城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，使得城鎮(zhèn)供水覆蓋面積進(jìn)一步擴(kuò)大，部分自來水公司原有的智慧供水系統(tǒng)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際的用水所求，特別是在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的帶動(dòng)下，智慧供水系統(tǒng)的智能化和自動(dòng)化發(fā)展趨勢越來越明顯。從整體角度來看，智慧供水系統(tǒng)的運(yùn)行也趨向于向自動(dòng)控制的模式轉(zhuǎn)變，自動(dòng)控制形式使得系統(tǒng)運(yùn)行更為穩(wěn)定可靠。本文以某縣級自來水公司智慧供水系統(tǒng)為分析對象，闡述了城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)建設(shè)路徑與技術(shù)方法。
一、城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分析
城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)由不同層級、不同服務(wù)對象的子系統(tǒng)相互融合而成，整體結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性和綜合性，其構(gòu)成主要包括：輸水管線監(jiān)測點(diǎn)、中心調(diào)度管理網(wǎng)絡(luò)、高位蓄水池加壓泵站管理等。管理層主要使用以太網(wǎng)來進(jìn)行信息交互，管理層與監(jiān)控層則是通過客戶/服務(wù)器HMI組態(tài)監(jiān)控軟件來完成信息之間的互動(dòng)，數(shù)據(jù)信息收集采用的是受到的傳輸距離影響很小的MDLC主從通訊協(xié)議。
二、城鎮(zhèn)智慧供水建設(shè)路徑與技術(shù)
受供水規(guī)模限制，城鎮(zhèn)智慧供水多采用層次化結(jié)構(gòu)，基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)((SOA)進(jìn)行建設(shè)。
1.軟硬件基礎(chǔ)
軟硬件基礎(chǔ)層主要包括建設(shè)智慧供水所需要的各種軟硬件設(shè)備，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、GIS平臺、供水信息監(jiān)測設(shè)備、服務(wù)器、信息通信網(wǎng)絡(luò)等，是實(shí)現(xiàn)智慧供水的基礎(chǔ)。
2.智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心
智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心提供了GIS數(shù)據(jù)與供水管網(wǎng)專題數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分布式管理和功能整合的解決方案。智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心包含數(shù)據(jù)倉庫、功能倉庫及搭建平臺。
智慧水務(wù)系統(tǒng)建立的異源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫能夠?qū)?shù)據(jù)格式整理成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，而且不會改變原本的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。智慧水務(wù)系統(tǒng)中的異源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫通過邏輯運(yùn)算的方式將各種數(shù)據(jù)有機(jī)的整合到一起，這與傳統(tǒng)的僅僅將數(shù)據(jù)進(jìn)行物理的整合是有很大區(qū)別的。因此通過智慧水務(wù)供水系統(tǒng)可以有效的對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分享，使數(shù)據(jù)挖掘工作得以進(jìn)一步有效開展。
功能倉庫提供多個(gè)供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的集成和功能復(fù)用手段，實(shí)現(xiàn)對供水基礎(chǔ)功能及專題業(yè)務(wù)功能的倉庫式管理，用來直接支持系統(tǒng)的快速搭建和配置。功能倉庫的構(gòu)建可以更加便捷地與原有系統(tǒng)進(jìn)行整合，并為整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)張?zhí)峁└嗟慕涌?，盡最大努力避免資源和資金的浪費(fèi)。
搭建平臺提供先進(jìn)的搭建式、配置式、插件式二次開發(fā)技術(shù)，力圖從界面表現(xiàn)到數(shù)據(jù)管理各個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)搭建。搭建平臺主要支持供水業(yè)務(wù)流程的搭建和供水業(yè)務(wù)功能的搭建，提倡像積木一樣生產(chǎn)面向具體供水業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng);提倡通過改變開發(fā)方式從根本上降低軟件開發(fā)的難度;提倡零編碼或少量編碼快速構(gòu)建供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，業(yè)務(wù)流程可靈活定制、靈活調(diào)整。
3.智慧供水服務(wù)平臺
智慧供水服務(wù)平臺將會用到MIS ,OA以及GIS的集成，即把OA融合到GIS以及MIS中，最終構(gòu)成一個(gè)完整的供水服務(wù)平臺。該平臺能夠?yàn)槌擎?zhèn)供水提供數(shù)據(jù)服務(wù)、位置服務(wù)以及管理服務(wù)等。
4.智慧應(yīng)用
智慧服務(wù)平臺為城鎮(zhèn)自來水公司提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)以及功能服務(wù)。在實(shí)際工作中工作人員和客戶能夠通過網(wǎng)站訪問、標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)調(diào)用以及服務(wù)注冊三種方式來實(shí)現(xiàn)對平臺的訪問以及管理。該平臺的構(gòu)建以及應(yīng)用能夠更加便捷地實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)管理、巡檢、抄表以及智能調(diào)度等工作。
三、城鎮(zhèn)智慧供水建設(shè)實(shí)踐
1.智慧供水系統(tǒng)在自來水公司中的應(yīng)用
城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)作為非常重要的組成部分，在指揮供水系統(tǒng)建設(shè)中，要有效結(jié)合當(dāng)前城鎮(zhèn)發(fā)展現(xiàn)狀，科學(xué)的引入目前最先進(jìn)的各領(lǐng)域技術(shù)，不斷提升智慧供水系統(tǒng)的科學(xué)化、信息化以及智能化水平，同時(shí)還要根據(jù)不同城區(qū)的用水情況建立結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。系統(tǒng)運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)信息，可以通過GPRS第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)和公司智慧供水系統(tǒng)的共享，總的供水調(diào)度站可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，確定并執(zhí)行能最大限度滿足用戶的需求的方案，自來水公司在運(yùn)行過程中才能更有效的降低供水成本，持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)安全的供水服務(wù)。
2.供水管線的測壓點(diǎn)
對于SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成來說，不同部位所構(gòu)成的功能具有很大的差異性，各個(gè)分系統(tǒng)之間的有效結(jié)合才能夠共同促進(jìn)整個(gè)智慧供水系統(tǒng)的健康運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，系統(tǒng)中的信道不但要能夠進(jìn)行有線通信，同時(shí)還要具備無線通訊的能力，使其更加及時(shí)地獲得運(yùn)行的具體參數(shù)信息、管網(wǎng)信息等，以便為調(diào)度優(yōu)化提供服務(wù)，大大縮減故障檢修的時(shí)間，把停水次數(shù)控制在可控范圍內(nèi)，確保供水管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
3.高位蓄水池加壓泵站
在智慧供水系統(tǒng)中，在調(diào)度SCADA系統(tǒng)作用下，調(diào)度中心可以實(shí)現(xiàn)和加壓泵站的有機(jī)配合，促進(jìn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的傳達(dá)和接收。供水調(diào)度工作人員在工作中充分利用這些數(shù)據(jù)信息，就可以在最短的時(shí)間內(nèi)解決問題，提高智慧供水系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，確保供水服務(wù)的全面可靠。
4.中心監(jiān)控站
城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)的核心就是中心站，中心站對整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行全天候的監(jiān)測，如側(cè)壓點(diǎn)數(shù)、水質(zhì)狀況等，使自來水公司可以及時(shí)、全面地了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并進(jìn)行調(diào)整，降低系統(tǒng)故障的兒率，為用戶提供更高質(zhì)量的供水服務(wù)。除此之外，城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)還能夠和公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的統(tǒng)一，使之形成一個(gè)整體化的調(diào)度平臺，在這個(gè)平臺下，它可以直觀化的顯不出各個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，對運(yùn)行的參數(shù)信息有明確表達(dá)，并且在此基礎(chǔ)上可以對信息資源進(jìn)行相應(yīng)的整理和融合，使之形成相應(yīng)的歸類。在該公司的調(diào)度中心站中會有一個(gè)較大的模型顯不屏，這個(gè)顯不屏是動(dòng)態(tài)變化的，有利于調(diào)度信息的直觀化和透明化程度提高。
四、城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)有關(guān)技術(shù)
1.通訊技術(shù)
由于城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性，它能夠與輸水管線測壓點(diǎn)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)配合形成一個(gè)主從性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)的各方面的優(yōu)勢非常顯著，擁有著非常強(qiáng)大的無線通訊功能，可以非常迅速的將各方面信息進(jìn)行傳遞和交換。在專業(yè)性較強(qiáng)的光纖以及1000/ 100M以太網(wǎng)可以顯著提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
2.系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和維護(hù)性分析技術(shù)
該系統(tǒng)采用的通信協(xié)議為MDLC，從近一段時(shí)間的實(shí)際使用狀況來判斷，該協(xié)議具有非常強(qiáng)大的兼容性，不但能夠完美支撐普通的輪詢方式，還能夠良好地適應(yīng)RTU向中心站的突發(fā)傳輸方式。在系統(tǒng)的正常運(yùn)行下，它的中心站會按照預(yù)先設(shè)定的周期，對各個(gè)RTU進(jìn)行逐一輪詢，如果遇到了緊急突發(fā)狀況，會把產(chǎn)生的信息及時(shí)發(fā)給中心站。MOSCAD RTU的插槽構(gòu)成形式是模塊式的，這種形式的好處是便于后期的更換，尤其是在通信協(xié)議MDLC的支持下，能夠在中心站對其他的RTU進(jìn)行下載、調(diào)試，達(dá)到遠(yuǎn)程維護(hù)的要求，縮短了系統(tǒng)的MTTR
3.遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)
MOSCAD系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)是常見的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模式，城鎮(zhèn)智慧供水中采用該結(jié)構(gòu)可以使自來水公司從整體上把控好供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，有效解放公司人力資源，降低調(diào)度工作人員的工作量。同時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)還能夠更加及時(shí)的將系統(tǒng)運(yùn)行狀況等信息及時(shí)傳遞給公司的決策管理層，為他們制定公司的發(fā)展決策提供參考依據(jù)和指導(dǎo)。
一、城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分析
城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)由不同層級、不同服務(wù)對象的子系統(tǒng)相互融合而成，整體結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性和綜合性，其構(gòu)成主要包括：輸水管線監(jiān)測點(diǎn)、中心調(diào)度管理網(wǎng)絡(luò)、高位蓄水池加壓泵站管理等。管理層主要使用以太網(wǎng)來進(jìn)行信息交互，管理層與監(jiān)控層則是通過客戶/服務(wù)器HMI組態(tài)監(jiān)控軟件來完成信息之間的互動(dòng)，數(shù)據(jù)信息收集采用的是受到的傳輸距離影響很小的MDLC主從通訊協(xié)議。
二、城鎮(zhèn)智慧供水建設(shè)路徑與技術(shù)
受供水規(guī)模限制，城鎮(zhèn)智慧供水多采用層次化結(jié)構(gòu)，基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)((SOA)進(jìn)行建設(shè)。
1.軟硬件基礎(chǔ)
軟硬件基礎(chǔ)層主要包括建設(shè)智慧供水所需要的各種軟硬件設(shè)備，如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、GIS平臺、供水信息監(jiān)測設(shè)備、服務(wù)器、信息通信網(wǎng)絡(luò)等，是實(shí)現(xiàn)智慧供水的基礎(chǔ)。
2.智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心
智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心提供了GIS數(shù)據(jù)與供水管網(wǎng)專題數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分布式管理和功能整合的解決方案。智慧供水?dāng)?shù)據(jù)中心包含數(shù)據(jù)倉庫、功能倉庫及搭建平臺。
智慧水務(wù)系統(tǒng)建立的異源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫能夠?qū)?shù)據(jù)格式整理成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，而且不會改變原本的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。智慧水務(wù)系統(tǒng)中的異源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫通過邏輯運(yùn)算的方式將各種數(shù)據(jù)有機(jī)的整合到一起，這與傳統(tǒng)的僅僅將數(shù)據(jù)進(jìn)行物理的整合是有很大區(qū)別的。因此通過智慧水務(wù)供水系統(tǒng)可以有效的對其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分享，使數(shù)據(jù)挖掘工作得以進(jìn)一步有效開展。
功能倉庫提供多個(gè)供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的集成和功能復(fù)用手段，實(shí)現(xiàn)對供水基礎(chǔ)功能及專題業(yè)務(wù)功能的倉庫式管理，用來直接支持系統(tǒng)的快速搭建和配置。功能倉庫的構(gòu)建可以更加便捷地與原有系統(tǒng)進(jìn)行整合，并為整個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)張?zhí)峁└嗟慕涌?，盡最大努力避免資源和資金的浪費(fèi)。
搭建平臺提供先進(jìn)的搭建式、配置式、插件式二次開發(fā)技術(shù)，力圖從界面表現(xiàn)到數(shù)據(jù)管理各個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)搭建。搭建平臺主要支持供水業(yè)務(wù)流程的搭建和供水業(yè)務(wù)功能的搭建，提倡像積木一樣生產(chǎn)面向具體供水業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng);提倡通過改變開發(fā)方式從根本上降低軟件開發(fā)的難度;提倡零編碼或少量編碼快速構(gòu)建供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，業(yè)務(wù)流程可靈活定制、靈活調(diào)整。
3.智慧供水服務(wù)平臺
智慧供水服務(wù)平臺將會用到MIS ,OA以及GIS的集成，即把OA融合到GIS以及MIS中，最終構(gòu)成一個(gè)完整的供水服務(wù)平臺。該平臺能夠?yàn)槌擎?zhèn)供水提供數(shù)據(jù)服務(wù)、位置服務(wù)以及管理服務(wù)等。
4.智慧應(yīng)用
智慧服務(wù)平臺為城鎮(zhèn)自來水公司提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)以及功能服務(wù)。在實(shí)際工作中工作人員和客戶能夠通過網(wǎng)站訪問、標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)調(diào)用以及服務(wù)注冊三種方式來實(shí)現(xiàn)對平臺的訪問以及管理。該平臺的構(gòu)建以及應(yīng)用能夠更加便捷地實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)管理、巡檢、抄表以及智能調(diào)度等工作。
三、城鎮(zhèn)智慧供水建設(shè)實(shí)踐
1.智慧供水系統(tǒng)在自來水公司中的應(yīng)用
城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)作為非常重要的組成部分，在指揮供水系統(tǒng)建設(shè)中，要有效結(jié)合當(dāng)前城鎮(zhèn)發(fā)展現(xiàn)狀，科學(xué)的引入目前最先進(jìn)的各領(lǐng)域技術(shù)，不斷提升智慧供水系統(tǒng)的科學(xué)化、信息化以及智能化水平，同時(shí)還要根據(jù)不同城區(qū)的用水情況建立結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。系統(tǒng)運(yùn)行中的各種數(shù)據(jù)信息，可以通過GPRS第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)和公司智慧供水系統(tǒng)的共享，總的供水調(diào)度站可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，確定并執(zhí)行能最大限度滿足用戶的需求的方案，自來水公司在運(yùn)行過程中才能更有效的降低供水成本，持續(xù)提供優(yōu)質(zhì)安全的供水服務(wù)。
2.供水管線的測壓點(diǎn)
對于SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成來說，不同部位所構(gòu)成的功能具有很大的差異性，各個(gè)分系統(tǒng)之間的有效結(jié)合才能夠共同促進(jìn)整個(gè)智慧供水系統(tǒng)的健康運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，系統(tǒng)中的信道不但要能夠進(jìn)行有線通信，同時(shí)還要具備無線通訊的能力，使其更加及時(shí)地獲得運(yùn)行的具體參數(shù)信息、管網(wǎng)信息等，以便為調(diào)度優(yōu)化提供服務(wù)，大大縮減故障檢修的時(shí)間，把停水次數(shù)控制在可控范圍內(nèi)，確保供水管網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
3.高位蓄水池加壓泵站
在智慧供水系統(tǒng)中，在調(diào)度SCADA系統(tǒng)作用下，調(diào)度中心可以實(shí)現(xiàn)和加壓泵站的有機(jī)配合，促進(jìn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的傳達(dá)和接收。供水調(diào)度工作人員在工作中充分利用這些數(shù)據(jù)信息，就可以在最短的時(shí)間內(nèi)解決問題，提高智慧供水系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，確保供水服務(wù)的全面可靠。
4.中心監(jiān)控站
城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)的核心就是中心站，中心站對整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行全天候的監(jiān)測，如側(cè)壓點(diǎn)數(shù)、水質(zhì)狀況等，使自來水公司可以及時(shí)、全面地了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況，并進(jìn)行調(diào)整，降低系統(tǒng)故障的兒率，為用戶提供更高質(zhì)量的供水服務(wù)。除此之外，城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)還能夠和公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的統(tǒng)一，使之形成一個(gè)整體化的調(diào)度平臺，在這個(gè)平臺下，它可以直觀化的顯不出各個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，對運(yùn)行的參數(shù)信息有明確表達(dá)，并且在此基礎(chǔ)上可以對信息資源進(jìn)行相應(yīng)的整理和融合，使之形成相應(yīng)的歸類。在該公司的調(diào)度中心站中會有一個(gè)較大的模型顯不屏，這個(gè)顯不屏是動(dòng)態(tài)變化的，有利于調(diào)度信息的直觀化和透明化程度提高。
四、城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)有關(guān)技術(shù)
1.通訊技術(shù)
由于城鎮(zhèn)智慧供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特殊性，它能夠與輸水管線測壓點(diǎn)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)配合形成一個(gè)主從性網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)的各方面的優(yōu)勢非常顯著，擁有著非常強(qiáng)大的無線通訊功能，可以非常迅速的將各方面信息進(jìn)行傳遞和交換。在專業(yè)性較強(qiáng)的光纖以及1000/ 100M以太網(wǎng)可以顯著提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。
2.系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和維護(hù)性分析技術(shù)
該系統(tǒng)采用的通信協(xié)議為MDLC，從近一段時(shí)間的實(shí)際使用狀況來判斷，該協(xié)議具有非常強(qiáng)大的兼容性，不但能夠完美支撐普通的輪詢方式，還能夠良好地適應(yīng)RTU向中心站的突發(fā)傳輸方式。在系統(tǒng)的正常運(yùn)行下，它的中心站會按照預(yù)先設(shè)定的周期，對各個(gè)RTU進(jìn)行逐一輪詢，如果遇到了緊急突發(fā)狀況，會把產(chǎn)生的信息及時(shí)發(fā)給中心站。MOSCAD RTU的插槽構(gòu)成形式是模塊式的，這種形式的好處是便于后期的更換，尤其是在通信協(xié)議MDLC的支持下，能夠在中心站對其他的RTU進(jìn)行下載、調(diào)試，達(dá)到遠(yuǎn)程維護(hù)的要求，縮短了系統(tǒng)的MTTR
3.遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)
MOSCAD系統(tǒng)自身的結(jié)構(gòu)是常見的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)模式，城鎮(zhèn)智慧供水中采用該結(jié)構(gòu)可以使自來水公司從整體上把控好供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，有效解放公司人力資源，降低調(diào)度工作人員的工作量。同時(shí)，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)還能夠更加及時(shí)的將系統(tǒng)運(yùn)行狀況等信息及時(shí)傳遞給公司的決策管理層，為他們制定公司的發(fā)展決策提供參考依據(jù)和指導(dǎo)。
