所以相关工作人员应该注意，在进行智慧水务系统建设时应在整个城市总体规划纲要的指导下进行，要充分考虑城市其他部分的需求，例如环境保护、医疗、交通等方面。

4.2 建立和完善评估体系

优秀的评估体系是城市智慧水务完善的基础，只有在评估体系的评价与监督下，才能推进城市智慧水务事业更加细化和完善。具体的实施方法，是在城市周边的城镇建立试点，在充分实践的基础上，应用于城市智慧水务的事业中。引入第三方监督制度也是完善评估体系的重要途径，通过开放城市智慧水务的咨询平台，主动接受公众的监督，增加城市智慧水务评估体系的群众基础，在一定程度上提高城市智慧水务的管理水平。

4.3 突破一批关键技术

与发达国家相比，我国在城市智慧水务系统的研究上还存在着一些技术方面的差距，例如控制系统的研究，传感技术的应用还远远不及发达国家的应用水平，应该说城市智慧水务系统在未来还有很大的发展空间，关键是突破一批关键技术，使城市智慧水务系统发挥出更大的作用。

5 结语

综上所述，基于物联网的城市智慧水务系统采用了互联网和移动互联网构架的物联网络，能够对城市水务情况进行实时的监督，并通过互联网传至PC客户端。本文探讨了水务系统建设的路径和设计方案，以供相关工作人员借鉴学习。

参考文献

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[2] 刘璐璐.城市智慧水务建设路径探讨[J].安庆师范学院学报（社会科学版），2016，（1）.

[3] 杨哲.智慧水务系统在城市供水中的应用[J].科技创新导报，2016，（11）.

作者简介：郝志慧（1974-），男，山西忻州人，忻州市水务（集团）有限责任公司工程师（一级建造师），研究方向：水厂自动化。

（责任编辑：小 燕）