智慧水务系列——建设背景与现状
在当下信息化建设如火如荼的大背景下，“智慧化”不可避免地会渗入水利建设工程中，并必然在未来很长一段时间内成为中国水利建设的主要发展方向。为了能够让广大读者全方位、深层次地了解水利信息化建设这一复杂庞大的工程，昊控软件特开此专栏，拟定智慧水务、智慧水利、科研应用三个栏目，从建设背景、应用简介、相关设备的起源、原理、应用现状、产品选型、应用案例、平台建设等多个维度进行讨论，以求用自身经验为读者们对于水利信息化建设提供一些思考。
接下来，就正式开始我们智慧水务专栏的开篇：智慧水务的建设背景与现状。
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智慧水务的诞生背景
现阶段我国城市许多地区的给水排水系统相互分离、各成体系，由于经济的差距，水政管理有一定的基础但其发展却是不平衡的。一方面，我国还有很多的城市依然在使用旧式工程的管理机制，导致城市水系统管理水平低下，技术规范不足；另一方面，许多城市的水政权责不清晰，多部门同事掌握着部分管理权，导致管网的基础信息不齐、不实，管网运行情况掌控程度不高，各部门条块分割，各系统数据标准不统一。伴随着自动化和信息技术在水务行业中的应用越来越广泛，结合物联网、云计算、GIS等技术发展而来的“智慧”管理方式应运而生。
针对我国水务行业发展遇到的瓶颈，政府相继出台的政策方针也为水利信息化建设指明了方向。从“十二五”开始，国家陆续出台一系列政策文件，鼓励智慧城市和智慧水务建设与发展，比如2012年5月住房和城乡建设部和发展改革委印发的《全国城镇供水设施改造与建设“十二五”规划及2020年远景目标》、2015年住房和城乡建设部发布的《关于公布国家智慧城市2014年度试点名单的通知》中，“智慧水务”正式被列为“智慧城市”9个专项试点建设内容之一。2015年国务院印发《水污染防治行动计划》（“水十条”）更是将智慧水务建设推向了高潮。在一系列利好政策的推进下，智慧水务迎来了一个新的发展时期，未来的智慧水务将在大数据、5G、人工智能等新技术的加持下，向真正的智能化管理转变。
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何为智慧水务
智慧水务是指运用物联网、云计算、大数据、空间地理信息集成等新一代信息技术，实现对城镇水务系统的运行状态的实时感知。通过数据分析对水务信息进行及时处理，以提供辅助决策支持，包括：智能感知、智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度、智能处置、智能控制和智能服务等。
智慧水务建设围绕城市供水、排水展开，涵盖了水源调度、智慧水厂、智慧排水、智慧管网、海绵城市建设与管理、城市防洪排涝、二次供水监管，以及综合性管控平台等。
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主要技术支持
智慧水务不单单是一项技术的成果，而是多种新兴技术相互支持，运用于城市水务综合管理的结果。通过传感器的普遍连接形成“感知物联网”，完成数字城市水务设施与物理城市水务设施的无缝集成。城市的水务建设主要用到如下6项技术：
1.物联网技术：通过物联网实现了人与人、人与物、物与物的万物互联；
2.地理信息系统（GIS）：实现了水务设施空间数据、属性数据、拓扑关系的一体化管理，为智慧水务系统全面掌握运营基础信息提供坚实保障；
3.通信技术：移动通信和互联网相结合，实现了水务系统与智能手机等移动通信设备的双向通信，为智慧水务系统与用户进行直接互动提供了便捷途径；
4.5G技术：5G技术的发展形成信息化、远程管理控制和智能化的网络，推动社会进入互联互通时代，奠定了智慧水务建设的通信基础；
5.大数据和云计算技术：为智慧水务系统的信息存储、挖掘和智能化分析提供了技术保障，强化了智慧水务“大脑”建设；
6.人工智能技术：实现了智慧水务的决策科学化和可靠性。
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智慧水务总体框架
1.感知层
感知层主要提供对环境的智能感知能力，以物联网技术为核心，通过各类传感器、变送器、RFID、摄像头等设备，以及各类专业业务信息应用系统，实现对水务范围内的基础设施、供水生产和配送、服务、管理等方面的识别、信息采集、数据抽取调用、监测和控制。
2.传输层
传输层主要目的是实现对水务基础信息的实时自动采集和传输功能，自动感知水源地、自来水管网、排水管网等的状态信息，完成数据的实时动态采集和传递，保障数据的调用，确保运转通畅。
3.数据层
数据层也是平台层，主要用于完成水务数据的综合分析及运用，通过资源整合和信息共享，为智慧应用、门户集成提供完整的、标准的数据来源。综合服务基础平台将各种水务业务应用系统与各自数据库关联起来，进行数据的深度挖掘、分析和处理，为水务业务的精细化、科学化管理提供支撑。
4.算法层
实现水务智慧管理决策需利用数据模型。基于水务大数据平台，优化供水管网监测预警，建立水质预测模型，建立污水处理故障诊断模型、设备健康管理与管网漏损预测模型、供水用水需求预测优化模型。智能算法主要包括两个方向：（1）概率法、多元回归法及指数法，建立线性模型进行预测，预测计算量较大、精度较差；（2）人工神经网络预测模型，这类算法具有较强的非线性映射能力、学习能力和容错性，以应用于水资源与环境工程领域中。水务行业主要对给水、排水两个部分的检测数据、历史数据、过程数据等进行分析挖掘，构建给水水质预测分析模型、排水水质预测分析模型。对给水、排水水质进行精准预测，为水厂运营提供参考。
5.应用层
应用层主要用于实现水务业务的集成管理功能。通过对多种数据的综合应用，完成对各涉水业务的关联因素分析和处理，不仅可以实现供水、排水、水资源保护、防汛减灾等业务的集成管理，也能实现应急指挥的统一平台、统一通信和统一调度。
以智慧排水为例的五层结构
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智慧水务面临的主要问题
1.缺乏顶层设计和统筹规划
地方涉水管理多存在城乡分割、部门分割、条块分割的现象。多头管理导致智慧水务建设缺乏整体的统筹规划和统一规范化的建设标准，智慧水务建设地分散，不同地区、不同领域的智慧水务建设流程各异，业务协同能力薄弱，数据共享能力不足；
2.“数据孤岛”
虽然近年来国家和多个相关行业管理部门已颁布了一些涉及智慧水务领域的标准，但是在数据采集设备、硬件接口、数据类型、通信协议等方面都还没有统一标准，数据开放度低，兼容性差。另外，不同软件供应商存在技术壁垒，各软件系统之间存在不兼容问题，导致各个智慧水务系统相互不连通。
3.数据挖掘深度不足
智慧水务系统大多停留在运行数据实时监测和可视化展示阶段，尚未达到数据深度挖掘和智能分析，决策方面仍然基本依靠人工经验。所谓“智慧化”本质上仍停留在“自动化”而已。
总的来说，“智慧水务”是水务信息化发展的高级阶段，是数字化背景下传统水务企业转变发展方式、实现科学发展的必经之路。在未来，智慧水务将很大程度上提升城市水务应急响应能力，未来“智慧水务”这片蓝海将迎来快速发展的黄金时期。
