張紅亮，葉文云

（1.永嘉縣水務(wù)集團有限公司，浙江 溫州 325100；2.永嘉縣橋頭自來水有限公司，浙江 溫州 325100）

0 引言

智慧水務(wù)控制系統(tǒng)以數(shù)字化和智能化為核心，集成傳感器、大數(shù)據(jù)分析、云計算等技術(shù)手段，實現(xiàn)對水資源的實時監(jiān)測和精確控制。通過網(wǎng)絡(luò)化的數(shù)據(jù)傳輸和處理，可以迅速獲取水資源的各項指標(biāo)和數(shù)據(jù)，從而更好地預(yù)測和應(yīng)對水資源的變化和需求。

1 智慧水務(wù)控制系統(tǒng)優(yōu)勢

智慧水務(wù)控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢。

（1）實時監(jiān)測和管理。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)測水資源的使用情況、水質(zhì)和水壓等指標(biāo)，并對水務(wù)設(shè)施進行遠程管理和控制。這有助于及時發(fā)現(xiàn)問題和異常情況，并采取相應(yīng)的措施進行調(diào)整和處理，提高水務(wù)管理的效率和準(zhǔn)確性。

（2）節(jié)約水資源。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以通過精確監(jiān)測和控制水的流量、壓力和使用情況，實現(xiàn)對水資源的有效管理和優(yōu)化利用。它可以識別和修復(fù)漏水和浪費問題，減少水資源的損失，實現(xiàn)節(jié)約用水的目標(biāo)。

（3）提高供水質(zhì)量和可靠性。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以對供水設(shè)施進行遠程監(jiān)控和管理，及時發(fā)現(xiàn)和處理供水設(shè)施的故障和異常情況。它能夠確保供水質(zhì)量和水壓穩(wěn)定，減少供水中斷的風(fēng)險，提供可靠的供水服務(wù)。

（4）響應(yīng)突發(fā)事件和災(zāi)害。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)配備了緊急響應(yīng)機制和監(jiān)測警報系統(tǒng)，可以在突發(fā)事件和自然災(zāi)害發(fā)生時快速響應(yīng)和采取措施。它能夠?qū)崟r監(jiān)測水位、水質(zhì)和環(huán)境參數(shù)等，提前預(yù)警并采取措施，保護水務(wù)設(shè)施和水源的安全。

2 智慧水務(wù)控制系統(tǒng)要點

2.1 遠程監(jiān)控和控制

智慧水務(wù)控制系統(tǒng)（圖1）是現(xiàn)代水務(wù)管理的一項重要技術(shù)，可以通過遠程監(jiān)控和控制實現(xiàn)對水務(wù)設(shè)施和運行過程的實時管理和調(diào)控。以下是遠程監(jiān)控和控制的主要要點。

圖1 智慧水務(wù)控制系統(tǒng)

首先，建設(shè)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)依靠傳感器獲取水務(wù)設(shè)施的實時數(shù)據(jù)，因此需要建設(shè)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)，將傳感器布置在各個關(guān)鍵位置，以獲取關(guān)于水質(zhì)、水位、水壓、水流等方面的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

其次，搭建遠程監(jiān)控中心。遠程監(jiān)控中心是智慧水務(wù)控制系統(tǒng)的核心，負責(zé)接收、處理和顯示傳感器數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心可以采用云計算技術(shù)，將數(shù)據(jù)存儲和分析移至云端，以實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)容量和計算能力。通過監(jiān)控中心，運維人員可以實時查看水務(wù)設(shè)施的運行情況、數(shù)據(jù)趨勢和異常報警，以便做出及時的處理和決策。

再次，實現(xiàn)遠程控制功能。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)不僅能夠進行遠程監(jiān)控，還可以實現(xiàn)遠程控制。通過監(jiān)控中心，運維人員可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)，遠程控制水泵、閥門、泄洪閘門等設(shè)備的開關(guān)和調(diào)節(jié)。這有助于實時調(diào)整水務(wù)設(shè)施的運行狀態(tài)，以適應(yīng)不同的需求和場景，提高水務(wù)系統(tǒng)的靈活性和響應(yīng)能力。

最后，建立預(yù)警和故障診斷機制。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)應(yīng)該具備預(yù)警和故障診斷的功能，以提前捕捉和預(yù)防潛在的設(shè)備故障或異常情況。通過對傳感器數(shù)據(jù)的實時分析和比對，系統(tǒng)可以自動發(fā)現(xiàn)異常行為，并發(fā)送警報給相關(guān)人員。針對故障問題，控制系統(tǒng)也應(yīng)提供故障排查和診斷的功能，幫助運維人員快速定位問題，采取相應(yīng)的解決方案。通過遠程監(jiān)控和控制，智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對水務(wù)設(shè)施和運行過程的實時管理和調(diào)控。建設(shè)智能傳感器網(wǎng)絡(luò)、搭建遠程監(jiān)控中心、實現(xiàn)遠程控制功能、建立預(yù)警和故障診斷機制是實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制的關(guān)鍵要點。這將提高水務(wù)管理的效率和準(zhǔn)確性，實現(xiàn)智慧水務(wù)的可持續(xù)發(fā)展。

2.2 智能決策與優(yōu)化

智慧水務(wù)控制系統(tǒng)通過應(yīng)用智能決策與優(yōu)化技術(shù)，可以實現(xiàn)對水務(wù)運營過程的智能化管理和優(yōu)化調(diào)度，提高水資源利用效率和運營成本的節(jié)約。以下是智能決策與優(yōu)化的主要要點。

首先，建立數(shù)字化模型（圖2）和智能算法。在智慧水務(wù)控制系統(tǒng)中，需要建立數(shù)字化模型來描述水務(wù)系統(tǒng)的運行特征和約束條件。數(shù)字化模型可以包括水務(wù)設(shè)備、管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、水質(zhì)參數(shù)等方面的信息。同時，針對這些模型，可以應(yīng)用智能算法，如人工智能、機器學(xué)習(xí)、優(yōu)化算法等，以進行決策和優(yōu)化。

圖2 智慧水務(wù)數(shù)字化模型

其次，獲取實時數(shù)據(jù)并進行實時分析。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)通過傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取實時數(shù)據(jù)，如水質(zhì)、水位、水壓、水流等信息。這些數(shù)據(jù)可以通過實時分析和處理，揭示水務(wù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)和趨勢?；趯崟r數(shù)據(jù)分析，智能決策算法可以生成實時決策方案，用于優(yōu)化水務(wù)系統(tǒng)的運行和調(diào)控。

再次，進行智能調(diào)度和優(yōu)化。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以基于模型和數(shù)據(jù)，應(yīng)用智能決策算法進行智能調(diào)度和優(yōu)化。例如，可以通過優(yōu)化算法對水資源的分配進行優(yōu)化、對水務(wù)設(shè)備的調(diào)度進行智能化、對水壓的調(diào)節(jié)和泄洪的控制進行優(yōu)化等。智能決策算法可以考慮多個因素和約束條件，以實現(xiàn)水務(wù)系統(tǒng)效益的最大化和成本的最小化。

此外，實施智能預(yù)測和預(yù)警。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以通過分析歷史數(shù)據(jù)和模型，應(yīng)用智能預(yù)測算法來預(yù)測未來水務(wù)運行的趨勢和需求?；陬A(yù)測結(jié)果，智慧水務(wù)系統(tǒng)可以提前作出調(diào)度和優(yōu)化決策，以滿足未來需求。

同時，系統(tǒng)還可以實施智能預(yù)警機制，當(dāng)水務(wù)系統(tǒng)出現(xiàn)異?；驖撛趩栴}時，及時發(fā)出警報，便于運維人員采取相應(yīng)措施。

最后，建立反饋和學(xué)習(xí)機制。通過不斷收集實時數(shù)據(jù)、優(yōu)化結(jié)果和用戶反饋，智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以建立反饋和學(xué)習(xí)機制。系統(tǒng)可根據(jù)實際情況調(diào)整模型和算法，提高智能決策和優(yōu)化的準(zhǔn)確性和有效性。同時，可以通過持續(xù)迭代和改進，實現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)和自我升級。通過應(yīng)用智能決策與優(yōu)化技術(shù)，智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對水務(wù)運營過程的智能化管理和優(yōu)化調(diào)度。建立數(shù)字化模型和智能算法、獲取實時數(shù)據(jù)并進行實時分析、進行智能調(diào)度和優(yōu)化、實施智能預(yù)測和預(yù)警、建立反饋和學(xué)習(xí)機制等是實現(xiàn)智能決策與優(yōu)化的關(guān)鍵要點。這將使水務(wù)系統(tǒng)更加高效、可持續(xù)和智能化。

2.3 安全保障

智慧水務(wù)控制系統(tǒng)在安全保障方面至關(guān)重要，確保水務(wù)設(shè)施和數(shù)據(jù)的安全性對于保障供水運營和防止?jié)撛谕{至關(guān)重要。以下是在智慧水務(wù)控制系統(tǒng)中進行安全保障的主要要點。

首先，加強網(wǎng)絡(luò)安全保護。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)涉及大量的敏感數(shù)據(jù)和關(guān)鍵設(shè)備，必須加強網(wǎng)絡(luò)安全保護。這包括部署防火墻、入侵檢測系統(tǒng)和反病毒軟件等網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)施，以保護系統(tǒng)免受未經(jīng)授權(quán)的訪問和惡意攻擊。同時，需要及時更新系統(tǒng)軟件和固件，修補已知的安全漏洞，以減少潛在的安全風(fēng)險。

其次，強化身份認證和權(quán)限管理。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)應(yīng)該采用身份認證和權(quán)限管理機制，確保只有授權(quán)人員可以訪問和操作系統(tǒng)。這可以通過采用密碼、生物特征識別、多因素認證等方法來提高登錄的安全性。同時，需要對不同的用戶分配適當(dāng)?shù)臋?quán)限，限制其在系統(tǒng)中的操作范圍，以防止誤操作或惡意行為造成的安全威脅。

再次，加密數(shù)據(jù)傳輸和存儲。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸和存儲過程中需要使用加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)在傳輸和存儲過程中的安全性?？梢圆捎冒踩捉訉樱⊿SL/TLS）協(xié)議（圖3）等加密方法來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性。對于存儲數(shù)據(jù)，可以采用加密算法對數(shù)據(jù)進行加密，以防止數(shù)據(jù)外泄的風(fēng)險。

圖3 安全套接層（SSL/TLS）協(xié)議

最后，加強物理安全措施。除了網(wǎng)絡(luò)安全，智慧水務(wù)控制系統(tǒng)還需要加強物理安全措施。這包括限制系統(tǒng)訪問的物理措施，如安全門禁、攝像頭監(jiān)控等。同時，對于水務(wù)設(shè)備和控制器，應(yīng)采取防盜、防破壞和安全固定等措施，以確保設(shè)備的物理安全。最后，建立安全監(jiān)控和事件響應(yīng)機制。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)需要建立安全監(jiān)控和事件響應(yīng)機制，通過實時監(jiān)測和分析系統(tǒng)日志，檢測異常行為和安全事件，及時發(fā)出警報并采取相應(yīng)措施。

此外，應(yīng)建立應(yīng)急事件響應(yīng)的預(yù)案和團隊，以應(yīng)對潛在安全威脅，及時進行問題排查和修復(fù)工作。通過加強網(wǎng)絡(luò)安全保護、強化身份認證和權(quán)限管理、加密數(shù)據(jù)傳輸和存儲、加強物理安全措施以及建立安全監(jiān)控和事件響應(yīng)機制，可以有效提升智慧水務(wù)控制系統(tǒng)的安全保障能力。這將確保水務(wù)設(shè)施和數(shù)據(jù)的安全性，防止?jié)撛诘陌踩{和風(fēng)險。同時，持續(xù)改進和更新安全措施也是確保系統(tǒng)安全的關(guān)鍵，以適應(yīng)不斷變化的安全威脅和技術(shù)環(huán)境。

2.4 數(shù)據(jù)采集

智慧水務(wù)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)智能決策和優(yōu)化的基礎(chǔ)，通過對水務(wù)系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)進行采集和整合，可以獲取準(zhǔn)確、全面的信息，以支持系統(tǒng)的運行管理和決策優(yōu)化。以下是實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的要點。

首先，確定需要采集的數(shù)據(jù)類型和指標(biāo)。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)需要確定需要采集的數(shù)據(jù)類型，包括水流量、水壓、水位、水質(zhì)等。對于每種數(shù)據(jù)類型，還需要指定需要采集的具體指標(biāo)，如水位數(shù)據(jù)中的實時水位、預(yù)警水位、危險水位等。確定需要采集的數(shù)據(jù)類型和指標(biāo)，能夠確保系統(tǒng)采集到與運行和管理相關(guān)的有用數(shù)據(jù)[1]。

其次，設(shè)計合理的數(shù)據(jù)采集方案和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集需要設(shè)計合理的采集方案和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。采集方案可以包括傳感器和儀器的選擇和布置，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和可靠性。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)總線等，以便實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸[2]。在設(shè)計過程中，還需要考慮設(shè)備的維護和更新，以保持?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性。

再次，選擇合適的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和設(shè)備。根據(jù)數(shù)據(jù)采集的特點和要求，智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以選擇合適的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和設(shè)備。常用的數(shù)據(jù)采集技術(shù)包括傳感器、儀器設(shè)備、遠程監(jiān)測和遙感等。選擇合適的數(shù)據(jù)采集設(shè)備需要考慮數(shù)據(jù)精度、采集頻率、穩(wěn)定性、可靠性和成本等因素，以滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和實時性的需求[3]。

最后，確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和一致性。數(shù)據(jù)采集過程中需要采取措施確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。這包括對傳感器和設(shè)備進行校準(zhǔn)和維護，以減少因設(shè)備本身造成的誤差。同時，對于數(shù)據(jù)傳輸和處理過程中的問題，采取數(shù)據(jù)糾錯、冗余和備份等措施，以確保數(shù)據(jù)的可靠性和一致性。最后，實施數(shù)據(jù)管理和存儲機制。智慧水務(wù)控制系統(tǒng)需要建立完善的數(shù)據(jù)管理和存儲機制，以存儲和管理采集到的數(shù)據(jù)[4]。這包括確定數(shù)據(jù)采集的頻率和時間間隔，制定數(shù)據(jù)質(zhì)量和完整性的標(biāo)準(zhǔn)，選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫和存儲設(shè)備，進行數(shù)據(jù)備份和歸檔等。通過有效的數(shù)據(jù)管理和存儲機制，可以確保數(shù)據(jù)的可追溯性、可訪問性和安全性。通過確定需要采集的數(shù)據(jù)類型和指標(biāo)、設(shè)計合理的數(shù)據(jù)采集方案和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、選擇合適的數(shù)據(jù)采集技術(shù)和設(shè)備、確保數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和一致性，以及實施數(shù)據(jù)管理和存儲機制，智慧水務(wù)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、全面、實時的采集。這為系統(tǒng)的智能決策和優(yōu)化提供了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提高了水務(wù)系統(tǒng)的運行管理效率和水資源利用的有效性[5]。

3 結(jié)語

智慧水務(wù)控制系統(tǒng)將在未來成為水資源管理的重要工具和手段。通過持續(xù)的創(chuàng)新和發(fā)展，可以期待智慧水務(wù)控制系統(tǒng)為實現(xiàn)水資源的高效利用、提升供水質(zhì)量和保障城市可持續(xù)發(fā)展作出更重要的貢獻。未來，有信心和期望智慧水務(wù)控制系統(tǒng)在技術(shù)、管理和政策等方面不斷進步，為構(gòu)建水資源充足、清潔可持續(xù)的社會作出積極努力。