刘放平 李烈岳

（株洲中车机电科技有限公司，湖南 株洲412000）

近年来，随着物联网、移动互联网、云计算等新一代信息技术的迅速发展，给水务行业的发展带来了巨大的变革，水务行业与新兴技术正加速融合。发展智慧水务，构建安全实用、智慧高效的水务系统成为必然趋势[1]。物联网是实现设备和设施互联互通、应用集成的一个新技术。将物联网技术应用到智慧水务系统，为水务的智能化运营管理提供强大的技术支持，是建设智慧水务系统的关键技术。本文对智慧水务建设的必要性进行了研究，分析了智慧水务发展现状和存在问题，提出了基于物联网的智慧水务系统的构建方案，阐述了智慧水务在污水处理中的应用效果。

1 智慧水务建设的必要性

1.1 生态文明建设的迫切需求。生态文明建设是社会主义现代化建设“五位一体”总体布局中重要组成部分，是关乎中华民族永续发展的根本大计。然而，生态建设正面临水资源短缺和水环境污染等突出问题。通过智慧水务建设，实现水务部门与其他相关部门的资源整合和业务协同，规范水资源监督监管，有助于提高水资源利用率，遏制水污染增长趋势，解决生态文明建设所面临的困境。因此，智慧水务建设已成为生态文明建设的迫切需求。

1.2 智慧城市建设的必然要求。智慧城市是城市现代化建设和发展的趋势，是信息技术与城市基础设施、城市管理、居民生活、企业运行等方方面面的融合，智慧城市的时代已经到来。智慧水务是实现城市管理智能化密不可分的一部分，是至关重要的民生工程，是解决城市水务规划、建设、管理、服务的智慧化的有效途径，是实现水务精细化管理、城市可持续发展的需要。因此，智慧水务是智慧城市建设的必然要求。

2 智慧水务的发展现状及问题分析

2.1 现状分析。我国水务行业虽起步较晚，但经过近年来的快速发展，已经取得了很大进步，得益于国家在宏观政策上支持和推动智慧水务的发展。早在2014 年，国务院印发的《国家新型城镇化规划（2014-2020 年）》，提出要发展智能水务，构建覆盖供水全过程、保障供水质量安全的智能供排水和污水处理系统，实现水务生产运行和管理运营的智慧化。总体而言，我国智慧水务建设和发展仍不完善、不平衡，处于初步阶段，各城市和地区根据自身水资源的特点和需求出发建设智慧水务，缺少统一的规划[2]。

图1 智慧水务总体架构

图2 数据采集对象

2.2 存在问题。虽然智慧水务建设方面已初具规模，但相对于水务精细化管理、智能化应用的需要，目前还存在以下不足: 2.2.1信息互联互通程度低，难以实现信息共享。在已建立的各类专业业务的应用系统中，由于各部门分管的环节不同，即使在一个网络环境中，也难以实现信息互通和资源共享，形成数据割据和信息孤岛[3]，限制和阻碍了水务更高层次的智慧应用。2.2.2 缺少全局性顶层设计，难以满足未来发展需要。智慧水务涉及多方面、多层次、多要素资源的整合、集成、开发和利用，不仅建设周期长，而且投入大，科学合理的顶层设计尤为重要。因此，从全局出发的顶层设计才能满足智慧水务面向未来可持续发展的需要，满足不同业务之间的共享复用，支撑新技术应用的扩展和业务变化的需求。2.2.3 重系统建设、轻运营管理。传统水务行业的关注重点在建设内容、建设规模及建设方案等方面，缺少运营管理上的分析和规划，导致建成后因多种原因不能维持长期良好的运营。

3 基于物联网的智慧水务系统设计方案

3.1 智慧水务系统总体架构。智慧水务从技术实现和提供服务的角度，其总体架构可划分为六个层次，分别是：数据采集层、传输层、硬件设备层、数据资源层、业务应用层面和应用交互层。具体如图1 所示。3.1.1 数据采集层：从自控系统或在线仪表上采集数据，通过数据传输设备传输到数据中心。3.1.2 传输层：通过有线或无线网络进行数据采集的传输。3.1.3 硬件设备层：硬件基础设施为系统提供基础的硬件支撑环境，包括支撑各类应用运行和数据存储的服务器、机房环境等。3.1.4 数据存储层：数据存储层是系统信息汇集和数据存储与管理的基础，提供数据访问、数据存储、数据备份、数据挖掘等各项数据管理服务。3.1.5 业务应用层：业务应用层是系统应用的核心，系统对各厂站远程监控、设备管理等提供监控、分析、展示。3.1.6 交互层：交互层是直接与用户交互的层面，提供分级应用交互。

3.2 数据采集。数据采集内容包括对在线仪器仪表数据、化验室数据、水电药耗用数据、设备运行数据、水量水质数据等与生产直接或间接相关的过程数据的采集。数据采集对象如图2 所示。

3.3 生产运行监控与调度。建立以污水处理工艺运行为中心的全厂生产过程控制体系，实现污水处理工艺运行稳定、出水水质达标。通过物联网将污水厂及下属泵站的各类在线仪表、设备所反映的生产运行数据采集传输至数据中心。利用HT For Web 3D技术搭建全流程污水处理工艺可视化数据模型，借助专家系统对数据进行分析和挖掘，实现工艺运行监控和分析预警，为管理人员提供工艺运行调度的优化方案、工艺异常处理方案、设备性能分析、全厂运行成本分析等，进而提高污水厂生产运行的管理水平。

3.4 运营管理。智慧水务运用信息化手段为企业提供综合运营管理解决方案，包括生产运行调度、远程监控以及与营运业务相关的设备资产管理、考核管理等，实现企业生产运营管理信息化水平的全面提升。运营管理以满足企业管理业务需求为原则，实现对下属污水厂生产运行的集约化管理，通过对各污水厂的生产运营数据的分析，形成辅助公司运营决策的分析报告，提高企业的竞争力和企业整体运营能力。

4 智慧水务在污水处理中的应用效果

智慧水务在污水处理中的应用效果体现在于从根本上解决水务行业运营管理上的难题，为企业提供厂站的智能化远程集中监管平台、便捷化的运行调度和工艺运行指导以及精准化辅助企业经营决策。

4.1 智能化远程集中监管。系统采用云端部署方式，通过物联网、GIS 等技术建立下属各污水处理厂和泵站的生产运行情况的智能化实时监控和预警机制，当出现关键数据或指标异常时，可通过语音播报、预警指示灯、手机短信、系统消息等多种方式将消息实时通知到相关人员。通过手机APP 可查看生产运行的关键指标数据以及设备运行数据等。

4.2 便捷化运行调度和工艺运行指导。借助监控大屏可远程查看现场实时的工作画面、设备及构筑物的运行数据、关键工艺数据等，以便及时解决污水厂在工艺运行过程中的问题，提高人才资源的利用率，保障工艺运行的稳定。

4.3 精准化辅助经营决策。 系统自动采集和分析统计经营决策的关键数据，保证了数据的实时性、准确性，并以多样化的图表、报告等方式直观地呈现所有经营决策数据，以便决策者制定精准的战略目标和经营方针。

5 结论与建议

智慧水务需要将信息技术与水务公司的自身业务需求相融合，有针对性的进行智慧水务系统的设计。通过建设智慧水务，为企业带来运营管理水平的提升、服务能力的提升，同时也为企业创造经济效益，促进企业发展。在广泛应用的过程中，推进应用集成和数据贯通的一体化信息集成平台建设，有效解决信息孤岛问题，实现信息畅通和信息共享。充分运用大数据分析技术，构建水务大数据挖掘模型，深度挖掘数据价值，为企业的经营管理提供决策分析，这也是智慧水务向更高层次的智慧化应用的发展目标。