互联网+智能供水 城市智慧供水解决方案.docx
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互联网+智能供水城市智慧供水解决方案
智慧供水解决方案
前言
地球的空间是有限的，地球的资源也是是有限的，但相对的人类的诉求却是无限的。
同样水资源对于人类来说也是有限的，怎样使有限的水资源可再生、可循环利用、可持续来满足人类无限的需求是我们急须解决的问题。
基于现状，我们展望未来，提出了“智慧供水”的解决方案。
“智慧供水”的基本框架如图：
第1章 综述
1.1项目概况
随着城市化水平的发展，水司近年也在高速发展，供水问题得到广泛关注,但历年供水管网改造经费投入较少,供水管网综合情况不清,供水管网的管理很困难，常出现爆管事故，用户端的水质影响较大,
每天漏损较严重，主要原因如下：
1）资料缺乏，频繁发生施工事故导致供水系统被破坏。
2）数据标准不完善，数据管理维护分散。
3）管理手段落后，供水管网巡查难度大。
4）缺少一个供水管网数据库管理平台。
5）缺乏专业的供水网格模型专业分析及管理工具，对供水管网数据（含管网图形、管线、阀门等重点设施和开口等资料）不能实现全面而准确的综合管理，不能随时掌握水司供水系统的最新资料，缺少一个能够支撑供水管网管理、规划设计、运行调度、决策管理的系统平台。
以上的问题我们要如何解决呢？
这是目前自来水公司面临的紧迫问题，必须要找出一套解决方案出来。
1.2“智慧供水”的概念
基于上述问题，我司提出了“智慧供水”的概念。
智慧（Wisdom，Wit）：
对事物能迅速、灵活、正确地理解和解决的能力；供水（watersupply）：
按一定质量要求，供给不同的用户和用水地区一定水量的措施。
通过射频识别技术、物联网技术、云计算技术等新一代信息技术，可以将水厂工程基础设施、供水管网基础设施、供水社区基础设施、地理基础设施等供水相关的基础设施连接起来，使其成为新一代的智慧化基础设施，使供水各领域、各系统之间的内在关系更为明确，实现全面感知、泛在互联、普适计算与融合应用。
智慧供水建设是将信息资源作为重要的生产要素，推动供水改革，再创供水新辉煌；智慧供水是无线水务，终端将无所不在，每个人都随时在线；智慧供水是一个通过数据自动采集和深度分析，具有可控制功能的智能化系统；智慧供水使得整个水务系统就好像装上了网络神经系统，形成可以统一指挥决策、实时反应、协调运作的大脑；
可以做出相应的处理结果与辅助决策建议，以更加精细和动态的控制方式管理供水系统的整个生产、管理和服务流程。
智慧供水系统以供水服务标准化、调度智能化、管理精细化为建设目标，实现对供水设施的全面、动态化管理，实时监控管网关键点，自动预警，辅助爆管事故处理。
充分利用网络、物联网技术和信息资源，进行服务效能整合与升级、加强资源整合与共享，实现节能减排，提高资产运维管理效率。
1.3建设背景——政策背景
十八大报告指出：
加快转变经济发展方式，推动产业结构优化升级，把政治、经济、文化、生态、民生五位一体发展，这是关系国民经济全局紧迫而重大的战略任务。
国家“十二五”规划纲要明确指出：
推动信息化和工业化深度融合，加快经济社会各领域信息化。
加强重要信息系统建设，强化地理、人口、金融、税收、统计等基础信息资源开发利用。
推进物联网研发应用。
以信息共享、互联互通为重点，大力推进国家电子政务网络建设，整合提升政府公共服务和管理能力。
确保基础信息网络和重要信息系统安全。
广东省“十二五”规划前瞻性提出：
着力提升城市管理水平和服务效能，加强城市管理，推进城市管理现代化，加快“智慧城市”建设。
智慧供水对于拉动地方经济发展、刺激内需、推动民生将起到重要的推动作用已经成为普遍共识，国家对TD等3G、4G发展的扶持也为智慧供水的建设提供了良好的政策和环境。
1.4建设背景——环境背景
“十一五”以来，经济社会发展取得巨大成就，为全面推进“智慧供水”建设创造了条件。
1）城市建成区面积继续扩大2）城镇化率达60%以上3）居民收入在“十一五”末基础上大幅上升4）移动互联网、物联网等新兴产业逐渐兴起5）各类商务、个人应用不断完善丰富
1.5“智慧供水”各方需求背景
1.6“智慧供水”建设意义
1.6.1对政府的意义
1）改善投资环境，促进招商引资智慧供水建设将有助于改善城市投资环境，提升城市信息化水平，促进城市转型需要、发展需要，使外部投资商随时随地的了解城市供水方面投资环境，从而提升招商引资的成功率。
2）提高水司核心竞争力智慧供水是水司未来继续保持发展优势的保证，是新一轮竞争中水司保持核心竞争力的根本所在，对水司未来发展意义重大。
节能减排，提高运维效率。
3）提升办事效率，提高服务水平由于智慧供水项目是智慧城市建设的先导，是现代服务业的基础平台，是政府服务职能的重要窗口。
因此，通过智慧供水的建设将大大提高办事效率，提升政府相关部门管理水平和服务水平。
1.6.2对产业的意义
1.6.3对市民的意义
1.7“智慧供水”系统组织结构
1.7.1“智慧供水”系统架构
1.7.2智慧供水平台架构
“智慧供水”平台并不意味着对每个子系统重新开发，而是对已有的系统的高度集成和融合，最大程度实现信息共享。
以管网系统为例，供水企业许多业务都是围绕着管网发生，如计量收费、供水调度、管网维修、规划设计、客户服务等都是与管网密切相关的。
由此可以模拟这种业务，将其他信息系统与之结合而产生新的应用。
如将营业收费系统与GIS结合，可以在GIS上按各种区域（自然地、行政的、经济的）统计计量的分布、增长趋势等在单纯的营收系统中不可能做到的统计结果。
可以通过图表示方式了解抄表路线、抄表进度等各种资料，客户热线在接到用户来电时，GIS自动调出客户住处地图，同时通过SCADA及水力模型表示当地水压、有无停水事件等信息，把被动服务为主动服务。
1.7.3智慧供水平台服务对象
1.8“智慧供水”顶层设计
在智慧供水的框架下，按照“顶层设计、统筹管理、深度融合、全面提升”的工作要求，以整合现有资源、提升综合效能为核心，以创新体制机制、提高管理水平为重点，统筹编制和实施供水智慧化管理体系的顶层设计方案，为建设全市统一的、供水智慧化管理的信息资源库和应用平台，为建立我市供水智慧化管理的资源配置、队伍建设、保障体系、管理制度的一体化工作机制，提供总体规划设计思路。
构建一个以基础资源、信息共享、视频监控为应用支撑，以数字供水、应急指挥、网上办事、决策辅助等为主要功能的智慧供水管理公共服务平台，促进供水管理工作由被动向主动、静态向动态、粗放向精细、无序向规范转变，提高我市供水智慧管理的精细化、信息化、现代化、智慧化水平。
1.9“智慧供水”顶层设计思路
供水管理一体化，涉及传统供水以外的更多细分行业、专业，特别是管理层次上，供水信息化担负着更多业务管理精细化的义务和责任，包括大量面向社会、市民的社会管理和民生服务的信息化。
更是因为涉及到精细化服务管理，部分供水信息化必须要走向智慧化、人性化、便民化，与社会化服务对接，充分利用社会化服务的信息平台、系统资源，来构建智慧供水服务。
因此，智慧供水顶层设计需要大量细致的需求调研和分析工作，充分结合供水实际，并以中长期发展的眼光务求设计成果的长效性。
同时，也需要创新设计理念，突破信息化规划传统思路、思维定势。
在供水信息化规划中，往往有描述信息化体系框架方面的内容，但短中期规划一般以项目建设为重点，体系框架方面的内容不受到足够重视，实质上也不用管长期的时效性，因此比较简要、粗略。
但是，项目建设毕竟属于短期行为，将来建成为什么样的基本框架，才是信息化中长期建设发展的目标所在。
智慧供水顶层设计的要务之一就是长效性的基本框架，即设计的成果能满足指导或约束若干个短中期建设规划和具体的项目建设，适应于中长期信息化发展需要；智慧供水顶层设计另一个要务是要明确智慧供水顶层设计的主要内容；另外，还要提出智慧供水建设的主要目标，以保障信息化建设、发展的有序、稳步、健康和可持续。
1.10“智慧供水”顶层设计基本架构
智慧供水顶层设计的基本架构主要由十二个层次构成，包括保障体系设计、安全体系设计、运行环境设计、信息采集设计、数据库及数据仓库设计、数据共享交互设计、数据管理设计、平台层设计、业务应用设计、电子政务设计、公共管理设计、应用门户设计。
详见图：
1.11“智慧供水”建设趋势
智慧供水是智慧城市发展的必然产物。
随着智慧城市的试点，物联网、云计算、下一代互联网等新技术将得到广泛应用，城市智能水平将不断提高。
目前，我国已有超过50个城市提出建设智慧城市的目标，从各地政府公开信息来看，目前全国开始建设“智慧城市”的地方涉及东中西部地区。
从城市类型来看，除了北京、上海、广州、深圳等一线城市外，杭州、厦门、珠海等一些东部沿海地区的经济发达城市也纷纷开始了“智慧城市”的建设。
预测下半年将有超过80个城市与运营商合作建“智慧城市”，到今年年底全国开建“智慧城市”的城市数有望突破400个。
在“2012年十大经济风云人物”颁奖典礼上，知名经济学家郎咸平提出：
智慧产业的发展，将降低成本，从而颠覆世界。
数据显示，智慧产业十年来，美国制造业的总产值高达41万亿人民币，全世界排第一。
十年下来，美国制造业的效率提高了51%，但是呢，使用工人数量却下跌了28%，产值上涨而用工数量下跌，说明每个工人效率增长20%，薪水增长只有2.8%，美国工人十年来越来越便宜，这一点值得我们深思。
目前，我国的智慧产业发展形势如何呢?
近几年来，我国在智慧产业上初步起航，由“数字城市”转向“智慧城市”，由“数字供水”转向“智慧供水”，并且在有些地方取得初步成效。
如：
宁波城市构建“智慧供水”系统平台、浙江省台州市“智慧水务”示范试点项目建设、“国家智能水网工程框架设计”的起动实施、太湖的“感知太湖，智慧水利”项目建设、新津县“水务物联网”系统、塘厦镇“智慧供水”项目建设和清溪镇“智慧供水”项目建设等。
“智慧供水”信息化作为智慧城市管理的重要组成部分，是体现城市管理信息化水平的标志之一，也是保民生的技术支撑手段。
智慧供水对政府、社会和用户的价值在于，它将最大程度上帮供水公司进行资产建库，便于公司的营运管理、便于公司的办公服务和对外公众服务，提高企业透明度，让公众信息对称，使社会和谐。
1.12“智慧供水”建设目标
以制水工艺为先导、供水管网地理信息为基础，管网模型为核心，构建“智慧供水”平台，实现供水系统生成自动化、水质水量监测的现代化、信息资源共享化、管理决策智能化，保证城市供水工作水平与快速发展的社会和经济水平相适应，从而降低供水生成成本、增加供水系统调控能力、提高城市水资源利用率和供水系统的应急响应能力，使公司达到最优化运营。
架构一个统一的“智慧供水”平台，实现现有个系统和平台的整合，建立公司的数据仓库，实现企业信息共享和整体管理。
作为建设“智慧供水”发展目标的初期，现阶段系统建设可以分为如下几个方面的工作：
▪设立专门的管理机构，制定相应的规章制度；
▪通过优化SCADA系统，提高运行稳定性、数据的准确性，并合理配置管网测点，为管网建模和智能决策提供可靠的实时和历史数据服务；
▪应用GIS系统，确保基础数据的完整性和准确性，为管网建模和智能决策提供可靠的基础数据服务和技术服务；
▪将供水管网数据装入PDA智能终端中，达到高效、实时、主动、客观的管理管网资产的目的，还可以利用PDA的GPS定位功能实现巡检人员的规范化、智能化管理；
▪加强SCADA、GIS、管网测漏、营业收费、服务热线、设备管理、办公自动化、安防等系统之间的联系，最大限度的实现数据共享，并充分发挥各系统优势；
▪建立供水管网系统准确的水力模型，逐步实现管网规划设计、管网评估、工程管理、供水调度和水质分析等功能；
▪建设给予知识驱动和水力模型相结合的安全、合理、优化的调度决策系统；
1.13“智慧供水”
建设原则
1、先进性：
“智慧供水”
系统的建设必须站在一个高的起点，充分考虑技术成熟性的同时必须采用标准化先进的计算机软硬件和信息网络技术开发系统，软硬件系统可以随技术的发展不断得到技术升级，确保系统的先进性。
2、开放通用性：
系统必须十分注意开放性，选用符合国际标准的硬件设备和软件操作平台，便于开发、使用、维护、管理和系统升级的支持，从而使用户的投资利益得到最大限度的保护。
应用软件设计开发也更充分考虑到开放性，组合方便，相关系统中留有相应的软件接口，使各类数据得到很好的共享。
3、实用性：
要切合生产管理的实际情况，不但能完成以往的人工作业，还需要完成很多过去人们想做而无法做到的工作。
使计算机系统不再成为摆设，也使人们走出计算机简单模仿人工传统作业的误区。
4、安全性：
建立“智慧供水”系统的安全机制，制定规章制度，防数据泄密、丢失、防病毒、防黑客攻击。
第2章“智慧供水”系统建设方案
2.1设计目的
本工程目的是安全、低耗、优质供水,完全符合国家十二五的总体战略，符合建设部对城市供水企业现代化建设和科技进步发展规划要求。
“智慧供水”方案与指令的合理性和实时性直接关系到供水系统服务质量和管理中心的经济效益与社会效益，应用信息化技术手段建立以“智慧供水”优化决策软件为核心的科学系统是供水管理中心长期追求的目标。
为了建立一个科学的供水系统，需要进行了大量的基础性工作，如建立了供水管网地理信息系统、管网水力模型系统、供水远程数据采集与监控SCADA系统。
在这些基础之上建立“智慧供水”系统具有十分重要的科学意义和经济价值。
只有建立了“智慧供水”系统，使已经建立的软硬件系统成为一个有机的整体，发挥其保障和提高供水服务质量、应对供水紧急事件、降低供水成本，并且能提高供水企业的管理效益，降低企业运营成本和生产成本，最终提高供水企业的经济效益和社会效益。
2.2设计依据
略……
2.3设计主要规范标准
略……
2.4设计内容
2.4.1生产运行管理系统
1）水厂集散控制系统（DCS）
2）社区二次供水和分质控制系统
3）供水远程数据采集与监控系统（SCADA）
4）供水管网地理信息系统（GIS）
5）管网水力模型系统
6）供水科学调度系统
2.4.2对外服务系统
1）用户智能报装系统
2）营业智能收费系统
3）供水智能服务热线系统
4）大客户智能管理系统
5）终端用户智能服务系统
2.4.3对内服务系统
1）门户网站与办公自动化系统
2）管理信息系统（MIS）
3）安防和视频监控系统
2.4.4智慧信息化基础设施
1）调度网络系统
2）机房工程系统
第3章“智慧供水”--生产运行管理系统
以制水工艺为先导、供水管网地理信息为基础，管网模型为核心，构建“智慧供水”平台，实现供水系统生产的自动化、水质水量监测的现代化、信息资源共享化、管理决策智能化，保证供水工作水平与快速发展的社会和经济水平相适应，从而降低供水系统成本、增加供水系统调控能力、提高水资源利用效率和供水系统的应急响应能力，使公司达到最优化运营。
“智慧供水”生产运行管理系统是依照借鉴国外先进的信息化管理模式，运用强大高效的计算机技术为水务企业管理层、技术层、操作层都提供了功能完善的应用支持，全面带动了供水企业生产运行管理全程的工作流，是供水企业实现生产信息化管理的有力工具。
“智慧供水”生产运行管理系统，整合了分散、无序、多介质的各类生产运行数据，建立起企业生产运行数据填写、上报、导出报表、统计分析等信息化管理体系和快速、准确、高效的数据共享与交换机制，实现以供水企业生产运行全过程管理为核心，详尽记录企业生产运行过程中的工艺运行、水质化验、设备运行、设备状态、能源消耗等数据，最终形成完整的企业生产运行管理信息化模式。
“智慧供水”生产运行管理系统对于供水企业而言，建立了网络化的下属部门生产运行数据上报机制，实现了对下属部门的远程运行监管。
各下属部门上报的生产运行数据智能化的汇总和统计，快速形成企业整体的生产运行各类报表，为企业整体运营管理、决策提供参考数据。
通过本系统将极大的提高下属部门上报数据的及时性和准确性，减轻总部运管人员的汇总计算、统计分析的工作量，提高企业运行监管工作效率，提升企业整体信息化管理水平。
满足了供水企业针对生产管理科学化、规范化、专业化、信息化的迫切需要。
对于供水企业，生产运行数据是企业生产运行控制、安全生产保障、生产优化调度、生产计划制定、生产成本分析等运营管理业务决策的最基础、可靠、有力的依据。
3.1水厂集散控制系统
3.1.1概述
水厂集散控制系统简称水厂DCS，主要实现取水、水处理和供水泵站统一控制与管理，是降低工人劳动强度、保证制水质量与安全以及节约制水成本的必要手段。
水厂DCS一般包括一个监控工作站和分布在各工位的若干个监控子站，各监控站通过现场总线连接，各监控子站连接本工位的传感器和执行器，根据工艺需要配备闭环控制或顺序控制功能，同时将本站信息上报到监控工作站，也接受监控工作站的整体优化控制指令。
本工程水厂DCS向上集成到供水远程数据采集与监控系统（SCADA），SCADA系统通过水厂DCS系统收集取水、水处理和供水泵站运行状况信息，同时还能接受和执行通过SCADA系统传送的调度指令。
3.1.2改造要求
省略…….
3.2社区二次供水及分质监控系统
3.2.1概述
二次供水，是指单位或个人将城市公共供水或自建设施供水经储存、加压，通过管道再供用户或自用的形式，因此，二次供水是目前高层供水的惟一选择方式。
二次供水设施是否按规定建设、设计及建设的优劣直接关系到二次供水水质、水压和供水安全，与人民群众正常稳定的生活密切相关。
二次供水设施包括小区室外给水管道（含分区加压管道）、二次加压系统（水池水箱、水泵、电机、变频控制系统、监控系统、管道、阀门）、供水立管、远传水表系统等。
3.2.2系统组成
社区二次供水及分质监控系统主要包括远程数据采集监控系统、增压泵站现场自动化控制系统、通信网络、监控中心计算机、GPRS通讯控制器等。
以下省略………
3.3供水远程数据采集与监控系统
3.3.1概述
供水远程数据采集与监控系统简称供水SCADA，其功能是远程在线获得整个供水系统运行状态信息，包括各水厂运行状态信息和管网运行状态信息，并可发出指令控制各水厂运行及对管网上的重要阀门进行远程调控。
为保证整个镇区的供水量、供水水压、供水水质（浊度、余氯、PH）的要求，需对供水系统的水源、水库、水厂、泵站、水池及其管网水压、水量、水质（浊度、余氯、PH）监测点进行全面监控管理。
以下省略………
3.4供水管网信息管理系统
3.4.1概述
供水管网地理信息系统简称供水管网GIS系统，它将水司供水系统所有管线、设备（水泵、阀门等）与构筑物（水池、水塔等）录入系统，记录埋深、材质、年代、口径、连接、用途等静态信息，提供图形显示与查询定位，为管网建模与供水调度、设备管理、维修维护、爆管处理、工程建设及水质管理等提供基础数据。
地理信息系统配备GPS接口与设备后，可以实现供水区域内所有管线与设备的快速测量与定位。
3.4.2软件功能要求
1）GIS的基本功能包括：
图形基本操作、管网资料输入、管网图形输出、管网设施编辑、图层管理。
2）GIS功能Web化：
在C/S版（或单机版）的GIS软件基础上，通过数据共享方式在管理中心内部网发布Web版的GIS（称为WebGIS），GIS与WebGIS两者功能上作合理分配，GIS主要实现管网基础资料的录入、更新等维护工作，而WebGIS则实现查询统计、各种供水管网业务的处理，两者相辅相成共同完成管网的管理工作。
3）GIS功能专业化：
作为供水管网GIS，除了必要的地理信息资料，供水管网GIS更应该突出在管网专业化方面的应用，因此要开发多套与GIS密切集成的有关管网管理业务应用模块。
4）GIS功能集成化：
GIS和供水SCADA系统、管网水力模型系统、供水调度系统、营业收费系统、供水服务热线系统等进行数据共享和集成，形成基于GIS统一界面和操作风格的应用系统。
5）GIS功能移动化：
GIS系统与GPS定位系统和导航系统相结合，以及与工作流程移动办公系统相结合，使得管网管理工作的信息传递实现实时化，获得更高的工作效率。
通过公司的内部网络浏览GIS系统数据资料，通过GIS系统建立管网涉及多个方面的管理系统来增强GIS系统数据的维护功能，通过建立和应用GIS系统使石碣镇在管网管理方面在国内给水企业中达到领先水平，并在该基础上完善GIS系统的集成化和移动化。
如图所示：
3.4.3供水管网GIS系统架构图
以下省略………
.5管网水力模型系统
3.5.1概述
管网水力模型系统综合GIS系统的静态信息与SCADA系统的动态信息，并结合用水量的预报、估算与分配，按水力学理论对水司供水系统进行水力建模与模拟计算，在线跟踪供水系统水力运行状态，实时计算出所有管道的流量、压降、流速和水厂、用户节点的压力等水力信息，为供水系统科学调度与管理提供依据。
管网水力模型系统是管网水质模型、供水调度模型、及管网漏损控制模型的基础。
以下省略………
3.6供水科学调度系统
3.6.1概述
供水科学调度系统以GIS系统、SCADA系统、水力模型系统为基础，通过用水量变化趋势预测和科学决策，控制各水厂供水泵站的运行与管网中受控阀门的开度，以保障用户的供水量、压力与水质，同时尽量节约供水成本、降低供水能耗、减少管网漏损。
以下省略………
第4章“智慧供水”--对外服务系统
完善供水服务体系，满足社会用水新需求。
完善客户服务系统和“一站式”对外服务系统，进一步转变服务理念，丰富对外服务工作手段和方式，提升对外服务水平，提高工作效率，充分利用信息技术更好地服务于客户。
同时，建立社会监督评价体系，完善制度，满足社会用水新需求。
对外服务系统它具有灵活的流程管理：
可由系统管理员根据业务需要自行定义工作处理的流程图，对任何一个业务的处理，除了可以按业务的正常流程进行传递外，还可以通过对传递下个岗位的选择实现业务流程的灵活运转，为减少人为误差、缩短用户流程、实现无纸化办公、方便客户用不提供了必要的手段。
同时，将业务所经历的岗位均记录在案，便于对流程进行分类、分析管理。
以岗代人，便于实时监督：
在此系统中，任何业务的流转不是在操作人员之间流转，而是在各岗位之间流转。
因此，通过对各岗位的允许运转时间标准化限制，达到对用户服务承诺时间的承诺考核，实现业务的规范化和标准化。
灵活的业务处理手段，业务覆盖面广：
供水营业中的大多数业务，都能在客户服务管理系统中找到相应的处理或解决方案，合理高效的查询统计：
用户可根据提供任意线索在系统中进行模糊查询及灵活的关联查询，为操作员提供极为方便的获取资料的方法。
客户服务系统在供水行业的应用，将有效地促进企业对外服务、提高内部工作效率和为管理者提供最佳管理与决策方案服务，从而提高企业的经济效益、管理水平。
4.1用户智能报装系统
4.1.1概述
主要用于新用户申请接水和老用户申请扩容的全过程的管理。
包括申请受理、用水勘测、接水审批、设计、预算、施工、验收、通水和归档等主要内容的信息记录和流转。
通水后，其报装信息将进入营业收费系统进行抄表收费。
该系统同时具备表务管理功能，记录和管理水表从采购到报废整个流转生命周期的过程。
有采购管理、仓库管理、检定管理、领用管理、维修管理、使用管理、拆装管理、报废管理等。
以下省略………
4.2抄表和营业智能收费系统
4.2.1概述
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。
由于水司大用户的用水量占了大份额的总用水量，建议短期对大客户实施远程抄表，中长期对所有用户端实施远程抄表，除提高抄表的效率外，由于远程抄表是营业收费系统
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