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城乡供水综合管理平台解决方案

城乡供水综合管理平台解决方案
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一、项目概述

1.项目背景和意义

供水系统是城市生存、发展的基础,供水事业的发展与城市的社会经济发展息息相关,其服务质量的好坏不仅关系到供水企业自身的利益,也直接影响到社会的稳定和政府形象。住房城乡建设部于2012年12月5日正式发布了《国家智慧城市(区、镇)试点指标体系(试行)》明确了对应二级指标“城市功能提升”中的三级指标“供水系统”的考核,利用信息技术手段对从水源地监测到龙头水管理的整个供水过程实现实时监测管理,制定合理的信息公示制度,保障居民用水安全。当前,随着国家信息化建设的推进,水务信息化工作也在中国城市供水企业中相继开展起来,一些自来水企业根据自身的发展要求,各自建立了营业收费系统,SCADA系统、管网GIS系统以及水质监测系统等,这些系统经过长期的应用实践已成为企业管理工作中不可缺少的工具,但由于这些系统大多由多个软件公司开发,没有统一的管理平台,信息的处理和利用只局限于本部门;虽然积累了大量的数据,也无法进行深入数据挖掘应用,造成信息孤岛。因此,在建设智慧城市、智慧水务的大背景下,结合水务行业信息化发展经验,各自来水公司应当充分利用云计算和数据技术构建一体化、可扩展的水务综合运营平台,加强顶层设计,制定具有前瞻性的管理和信息规划,通过水务综合运营平台打通信息孤岛,实现数据共享,增强对供水业务的运营和监管的能力,实现城市供水智慧运作,提高供水企业管理与服务的水平.水利信息化就是要充分利用现代信息技术,深入开发和广泛利用信息资源,促进信息交流和资源共享,实现各类水利信息及其处理的数字化、网络化、集成化、智能化,全面提升水利为国民经济和社会发展服务的能力和水平。

2. 项目内容及目标

a.建设内容

智慧水务综合管理平台采用统一规划分步实施的原则,建设主要内容包括智慧生产、智慧泵站、综合服务平台、智慧管网、智慧营销、智慧巡检、集成平台以及移动应用平台。

b.项目目标

智慧水务综合管理平台建设的最终目标是建立一个以信息采集系统为基础、以高速安全可靠的计算机网络为手段,以技术和决策支持系统为核心,运用先进的数据采集、传输和处理手段,通过试点、示范,初步建立起能提高管理水平、促进供水技术优化升级和提高用水效率的水管理信息系统;

通过利用物联网、大数据、云计算、移动互联网以及人工智能等新一代信息技术,对城市中供水管网附着的流量、压力、液位、水质、泵站状态、GIS管网等数据进行实时采集,实现对各系统设备运行的动态监控及自动化控制管理。通过本项目的建设,主要实现水流量、水压力的高精度采集和管理、实现水泵自动控制调节、实现城区供水管网信息化管理、实现水质监测、实现水位监测、实现重点部位视频实时监控。

3.建设原则

遵循“技术先进、科学合理、安全可靠、经济实用”及“结构化、模块化、标准化”的原则,做到结构合理、界面清晰、接口标准、集成先进。

可靠性:选择可靠性高的先进设备,特别要求保证恶劣环境下和突发事故情况下系统的可靠运行,合理配置硬件备份,充分考虑网络安全;

标准性:信息要统一标准,设备结构要标准化、模块化;

实用性:满足三防指挥和供水调度各个工作环节的需要;

实时性:信息采集要满足三防工作的需要和水利综合任务信息的要求;

连续性:充分利用历史和现有的资源,保证建成后连续运行;

先进性:尽量采用当前最先进的硬件、信道、网络结构和软件;

共享性:各类信息源和信息传输都遵循现行标准规范和系统建设中制定的标准或规定,尽量使资源共享;

开放性:按开放式系统的要求选择设备和设计网络。

4.开发依据

  • 《中华人民共和国水法》;

  • 《智慧城市公共信息平台建设指南》中国城市科学研究会 2013 年;

  • 《中华人民共和国标准化法实施条例》国务院令 1990 年 53 号);

  • 《水污染防治行动计划》(2015 年 4 月 2 日国务院印发)规章规范;

  • 《国家智慧城市试点过程管理细则(试行)》建科研函[2013];

二、总体设计

1.系统设计

智慧水务综合服务平台主要包括智慧生产、智慧泵站、综合服务平台、智慧管网、智慧营销、集成平台以及移动应用平台。

图3-1 系统应用结构图

2.系统组成

 系统从架构划分,由Web服务器、数据库服务器、网关以及采集设备组成。

图3-2 网络拓扑示意图

3.系统架构

按照智慧水务建设要求,围绕智慧水务现代化发展及业务需求,运用云计算、大数据、物联网、移动互联网和人工智能等信息技术, 系统总体架构可分为数据采集层、数据传输层、数据处理层、管理应用层等四个层次组成。

第一层:主要完成数据的采集,采集数据信息主要有水泵数据、水情数据(水压力、水位、水流量数据)、水质数据(浑浊度、PH值、溶解氧等数据)、视频数据等信息。

第二层:负责信息采集的数据传输,主要分为NB/LoRa/GPRS/3G/4G/5G、光纤、卫星传输等,根据具体现场网络情况,选择不同的网络传输方式。

第三层:实现数据的整合、资源池化,计算、存储、网络的虚拟化,实现资源弹性扩展。

第四层:实现多协议的接入和转换,消息通信,规则引擎,结构化数据、非结构化数据存储及大数据处理,实现所有数据信息的汇集及处理,为业务实现提供数据基础以及为上层应用提供支撑服务。

三、系统详细设计

1.智慧生产

a.视频监控系统

通过现场的摄像机,可以将现场的实时图像准确、快速、清晰地传输到供水的管理站(处),为值班管理人员对供水系统的运行现状,提供客观、可靠、真实的视频图像信息,提供决策支持;同时可整合与原有视频平台,实现业务平台同视频平台的融合,通过WEB和手机APP实现视频采集、实时预览和远程操作等。

b.水流量监测系统

流量监测采集系统利用现代科学技术自动采集管道水流量信息。采用NB-IOT物联网水表采集水流量信息,通过遥测终端机,无线上传至管理中心,实现管道水流量数据自动采集和监测。 

c.水压力监测系统

水压力监测采集系统利用无线数字压力变送器实现远程实时监控,无线传输,上传至管理中心,实现管道水压力数据自动采集和监测。 

d.水位监测系统 

蓄水池、水源地、泵站是供水系统中的重要输水渠道,是作为管网水流的主要来源。蓄水池、水源地、泵站的水情信息,直接影响着管网内的水情工况的决定性因素。因此,监测蓄水池、水源地、泵站的水位信息,对于掌握城区供水状况是非常必要的,是管网水情信息的重要数据支撑。根据具体实际环境选择多普勒流量计、雷达水位计和超声波流量计。同时实现监测原有水位计与新建水位计数据整合在统一平台,并具有可持续性,对将来新建的水位计信息也能够很好的融合展示。在整合测点水位信息的基础上能够灵活配置各项参数,进行多类别可视化分析,全方位辅助决策。

e.水质监测系统 

采用多参数水质在线分析仪,实时在线监测分析水质变化情况,将监测结果上传至平台,平台对数据进行统一分析,预警预报。

f.水泵自动控制系统

水泵自动控制系统是对水泵进行远程控制,远程操作水泵的启闭,实现水泵少人值守或无人值守,实现节约成本减少人力开支。逐步实现水泵站智能管理。

2.智慧水务综合管理平台

“智慧水务综合管理平台”是结合移动互联网、工业互联网、物联网、无线通讯技术、云计算、人工智能、大数据处理分析与挖掘、视频传输等技术,实现了物联网内的设备管理、通信管理、数据存储、安全管理、人工智能处理等功能,支持各类采集设备接入;支持多协议(MQTT、COAP、TCP)等协议,智慧水务Web系统基于java语言进行开发,结合Element-UI、VUE、Avue、Axios、Vuex等技术。

3.智慧巡检

供水管网巡检维修系统由监控端(B/S)和手持端(M/S)构成,使内外业管理相结合,实现巡检工作的科学化、规范化、智能化管理。用于供水企业巡检人员(车辆)在现场进行管网日常巡检、属性查看、位置上报、事件上报、任务查询与接收、数据同步等业务;而供水企业的监管人员利用监控端监管管网巡查情况,制定、下发各种巡检计划,实现对巡检工作的实时监控、管理、调度、指挥与评价。

4.智慧营销

自来水公司主要收入来源是水费,营业收费系统是自来水公司内部管理和客户管理的重要系统。其直接关系到自来水公司的产销差和回收率这二大经济指标。水表集抄平台的搭建,旨在基于水司的层面对远传水表进行管理,传统的远传水表厂家在销售远传表时,往往会附赠一套抄表平台,而水司在发展的过程中, 往往会选择多家水表供应厂商,分散的数据抄表平台、分散的传输协议、以及厂家有可能自己造数据的情况都会导致水表抄读及管理的难度急速增加,为保障后续水表供应商良性的竞争环境,水司应基于自身的发展需要制定一套标准的数据上传协议,并建立自己统一的管理平台,后续表厂家无论是 lora、NB-Iot、光电直读的表均需要参照该协议进行数据传输,确保水司的管理系统是统一的平台。

5.系统集成平台

a.概述

 集成平台实现应用系统的集成,集成方式支持单点登录,界面集成、过程集成和数据集成,通过集成平台可以已建系统。  

b.过程集成

过程集成是通过业务过程流程集成的方式,集成各业务系统 首先要保证整个过程是开放结构,子过程之间能够相互沟通信息,能在一定范围内根据其他过程的需求进行自身调整。在过程建模的基础上, 进行集成。

c.数据集成

数据集成:数据集成是把不同来源、格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中,从而实现全面的数据共享。

6.移动APP

智慧水务综合管理平台移动端应用(以下简称供水信息化APP)是为相关工作人员提供设备管理、人员管理、水流量监测、水压力监测、水位监测、水质监测、水泵控制、报表查看下载、个人信息管理等功能和服务。

四、部署方案

平台支持公有云和私有云两种部署方式,可根据实际的需求灵活选择部署方式。

五、应用场景

供水公司,自来水厂、污水处理厂、化工厂等场景均可应用。