劉放平 李烈岳

（株洲中車機(jī)電科技有限公司，湖南 株洲412000）

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，給水務(wù)行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的變革，水務(wù)行業(yè)與新興技術(shù)正加速融合。發(fā)展智慧水務(wù)，構(gòu)建安全實(shí)用、智慧高效的水務(wù)系統(tǒng)成為必然趨勢(shì)[1]。物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)設(shè)備和設(shè)施互聯(lián)互通、應(yīng)用集成的一個(gè)新技術(shù)。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智慧水務(wù)系統(tǒng)，為水務(wù)的智能化運(yùn)營(yíng)管理提供強(qiáng)大的技術(shù)支持，是建設(shè)智慧水務(wù)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。本文對(duì)智慧水務(wù)建設(shè)的必要性進(jìn)行了研究，分析了智慧水務(wù)發(fā)展現(xiàn)狀和存在問(wèn)題，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧水務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建方案，闡述了智慧水務(wù)在污水處理中的應(yīng)用效果。

1 智慧水務(wù)建設(shè)的必要性

1.1 生態(tài)文明建設(shè)的迫切需求。生態(tài)文明建設(shè)是社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)“五位一體”總體布局中重要組成部分，是關(guān)乎中華民族永續(xù)發(fā)展的根本大計(jì)。然而，生態(tài)建設(shè)正面臨水資源短缺和水環(huán)境污染等突出問(wèn)題。通過(guò)智慧水務(wù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)水務(wù)部門與其他相關(guān)部門的資源整合和業(yè)務(wù)協(xié)同，規(guī)范水資源監(jiān)督監(jiān)管，有助于提高水資源利用率，遏制水污染增長(zhǎng)趨勢(shì)，解決生態(tài)文明建設(shè)所面臨的困境。因此，智慧水務(wù)建設(shè)已成為生態(tài)文明建設(shè)的迫切需求。

1.2 智慧城市建設(shè)的必然要求。智慧城市是城市現(xiàn)代化建設(shè)和發(fā)展的趨勢(shì)，是信息技術(shù)與城市基礎(chǔ)設(shè)施、城市管理、居民生活、企業(yè)運(yùn)行等方方面面的融合，智慧城市的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。智慧水務(wù)是實(shí)現(xiàn)城市管理智能化密不可分的一部分，是至關(guān)重要的民生工程，是解決城市水務(wù)規(guī)劃、建設(shè)、管理、服務(wù)的智慧化的有效途徑，是實(shí)現(xiàn)水務(wù)精細(xì)化管理、城市可持續(xù)發(fā)展的需要。因此，智慧水務(wù)是智慧城市建設(shè)的必然要求。

2 智慧水務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

2.1 現(xiàn)狀分析。我國(guó)水務(wù)行業(yè)雖起步較晚，但經(jīng)過(guò)近年來(lái)的快速發(fā)展，已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，得益于國(guó)家在宏觀政策上支持和推動(dòng)智慧水務(wù)的發(fā)展。早在2014 年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014-2020 年）》，提出要發(fā)展智能水務(wù)，構(gòu)建覆蓋供水全過(guò)程、保障供水質(zhì)量安全的智能供排水和污水處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水務(wù)生產(chǎn)運(yùn)行和管理運(yùn)營(yíng)的智慧化?？傮w而言，我國(guó)智慧水務(wù)建設(shè)和發(fā)展仍不完善、不平衡，處于初步階段，各城市和地區(qū)根據(jù)自身水資源的特點(diǎn)和需求出發(fā)建設(shè)智慧水務(wù)，缺少統(tǒng)一的規(guī)劃[2]。

圖1 智慧水務(wù)總體架構(gòu)

圖2 數(shù)據(jù)采集對(duì)象

2.2 存在問(wèn)題。雖然智慧水務(wù)建設(shè)方面已初具規(guī)模，但相對(duì)于水務(wù)精細(xì)化管理、智能化應(yīng)用的需要，目前還存在以下不足: 2.2.1信息互聯(lián)互通程度低，難以實(shí)現(xiàn)信息共享。在已建立的各類專業(yè)業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)中，由于各部門分管的環(huán)節(jié)不同，即使在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，也難以實(shí)現(xiàn)信息互通和資源共享，形成數(shù)據(jù)割據(jù)和信息孤島[3]，限制和阻礙了水務(wù)更高層次的智慧應(yīng)用。2.2.2 缺少全局性頂層設(shè)計(jì)，難以滿足未來(lái)發(fā)展需要。智慧水務(wù)涉及多方面、多層次、多要素資源的整合、集成、開發(fā)和利用，不僅建設(shè)周期長(zhǎng)，而且投入大，科學(xué)合理的頂層設(shè)計(jì)尤為重要。因此，從全局出發(fā)的頂層設(shè)計(jì)才能滿足智慧水務(wù)面向未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的需要，滿足不同業(yè)務(wù)之間的共享復(fù)用，支撐新技術(shù)應(yīng)用的擴(kuò)展和業(yè)務(wù)變化的需求。2.2.3 重系統(tǒng)建設(shè)、輕運(yùn)營(yíng)管理。傳統(tǒng)水務(wù)行業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)在建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)規(guī)模及建設(shè)方案等方面，缺少運(yùn)營(yíng)管理上的分析和規(guī)劃，導(dǎo)致建成后因多種原因不能維持長(zhǎng)期良好的運(yùn)營(yíng)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧水務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 智慧水務(wù)系統(tǒng)總體架構(gòu)。智慧水務(wù)從技術(shù)實(shí)現(xiàn)和提供服務(wù)的角度，其總體架構(gòu)可劃分為六個(gè)層次，分別是：數(shù)據(jù)采集層、傳輸層、硬件設(shè)備層、數(shù)據(jù)資源層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層面和應(yīng)用交互層。具體如圖1 所示。3.1.1 數(shù)據(jù)采集層：從自控系統(tǒng)或在線儀表上采集數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。3.1.2 傳輸層：通過(guò)有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的傳輸。3.1.3 硬件設(shè)備層：硬件基礎(chǔ)設(shè)施為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的硬件支撐環(huán)境，包括支撐各類應(yīng)用運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的服務(wù)器、機(jī)房環(huán)境等。3.1.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層是系統(tǒng)信息匯集和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理的基礎(chǔ)，提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)挖掘等各項(xiàng)數(shù)據(jù)管理服務(wù)。3.1.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用層：業(yè)務(wù)應(yīng)用層是系統(tǒng)應(yīng)用的核心，系統(tǒng)對(duì)各廠站遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備管理等提供監(jiān)控、分析、展示。3.1.6 交互層：交互層是直接與用戶交互的層面，提供分級(jí)應(yīng)用交互。

3.2 數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括對(duì)在線儀器儀表數(shù)據(jù)、化驗(yàn)室數(shù)據(jù)、水電藥耗用數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、水量水質(zhì)數(shù)據(jù)等與生產(chǎn)直接或間接相關(guān)的過(guò)程數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)采集對(duì)象如圖2 所示。

3.3 生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控與調(diào)度。建立以污水處理工藝運(yùn)行為中心的全廠生產(chǎn)過(guò)程控制體系，實(shí)現(xiàn)污水處理工藝運(yùn)行穩(wěn)定、出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)將污水廠及下屬泵站的各類在線儀表、設(shè)備所反映的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集傳輸至數(shù)據(jù)中心。利用HT For Web 3D技術(shù)搭建全流程污水處理工藝可視化數(shù)據(jù)模型，借助專家系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，實(shí)現(xiàn)工藝運(yùn)行監(jiān)控和分析預(yù)警，為管理人員提供工藝運(yùn)行調(diào)度的優(yōu)化方案、工藝異常處理方案、設(shè)備性能分析、全廠運(yùn)行成本分析等，進(jìn)而提高污水廠生產(chǎn)運(yùn)行的管理水平。

3.4 運(yùn)營(yíng)管理。智慧水務(wù)運(yùn)用信息化手段為企業(yè)提供綜合運(yùn)營(yíng)管理解決方案，包括生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及與營(yíng)運(yùn)業(yè)務(wù)相關(guān)的設(shè)備資產(chǎn)管理、考核管理等，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理信息化水平的全面提升。運(yùn)營(yíng)管理以滿足企業(yè)管理業(yè)務(wù)需求為原則，實(shí)現(xiàn)對(duì)下屬污水廠生產(chǎn)運(yùn)行的集約化管理，通過(guò)對(duì)各污水廠的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的分析，形成輔助公司運(yùn)營(yíng)決策的分析報(bào)告，提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力和企業(yè)整體運(yùn)營(yíng)能力。

4 智慧水務(wù)在污水處理中的應(yīng)用效果

智慧水務(wù)在污水處理中的應(yīng)用效果體現(xiàn)在于從根本上解決水務(wù)行業(yè)運(yùn)營(yíng)管理上的難題，為企業(yè)提供廠站的智能化遠(yuǎn)程集中監(jiān)管平臺(tái)、便捷化的運(yùn)行調(diào)度和工藝運(yùn)行指導(dǎo)以及精準(zhǔn)化輔助企業(yè)經(jīng)營(yíng)決策。

4.1 智能化遠(yuǎn)程集中監(jiān)管。系統(tǒng)采用云端部署方式，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、GIS 等技術(shù)建立下屬各污水處理廠和泵站的生產(chǎn)運(yùn)行情況的智能化實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警機(jī)制，當(dāng)出現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)或指標(biāo)異常時(shí)，可通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)、預(yù)警指示燈、手機(jī)短信、系統(tǒng)消息等多種方式將消息實(shí)時(shí)通知到相關(guān)人員。通過(guò)手機(jī)APP 可查看生產(chǎn)運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)以及設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

4.2 便捷化運(yùn)行調(diào)度和工藝運(yùn)行指導(dǎo)。借助監(jiān)控大屏可遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的工作畫面、設(shè)備及構(gòu)筑物的運(yùn)行數(shù)據(jù)、關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)等，以便及時(shí)解決污水廠在工藝運(yùn)行過(guò)程中的問(wèn)題，提高人才資源的利用率，保障工藝運(yùn)行的穩(wěn)定。

4.3 精準(zhǔn)化輔助經(jīng)營(yíng)決策。 系統(tǒng)自動(dòng)采集和分析統(tǒng)計(jì)經(jīng)營(yíng)決策的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性，并以多樣化的圖表、報(bào)告等方式直觀地呈現(xiàn)所有經(jīng)營(yíng)決策數(shù)據(jù)，以便決策者制定精準(zhǔn)的戰(zhàn)略目標(biāo)和經(jīng)營(yíng)方針。

5 結(jié)論與建議

智慧水務(wù)需要將信息技術(shù)與水務(wù)公司的自身業(yè)務(wù)需求相融合，有針對(duì)性的進(jìn)行智慧水務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過(guò)建設(shè)智慧水務(wù)，為企業(yè)帶來(lái)運(yùn)營(yíng)管理水平的提升、服務(wù)能力的提升，同時(shí)也為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。在廣泛應(yīng)用的過(guò)程中，推進(jìn)應(yīng)用集成和數(shù)據(jù)貫通的一體化信息集成平臺(tái)建設(shè)，有效解決信息孤島問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)信息暢通和信息共享。充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，構(gòu)建水務(wù)大數(shù)據(jù)挖掘模型，深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理提供決策分析，這也是智慧水務(wù)向更高層次的智慧化應(yīng)用的發(fā)展目標(biāo)。