據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)年均缺水約500億立方米，約2/3城市不同程度缺水，城鎮(zhèn)污水處理率不足90%，人均水資源總量只有全球平均水平的28%，水資源短缺及其開(kāi)發(fā)利用處理能力不足、傳統(tǒng)水務(wù)行業(yè)自動(dòng)化和信息化技術(shù)應(yīng)用相對(duì)滯后已成為掣肘建設(shè)美麗中國(guó)、實(shí)現(xiàn)我國(guó)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的矛盾焦點(diǎn)。

    供水方面，我國(guó)供水總量在2013年達(dá)到前期峰值，之后開(kāi)始出現(xiàn)供水總量增速趨緩甚至下降現(xiàn)象，尤其在城市供水管網(wǎng)漏損方面，目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家基本將城市供水管網(wǎng)漏損降低到10%以?xún)?nèi)，但是在我國(guó)大部分城市地區(qū)供水管網(wǎng)漏損率仍舊超過(guò)15%，部分地區(qū)甚至超過(guò)了20%，水資源利用率過(guò)低、漏損過(guò)于嚴(yán)重，導(dǎo)致了我國(guó)水資源日趨緊缺。

    近年來(lái)，我國(guó)住建部、發(fā)改委等相關(guān)部門(mén)陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)規(guī)劃、政策支持水務(wù)的智慧化發(fā)展，特別是2018年《水污染防治法》的正式實(shí)施，明確了水污染防治的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)劃和措施，對(duì)水質(zhì)處理、污染防治提出更高要求。一系列水資源治理、供水管理、污水處理等方面的政策出臺(tái)，均瞄準(zhǔn)提升我國(guó)城市資源綜合治理能力的目標(biāo)，為我國(guó)發(fā)展智慧水務(wù)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了良好的政策環(huán)境支撐。

智慧水務(wù)是什么

    近年來(lái)，隨著新一代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)水務(wù)行業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)有機(jī)融合，推動(dòng)了傳統(tǒng)水務(wù)行業(yè)智慧化轉(zhuǎn)型升級(jí)，智慧水務(wù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)運(yùn)而生。

    在《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)術(shù)語(yǔ)和定義》中，智慧水務(wù)的定義為：以業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)雙驅(qū)動(dòng)為核心，充分利用新一代信息與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，深入挖掘和廣泛運(yùn)用水務(wù)信息資源，通過(guò)水信息采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理和服務(wù)，全面提升水管理的效率和效能，實(shí)現(xiàn)更全面的感知，更主動(dòng)的服務(wù)，更整合的資源，更科學(xué)的決策，更自動(dòng)的控制和更及時(shí)的應(yīng)對(duì)。

    智慧水務(wù)可大幅提高水資源開(kāi)發(fā)利用處理效能，不僅是我國(guó)水務(wù)行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)方向，也成為建設(shè)智慧城鎮(zhèn)、智慧中國(guó)的重要組成部分，值得高度重視并著力推進(jìn)其健康快速發(fā)展。

    筆者單位長(zhǎng)期從事智能制造的技術(shù)研究與應(yīng)用，在智慧水務(wù)的領(lǐng)域，筆者創(chuàng)新性的將制造的全生命周期的理念應(yīng)用在智慧水務(wù)定義中，提出：智慧水務(wù)的根本目的是實(shí)現(xiàn)水資源全生命周期的智慧化管理，提供水系統(tǒng)全生命周期管理機(jī)制，包含水安全、水環(huán)境、水生態(tài)、水治理、水科技、水利用等水務(wù)系統(tǒng)六大發(fā)展領(lǐng)域。

圖1：水資源全生命周期管理模式圖

    智慧水務(wù)發(fā)展的困境

    在智慧水務(wù)良好的發(fā)展機(jī)遇下，雖然有如北控水務(wù)、中環(huán)水務(wù)、碧水源集團(tuán)等大型水務(wù)公司初步實(shí)現(xiàn)了智慧水務(wù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，并實(shí)施了一定數(shù)量的具備管控一體、數(shù)據(jù)可視、協(xié)同調(diào)度等功能的智慧水務(wù)建設(shè)項(xiàng)目；但從中國(guó)城市供水現(xiàn)狀及其水資源治理態(tài)勢(shì)來(lái)看，當(dāng)前智慧水務(wù)的發(fā)展仍舊處在初級(jí)階段，通過(guò)對(duì)當(dāng)前水務(wù)系統(tǒng)調(diào)研分析得出阻礙智慧水務(wù)發(fā)展的主要因素有如下幾方面：

    首先，水務(wù)、水資源管理系統(tǒng)信息化程度，數(shù)據(jù)信息孤島相對(duì)嚴(yán)重，甚多重要的水務(wù)信息數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，信息資源的協(xié)同共享能力較差；

    其次，水務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不完備，部分水務(wù)部門(mén)尚未完成對(duì)管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)化規(guī)整，管網(wǎng)屬性數(shù)據(jù)相對(duì)缺失，管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)精度、監(jiān)測(cè)頻率以及監(jiān)測(cè)廣度等方面相對(duì)粗放，數(shù)據(jù)難以獲得、準(zhǔn)確度差，限制了數(shù)據(jù)的綜合利用；

    最后，各企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)對(duì)智慧水務(wù)的本質(zhì)認(rèn)識(shí)相對(duì)較淺，尚未形成數(shù)據(jù)共享、資源協(xié)同的互利共贏(yíng)局面。

    智慧水務(wù)如何擁抱工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

    為了破解智慧水務(wù)發(fā)展存在的各類(lèi)制約因素，筆者嘗試結(jié)合國(guó)家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略及其工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)模式，探索一種智慧水務(wù)融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)模式，以便促進(jìn)智慧水務(wù)產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量快速發(fā)展。

    首先，我們所說(shuō)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)與工業(yè)系統(tǒng)深度融合形成的產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用生態(tài)，是工業(yè)智能化發(fā)展的關(guān)鍵綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施?！豆I(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)報(bào)告》在分析業(yè)務(wù)需求基礎(chǔ)上，提出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，指出網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)和安全是體系架構(gòu)的三大核心，其中“網(wǎng)絡(luò)”是工業(yè)系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)傳輸交換的支撐基礎(chǔ)，“數(shù)據(jù)”是工業(yè)智能化的核心驅(qū)動(dòng)，“安全”是網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)以及工業(yè)融合應(yīng)用的重要前提。該體系架構(gòu)從本質(zhì)上指出數(shù)據(jù)流的核心驅(qū)動(dòng)地位，也闡明了數(shù)據(jù)是溝通工業(yè)物理實(shí)體與虛擬實(shí)體的根源，也是創(chuàng)建CPS系統(tǒng)、數(shù)字孿生體的根基。

    其次，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)基礎(chǔ)上，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟給出了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)，可概括為邊緣設(shè)備層、基礎(chǔ)資源層（IaaS）、平臺(tái)服務(wù)層（PaaS）、應(yīng)用服務(wù)層（SaaS）。為了實(shí)現(xiàn)智慧水務(wù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的無(wú)縫對(duì)接，筆者針對(duì)當(dāng)前智慧水務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了剖析，智慧水務(wù)系統(tǒng)的架構(gòu)可概括為如下幾方面：水務(wù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集傳輸層，用于實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集傳輸；數(shù)據(jù)中心層，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚、清洗處理等；應(yīng)用業(yè)務(wù)層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化展示、業(yè)務(wù)管理以及第三方服務(wù)接入等功能。

    綜合而言，常規(guī)智慧水務(wù)系統(tǒng)建設(shè)主要采用了物聯(lián)網(wǎng)+數(shù)據(jù)匯聚+應(yīng)用服務(wù)模式，與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)架構(gòu)模式存在一定的差異；但究其本質(zhì)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的核心在提供一種平臺(tái)架構(gòu)，將數(shù)據(jù)接入平臺(tái)層（可分為本地接入或者云端接入兩種形式，目前更偏重于云端接入），工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)更多的提供了應(yīng)用開(kāi)發(fā)服務(wù)，用戶(hù)可以在服務(wù)平臺(tái)層進(jìn)行服務(wù)的使用并開(kāi)發(fā)具備定制化功能的第三方應(yīng)用服務(wù)。結(jié)合該種思想，筆者架構(gòu)了一種融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智慧水務(wù)體系，如下圖所示。

圖2：工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支撐的智慧水務(wù)架構(gòu)

    圖2所示架構(gòu)從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)智慧水務(wù)架構(gòu)向平臺(tái)化、云服務(wù)化方向的轉(zhuǎn)化。

    在邊緣設(shè)備層，實(shí)現(xiàn)了將水務(wù)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等的歸集，為水務(wù)數(shù)據(jù)集中采集與匯聚提供了邊緣支撐；包括水處理的加藥裝置與配藥裝置、供水加壓裝置、流量測(cè)試設(shè)備、壓力測(cè)試設(shè)備、水質(zhì)測(cè)試等等，通過(guò)采集水務(wù)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備信息數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)水務(wù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)治理狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)管。

    在智慧水務(wù)IaaS層，將水務(wù)數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、安全防護(hù)等所需資源進(jìn)行了云化配置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的云化處理；在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支撐下的智慧水務(wù)基礎(chǔ)資源層一般為云端服務(wù)商提供，包括計(jì)算服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、應(yīng)用支撐服務(wù)環(huán)境等等。

    在云平臺(tái)層結(jié)合大數(shù)據(jù)智能分析、專(zhuān)家系統(tǒng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)水務(wù)數(shù)據(jù)的智慧化分析與處理為智能化決策與調(diào)度提供服務(wù)支撐；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支撐的智慧水務(wù)云平臺(tái)端多采用諸如阿里云、INDICS平臺(tái)、華為云等相對(duì)成熟的云端服務(wù)平臺(tái)，原因在于大型云端服務(wù)提供上可以確保良好的數(shù)據(jù)安全防護(hù)服務(wù)，相對(duì)于本地私有化部署而言，其數(shù)據(jù)安全性防護(hù)更有保障。

    在應(yīng)用服務(wù)層，特別設(shè)置了開(kāi)發(fā)者中心，為智慧水務(wù)多業(yè)務(wù)功能應(yīng)用提供開(kāi)發(fā)接口，供水務(wù)業(yè)務(wù)部門(mén)開(kāi)發(fā)使用，目前越來(lái)越多的水務(wù)企業(yè)對(duì)云端服務(wù)自主開(kāi)發(fā)的需求越來(lái)越大，開(kāi)放的開(kāi)發(fā)者中心為此類(lèi)企業(yè)提供了有效手段。本層通常采用水務(wù)平臺(tái)的云端部署方式實(shí)現(xiàn)服務(wù)的云端化，對(duì)于智慧水務(wù)平臺(tái)而言，主要可實(shí)現(xiàn)水務(wù)設(shè)備管理、水務(wù)營(yíng)收管理、管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)管、協(xié)同調(diào)度、第三方接口、移動(dòng)服務(wù)等功能。

    融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智慧水務(wù)建設(shè)模式可分為本地化部署、云端部署兩種情況：本地化部署——將數(shù)據(jù)中心部署到企業(yè)端，云端化部署——將水務(wù)數(shù)據(jù)中心部署到公有云上；其運(yùn)營(yíng)和商業(yè)模式創(chuàng)新主要有遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)智能化、服務(wù)平臺(tái)軟件化，可以將研制的智慧水務(wù)系統(tǒng)發(fā)布到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的APP超市中，為業(yè)界人士提供免費(fèi)試用服務(wù)；筆者所在單位研制的智慧水務(wù)系統(tǒng)目前在INDICS平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了模塊化部署，有興趣的讀者可以到INDICS平臺(tái)搜索試用。

    圖2所示架構(gòu)目前在筆者所在單位實(shí)施的新疆昌吉清源水務(wù)項(xiàng)目上得到了良好應(yīng)用，在中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司 “一云五網(wǎng)N平臺(tái)M應(yīng)用”戰(zhàn)略部署下，實(shí)現(xiàn)了昌吉水務(wù)管網(wǎng)系統(tǒng)信息化建設(shè)，完成了水務(wù)全域數(shù)據(jù)融合和業(yè)務(wù)流通，在GIS平臺(tái)支撐下，實(shí)現(xiàn)了管控“一張圖”和業(yè)務(wù)“一條線(xiàn)”。該系統(tǒng)目前在公有云平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了上線(xiàn)部署和穩(wěn)定運(yùn)行，顯著提升了企業(yè)水務(wù)智慧化管理水平、有效降低了供水管網(wǎng)系統(tǒng)的漏損率，提升了企業(yè)在城市供水管理領(lǐng)域中的影響力，同時(shí)也有效改善了城市供水治理能力、提高了水資源綜合利用率、提升了公眾用水的安全可靠性。

圖3：智慧水務(wù)平臺(tái)應(yīng)用效果圖

    小結(jié)

    本文通過(guò)分析我國(guó)水資源治理現(xiàn)狀、智慧水務(wù)產(chǎn)生的背景及其內(nèi)涵意義，結(jié)合國(guó)家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展態(tài)勢(shì)，探討了智慧水務(wù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)之間的融合建設(shè)模式。在智慧水務(wù)系統(tǒng)典型應(yīng)用案例分析下，指明了智慧水務(wù)融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)發(fā)展的大趨勢(shì)，智慧水務(wù)系統(tǒng)不僅可實(shí)現(xiàn)本地化服務(wù)，還可實(shí)現(xiàn)云端服務(wù)，在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)支撐下還可提供第三方開(kāi)發(fā)服務(wù)。本文探索的融合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智慧水務(wù)建設(shè)模式，有望為業(yè)界人士提供一種有益的參考。