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概述
1.1 智慧城市與智慧水務(wù)
自IBM提出“智慧的地球” 、“智慧的城市” 理念以來，引發(fā)了智慧城市建設(shè)的熱潮。
以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)，和知識社會環(huán)境，推動了智慧城市建設(shè)，是繼數(shù)字城市之后城市信息化發(fā)展的高級階段。(如下圖所示)
建設(shè)智慧城市已成為當今世界城市發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢，它將水、電、油、氣、交通、公共服務(wù)等等各種公用資源連接起來，監(jiān)測、分析和整合各種數(shù)據(jù)以做出智能化的響應(yīng)，更好的為城市服務(wù)。
盡管站在不同的角度對智慧城市建設(shè)可有不同的認知，但做為城市的基礎(chǔ)設(shè)施，號稱城市生命線的智慧水務(wù)建設(shè)是智慧城市的重要組成元素已得到共識。
1.2 存在的主要不足與困惑
缺少相應(yīng)的規(guī)范和標準，許多已運行的應(yīng)用系統(tǒng)，以“定制”方式由不同IT企業(yè)開發(fā)，水平參差不齊，系統(tǒng)各自割裂導(dǎo)致軟、硬件資源的極大浪費;
信息“孤島”，缺乏總體規(guī)劃，一些信息應(yīng)用系統(tǒng)在建設(shè)過程中，由于涉及部門職能分工，縱向管理居多，普遍存在信息“孤島”現(xiàn)象;
安全，獨立運行的專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)與信息安全方面，很難達到國家二級安全等級保護的要求，存在安全隱患;
資金不足和人才缺乏，尤其偏遠地區(qū)的中小水司在信息化建設(shè)方面心有力不足;
困惑，智慧水務(wù)雖是當今熱點話題，但對其確切的定義、內(nèi)涵、應(yīng)遵循的基本原則、系統(tǒng)整體架構(gòu)、應(yīng)具備的基本功能、性能和安全保障等技術(shù)層面，還需進一步規(guī)范和明確方向。
1.3 對智慧水務(wù)的認知
首先，行業(yè)層面已提出了技術(shù)進步發(fā)展規(guī)劃：8大應(yīng)用系統(tǒng);2020遠景目標：全國大、中城市的自來水公司都建立起標準化的、規(guī)范化的、健全合理的信息化系統(tǒng)，實現(xiàn)計算機管理。在小城鎮(zhèn)，自來水生產(chǎn)、供應(yīng)基本實現(xiàn)信息化。
經(jīng)過多年的建設(shè)，盡管還存在發(fā)展不均衡和許多需要完善的地方，但“智慧水務(wù)”不是對已建的各類專業(yè)業(yè)務(wù)信息應(yīng)用系統(tǒng)的否定;
“智慧水務(wù)”將運用新的技術(shù)手段，對各類孤立運行的剛性應(yīng)用系統(tǒng)進行整合和集成，實時動態(tài)感知、分析水系統(tǒng)運行的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而對供水的全過程做出智能的響應(yīng)，始終處于良好狀態(tài)。
“智慧水務(wù)”當務(wù)之急是做好頂層設(shè)計，側(cè)重智能分析、輔助決策支持等應(yīng)用軟件體系建設(shè)。
“智慧水務(wù)”正處于朝氣蓬勃的發(fā)展階段，尤其面對眾多地域分散的中小水司如何利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)實現(xiàn)高級應(yīng)用，仍需進一步探索和實踐。
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智慧水務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)
2.1 建設(shè)目標和基本拓撲結(jié)構(gòu)
建設(shè)目標：建立 “一個網(wǎng)絡(luò)，一個平臺，一個中心，一個窗口”的“四個一”企業(yè)運營管理體系結(jié)構(gòu)，和適合于本地區(qū)的實用和可靠的智慧水務(wù)信息系統(tǒng)。使城鎮(zhèn)水務(wù)的生產(chǎn)、銷售、服務(wù)、管理各個環(huán)節(jié)得到有效整合。
一個網(wǎng)絡(luò)--由工控網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、專業(yè)業(yè)務(wù)運營局域網(wǎng)(LAN)構(gòu)成的企業(yè)網(wǎng)(Intranet);
一個平臺--供水信息一體化綜合管理平臺(企業(yè)內(nèi)網(wǎng)門戶、數(shù)據(jù)中心、決策支持、智慧水務(wù));
一個中心--建立以供水調(diào)度為中心的生產(chǎn)指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)由原水到用戶的供水全過程優(yōu)化控制;
一個窗口--公眾綜合信息服務(wù)平臺，企業(yè)外網(wǎng)(Internet)門戶網(wǎng)站，營造面向用戶、溝通世界的信息氛圍，構(gòu)建快速、寬松的用戶服務(wù)環(huán)境。
智慧水務(wù)信息系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)：“三層網(wǎng)絡(luò)和對應(yīng)的三級分布式應(yīng)用系統(tǒng)組成的開放互連分層分布式體系結(jié)構(gòu)” 。
2.2 需要進一步研究解決的主要問題
(1)信息系統(tǒng)整合---平臺化(一個平臺)
消滅業(yè)內(nèi)普遍存在的專業(yè)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)“孤島”現(xiàn)象，理順各系統(tǒng)間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，做好頂層設(shè)計，借助新一代信息技術(shù)，將分散的計算機組成的一個超級虛擬計算機，建設(shè)統(tǒng)一的企業(yè)數(shù)據(jù)中心平臺，信息共享、安全可信，適應(yīng)信息技術(shù)高級應(yīng)用的發(fā)展趨勢，是實現(xiàn)智慧水務(wù)智慧應(yīng)用的大前提。
(2)供水設(shè)施、設(shè)備精細化、信息化管理
利用“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，全面感知各類供水設(shè)施、設(shè)備運行的基本信息，實現(xiàn)供水設(shè)施、設(shè)備的精細化管理。
(3)給水動態(tài)數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)
在管網(wǎng)GIS系統(tǒng)基礎(chǔ)上，結(jié)合SCADA系統(tǒng)實時壓力數(shù)據(jù)、抄表營銷水量數(shù)據(jù)，開展供水管網(wǎng)建模研究，為提高管網(wǎng)運行安全度，供水管網(wǎng)科學(xué)調(diào)度、優(yōu)化管網(wǎng)運行模式，降低管網(wǎng)漏損率。
(4)輔助決策系統(tǒng)，智慧型應(yīng)用
智慧水務(wù)建設(shè)的重要任務(wù)之一，是分析經(jīng)營中的各類數(shù)據(jù)，并升華為知識，建立輔助決策系統(tǒng)，支持科學(xué)決策，實現(xiàn)智慧應(yīng)用。
(5)資源整合與第三方服務(wù)
智慧水務(wù)信息系統(tǒng)資源整合，是企業(yè)向服務(wù)型轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)系統(tǒng)簡約化、集成化，降低IT成本，提高IT資源利用率和安全性，大幅度提升企業(yè)管理水平、服務(wù)水平和創(chuàng)新力的必經(jīng)之路。
中小型供水企業(yè)可以嘗試利用新興的第三方IT云服務(wù)，快速打造屬于自己的智慧水務(wù)平臺。
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云計算平臺與大數(shù)據(jù)
(1)云計算核心思想
云計算的核心思想，是將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計算資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個共享計算資源池向使用者提供虛擬化技術(shù)服務(wù)。 “云”是提供資源的網(wǎng)絡(luò)。
云計算是一種新的服務(wù)架構(gòu)，使用者可便利地通過互聯(lián)網(wǎng)訪問“云”中的資源，按需使用，并可隨時擴展。
(2)云計算技術(shù)特征
云平臺具有多種運行模式：私有云,公有云,社團云, 混合云等。
信息產(chǎn)業(yè)化，云計算技術(shù)可以為企業(yè)提供：
---應(yīng)用開發(fā)和運行環(huán)境;
---計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、以及信息安全保障等云基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)類型和數(shù)量不受限制;
---能夠快速彈性布署用戶，構(gòu)建松散耦合系統(tǒng);
---第三方租賃服務(wù)，并按需使用付費。
對于規(guī)模小、資金不足的中小型供水企業(yè)可以嘗試以購買服務(wù)的方式，只需很少的投入便能夠快速構(gòu)建自己的智慧水務(wù)平臺;
用戶可以時刻按需通過互聯(lián)網(wǎng)訪問屬于自己的資源，而不需要知道“云”在哪里;
“云”的運維，安全，以及系統(tǒng)升級等工作由提供服務(wù)的IT方負責(zé),始終保持“云” 的先進性。
云計算服務(wù)預(yù)計在近幾年內(nèi)會逐步得到推廣應(yīng)用。
(3)云計算與大數(shù)據(jù)
“大數(shù)據(jù)”特征---數(shù)據(jù)量大、種類多、實時性要求強、數(shù)據(jù)所蘊含的價值大、難以用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行管理和處理。
云計算是在大數(shù)據(jù)特征需求的背景下催生的一種架構(gòu)和商業(yè)模式，兩者相輔相成。
通過云計算對大數(shù)據(jù)的挖掘和深入分析，將相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)變?yōu)橛袃r值的信息，進而提煉為知識，并以知識形成決策支持。
(4)打造水務(wù)云服務(wù)平臺的設(shè)想
建設(shè)國家級一體化水務(wù)云平臺，融入國家“全國一體化數(shù)據(jù)中心”;
網(wǎng)絡(luò)和信息安全保障體系，異地數(shù)據(jù)備份和容災(zāi)恢復(fù)系統(tǒng)，確保應(yīng)用安全;
采用PPP或租賃方式提供應(yīng)用開發(fā)、計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、運行環(huán)境、信息安全保障等服務(wù);
服務(wù)對象：重點為縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)級水務(wù)企業(yè)提供智慧水務(wù)運營服務(wù)，實現(xiàn)資源共享，最大限度降低自建系統(tǒng)的資金投入，解決中小水司建設(shè)智慧水務(wù)技術(shù)力量貧乏、資金不足等難題;
云平臺也應(yīng)具備縣級市、地級市或更高級別的城市提供智慧水務(wù)的服務(wù)能力。
借助第三方專業(yè)化IT服務(wù)，是水務(wù)行業(yè)以低成本快速構(gòu)建智慧水務(wù)應(yīng)用平臺的方向。
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系統(tǒng)整合智慧節(jié)能---云計算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用
供水企業(yè)經(jīng)過20余年信息化系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用，現(xiàn)今已基本具備了信息資源整合、系統(tǒng)集成、運用云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)實現(xiàn)智慧型高級應(yīng)用的條件。
對各類相關(guān)信息進行高效融合，形成一個統(tǒng)一的“供水信息一體化綜合管理平臺”，即“一個平臺”，按業(yè)務(wù)要求建立科學(xué)的應(yīng)用模型，提升智能決策支持能力，完成供水企業(yè)“提高水質(zhì)，保障供水，優(yōu)化成本，改善服務(wù)”的中心任務(wù)，是智慧水務(wù)的建設(shè)目標。
“一個平臺”需要供水生產(chǎn)全過程的各類信息和數(shù)據(jù)，這些信息、數(shù)據(jù)來自各自獨立、分散的專業(yè)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)。
圍繞供水企業(yè)中心任務(wù)，建設(shè)以供水調(diào)度為中心的生產(chǎn)指揮系統(tǒng)，即“一個中心”，整合與集成廠站DCS、管網(wǎng)GIS、SCADA、抄表營銷系統(tǒng)、實時動態(tài)水力模型、輔助調(diào)度決策、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)，形成優(yōu)化成本、智慧節(jié)能減排體系，統(tǒng)管、優(yōu)化供水生產(chǎn)全程，是智慧水務(wù)建設(shè)的核心。
智慧水務(wù)“一個中心”的建設(shè)已不是以往供水調(diào)度的概念，通過各信息系統(tǒng)的整合與集成，對供水全過程信息與數(shù)據(jù)的分析、融合，形成決策支持，其實質(zhì)就是云計算和大數(shù)據(jù)應(yīng)用。
由于廠站通常按高日高時需水量設(shè)計總耗電量，造成絕大多數(shù)時間處于低負荷運行，常因定速水泵的運行工作點偏離管網(wǎng)特性，造成巨大的能源浪費。
采用水泵變頻調(diào)速恒壓供水技術(shù)，實現(xiàn)降低廠站電耗、優(yōu)化生產(chǎn)成本的目的已得到比較普遍的應(yīng)用。
城鎮(zhèn)供水涉及水源和原水輸送、水廠制水、泵站加壓、管網(wǎng)輸配和生產(chǎn)調(diào)度，任何環(huán)節(jié)不協(xié)調(diào)，都會影響水泵調(diào)速節(jié)能的效果。
最大節(jié)能潛力在供水管網(wǎng)的優(yōu)化運行，而變頻設(shè)備僅是管網(wǎng)優(yōu)化運行的一個執(zhí)行部件。
廠站調(diào)速結(jié)果實時送至中心調(diào)度計算機系統(tǒng)。中心系統(tǒng)依據(jù)獲得的管網(wǎng)和各廠站的最新信息，以及模型系統(tǒng)的仿真結(jié)果給出新的調(diào)度指令。結(jié)合管網(wǎng)運行信息，將出廠水恒壓供水的控制條件，由“點”變?yōu)椤懊妗保柚F(xiàn)代計算機智能技術(shù)。既智慧水務(wù)“一個中心”研究的對象已不是單純水泵調(diào)速技術(shù)，而是研究如何將電力電子技術(shù)的強電系統(tǒng)、弱電子技術(shù)的控制系統(tǒng)、數(shù)字化智能技術(shù)、控制理論、模型系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)溶為一體，創(chuàng)新為城市給水的“智慧節(jié)能”體系，達到優(yōu)化成本、改善服務(wù)的目的。
結(jié)合管網(wǎng)運行信息，將出廠水恒壓供水的控制條件，由“點”變?yōu)椤懊妗?，借助現(xiàn)代計算機智能技術(shù)。既智慧水務(wù)“一個中心”研究的對象已不是單純水泵調(diào)速技術(shù)，而是研究如何將電力電子技術(shù)的強電系統(tǒng)、弱電子技術(shù)的控制系統(tǒng)、數(shù)字化智能技術(shù)、控制理論、模型系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)溶為一體，創(chuàng)新為城市給水的“智慧節(jié)能”體系，達到優(yōu)化成本、改善服務(wù)的目的。
本文根據(jù)北京自來水集團有限責(zé)任公司原副總工程師劉百德在“第三屆中國城市智慧水務(wù)高峰論壇”上，題為《智慧水務(wù)云平臺與大數(shù)據(jù)建設(shè)探討》的發(fā)言整理而成，未經(jīng)本人審閱。
（轉(zhuǎn)載）
