大数据背景下的智慧水务系统开发分析.pdf

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 65 大数据背景下的智慧水务系统开发分析 周俊兆1 孙德茂2 1.武汉城市仿真科技有限公司，湖北 武汉 430014 2.青岛环境卫生发展中心，山东 青岛 266073 摘要：摘要：随着科学信息技术向水务渗透，以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能为代表的新一代信息技术与城市供水的结合，推动了城市供水的快速发展，不仅促进了供水全过程的数字化、可视化，同时也使自来水公司了解城市供水网络的健康状况和用水需求。有针对性地提供供水服务，满足社会生产和人民生活的基本需要。以城市供水系统为例，基于大数据信息技术的智慧供水系统建设是智慧城市的表现形式之一，它标志着信息时代城市供水事业的转型升级，与城市公共服务水平密切相关。关键词：关键词：大数据背景下；智慧水务系统；开发 中图分类号：中图分类号：TU984 0 引言 基于云的智能水务平台强调利用互联网平台实时获取大量高效的生产数据,结合专业技术人员掌握的知识领域，通过数字孪生等直观表达方式,为企业决策部门提供分析数据和应用。本文结合水务行业智能化发展的需求，列举了智慧水厂中云平台涉及的关键技术，并对“智慧水务云平台”技术进行了总结和展望。1 智慧水务概述 智慧水务主要利用无线网络、数字采集器、水质压力表等各种在线监测设备，实时感知城市给排水系统的实际运行情况。同时，通过可视化技术将给排水设施与相关水管理部门有机集成，形成“水物联网”，对海量水信息进行分析处理。分析结果将作为依据，为水管理部门的决策提供辅助支持，也可对整个水系统的管理、生产和服务进行精细化管理和动态管理，实现水的“智能化”状态1。2 水务行业智慧化发展的需求 2.1 水务行业的智慧化现状 目前，大多数地区的水处理厂运行管理范围广，控制精度低，时间短，运行成本高。为了制定能够有效实现水处理设备稳定、低碳、高效运行的全过程智能管理策略，智能管理技术依赖于水处理设备和传感器的大量实际运行数据。这就要求在海量数据采集、汇总、分析、维护的基础上，形成水务行业数字化、互联化、智能化的需求，建立支持资源配置、灵活供水、高效供水的开放式云平台，为整个供水过程提供强大的数据处理和智能管理策略2。2.2 智慧水务云平台技术的价值和意义 目标是数字化、网络化和智能化的水资源系统,在收集,汇总,分析和维护大量数据的基础上建立一个开放的平台,提高水资源部门的能力和分配,形成水资源系统的核心。它的本质是建模,标准化,软件和工业技术的再利用,经验和知识,通过创建准确,真实和有效的数据收集和连接系统以及工业大数据的存储,集成,访问,分析和管理,不断优化研发,生产和资源分配的效率。形成资源丰富、多元参与、合作、共同发展的新水生态。智能水务管理系统，实现深度运营管理能力。以信息流集成为基础，构建具有“全面感知、设备互联、数字化集成、智能预测”特征的智能云平台运营体系。3 大数据背景下的智慧水务系统开发策略 3.1 智慧水务软件平台 智慧水务建设的本质是管理理念和管理模式的变革，不仅仅是利用信息技术简单地取代人工管理模式，还需要对业务流程进行优化和重组，这是企业改革和管理现代化的过程，在这个过程中会涉及到企业制度、人员、规章制度的调整。智慧水务作为智慧城市融合的重要组成部分，必将形成一些以“智慧”为导向的相关产业链，推动软硬件、平台与企业的融合。在这种发展趋势下，水务企业想要在大数据背景下实现精中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 66 细化管理和企业数字化转型，就需要拥抱新技术，挖掘数据价值，从信息化走向智能化，数据驱动决策，实现更加智能化的应用。3.2 水务系统设备故障报警系统的构建 智能水系统功能的有效执行是建立在各子系统正常运行的基础上的。设备在运行过程中一旦发生故障，必然会影响水系统的运行。因此，有必要构建一套大数据背景下的水系统设备故障报警系统。首先，设备的运行状态可以连接到水务系统网站或者手机客户端。一旦设备发生故障，水务系统可以检测并确定故障类型，并通过网站或手机客户端将故障信息传递给工作人员。其次，应该设置远程修改功能。工作人员在接收到故障信息后，可以通过远程修改功能修改控制器的参数，或者控制故障设备的停机，避免工作人员在处理设备故障时空间有限。最后，及时开展检查维护，积极响应设备故障处理的部署任务，提高人员动员效率，有效落实水系设备的检查维护工作2。3.3 水务数据共享与交换 水务数据的共享和交换根据业务需求分为三个部分:为满足水务部门对不同系统数据进行整合和分析的业务需求，为物联网设备提供各种平台、数据库和协议，实现数据的统一采集和集成。确定城市供水运行管理智能平台与各业务系统之间的接口，系统之间的数据交换和传输按照预定义的标准和规范进行。进入城市供水智能管理平台后,根据系统集成要求设计数据结构,各种数据接口符合系统集成规范。基础数据和共享数据的交换和进程路由管理服务构成了数据交换平台的基础,为数据交换提供访问和交换服务,包括:静态数据交换,动态数据交换,图形数据,表格和统计信息。根据城市水务数据共享与交换的需求，建设水务数据共享与交换平台和水务数据中心。通过对接现有各种信息系统和智能传感设备，开展数据 ETL、数据库集成、数据优化、数据共享等工作，实现各种异构数据的统一集成，为城市供水运行提供各类智能管理平台的基础数据、实时数据、业务管理数据、历史数据和数据共享交换服务。逐步完善水务数据中心建设和城市供水运行智能管理平台系统建设。数据集成体系结构。通过数据集成和共享交换平台，将城市供水环节各业务系统中的所有数据整理到数据库中，包括形成元数据、基础信息数据库、特殊业务数据库、实时数据库、模型数据库、空间数据库、历史数据库、多媒体数据库等，实现对各类水务信息资源的数据管理、综合集成和充分挖掘;作为目前城市供水运行的智能管理平台。各种水信息系统所涵盖的所有类型的静态和基本数据的数据库。实时数据库:实时数据包括水源、供水、二次供水、管网压力测量、设备运行数据、SCADA 业务更新数据等实时监控数据。根据行业经验，进一步优化实时数据库及相关数据表，建立面向应用的高性能大数据处理系统。业务数据库:主要包含业务数据，如计费、运营费用、客服热线、产水报表等。历史数据是用于统计分析的信息。将历史数据库组织到数据仓库中，当时间达到标准时，将实际仓库中的数据集成到历史库中。3.4 基于平台，整合数据、模型、工具，开发实现智慧水务的数字孪生 数字孪生作为水务集团“智慧大脑”运营的核心模块，其实质是通过智能水务对实时数据、静态数据、机制模型、BIM 模型进行整合和开发，实现实物资产和运营状态的数字化全面深入、感知呈现。结合商业和大数据分析技术，通过建模和数据挖掘、数据分析、水质预测、生化分析、控制参数优化、设备状态监测、能效分析等深度分析和可视化显示，结合各种工况预测、仿真、控制优化等功能;为水务集团的运营管理提供全方位的运营辅助决策。并探索基于云的实时控制，追求极致高效、稳定的运行和最优的劳动力利用3。3.5 基于海绵城市理念的智慧水利建设设计 3.5.1 框架结构设计 在设计智能供水系统的框架结构时，可以根据系统的功能以及水管理和供水服务的顺序对系统进行分层。其结构可分为五层，即感知层、传输层、信息管理层、业务层和分析建议层。在这五个层中,感知层是通过传感器收集水信息的层。传输层是智能生物系统的信息工具,可以将水信息传输到特定的位置。信息管理处负责对水信息进行分析,并为业务层面的工作奠定基础。业务层主要负责对水信息进行整理，判断水信息的业务类型，并将判断结果传递给分析建议层，即对水信息进行智能分析，并将分析结果作为制定管理建议的依据。3.5.2 层次设计（1）感知层设计。感知层所使用的设备包括传感中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 67 器、移动终端设备等。感知层主要负责感知水体信息，在水域内进行实时监测活动。所有仪器设备必须严格按照说明书使用，并确保设备安装合理，保证设备设备的供电持续。设备正式开启后，进入运行模式，采集降雨信息，实时监测河流水质。(2)传输层设计。为了提高供水服务效率，有必要在短时间内掌握现场供水的实际情况。智能供水系统可以使用互联网平台来创建运输层。现场数据采集完成后,可以通过无线传输设备发送和传输采集到的信息,然后利用移动网络基站将数据传输和数据传输到控制中心,使管理人员能够及时查看数据信息。该系统还将在接收器上添加一个服务器,通过该服务器将水信息发送到控制中心和相应管理员的移动终端，从而有效提高了传输效率。移动网络基站在整个传输层中起着重要的作用，因此应根据本地网络部署的实际情况选择无线网络，以提高传输效率。(3)信息管理设计。由于水信息种类繁多，信息格式也存在一定差异，为了实现更方便的信息分析和处理，智能水系统还应在服务接口位置设置标准化的数据服务接口和格式转换器，将不同格式的水信息转换为标准格式的水信息。所有类型的信息的访问和存储都严格按照相关的服务管理标准进行管理。水信息的智能化管理一般是通过数据库和 SQL Server 作为开发工具来实现的,通过 SQL Server 来建立数据表的结构,填写水系统信息来完成主键的设置,并在表之间建立关系,这样就可以形成数据表的结构。如果需要水资源信息,可以根据请求限制请求的范围。设置查询条件后,智能供水系统会自动生成并显示查询结果。此外,信息可以被删除,交换和更新。水资源信息可以在平台上共享,用户可以根据自己的需要通过按键显示水资源信息,这不仅提高了信息的保密性,而且满足了用户的信息需求。(4)操作层次的设计。运营层是智能供水系统的主要层次,GIS 系统用于确定污水和雨水管理的位置,以及供水建设的规划。通过建模和分析,我们不断优化和完善水利建设的智能方案,以满足水利城市和水利智能建设的实际需求。在分析建模模块的应用中,通过数据分析技术提取水资源管理的重要信息,并作为水资源管理的重要基础。同时，业务层还具有信息采集与监控、方案仿真、方案管理等功能。它可以在采集过程中持续监控数据信息采集设备的具体状态，并将采集到的信息与标准参数进行比较，了解信息是否超出范围。如果是，它可以修复故障设备。方案仿真和方案管理的功能是对信息结果进行汇总，构建模拟系统，模拟水监测范围的具体情况，这将提高信息可视化的整体效率,并为智能分析创造有利条件。5)分析建议的层的设计。在这一层次的设计过程中,主要是触发数据库系统,比较水系统异常情况,根据比较结果识别异常点,并根据数据库中的管理信息,提出水管理问题的自动化解决方案,作为水资源管理部署的重要依据。总的来说,智能供水系统在运行期间可能会遇到相对较少的水问题,从而导致类似的判断并自动生成适当的管理建议。为了不断提高系统功能,为游乐城市和智能水利建设提供可靠的信息,需要更新系统数据信息,使新的水资源监测信息和解决水资源问题的策略在实践中得到应用,确保系统的适用性和实用性。4 总结与展望 构建智慧水云管理平台，收集和运营大数据;利用新一代信息技术，打破传统水务系统的数据隔离，实现数据共享，增强水务全业务流程的智能监管能力。通过大数据分析，建立适应工程实际条件和情况的管理模型和机制模型，建立水务设施数字化孪生体和专家决策系统，实现运营辅助决策和精准控制。应用智能全服务管理系统，建立高效的流通运营管理体系，实现集成化、集团化管理模式;基于人机协作的综合可靠性支撑方案，保证该系统的适用性和实用性。5 结束语 综上所述，随着城市化进程的不断推进，以及社会生产和人民生活对水资源需求的不断增加，水务企业应充分利用大数据和云计算技术，厘清水务系统的整体框架和应用体系，开发高质量的智能水务系统，并在使用过程中不断发展完善。参考文献 1李栋.智慧水务应用架构设计与关键技术研究D.西安:西北工业大学,2019.2成斐鸣,范营营,张岐,等.智慧水务管理平台的设计J.机械设计与制造工程,2019,48(10):89-92.3陈新竹.城市水务数据运营平台设计与实现D.广州:华南理工大学,2019.4赵立.浅谈智慧水务发展对传统供水企业的启发J.净水技术,2019,38(2):106-108.