工业互联开创城市智慧供水方案.docx

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工业互联开创城市智慧供水方案

供水设备远程数据采集与预测性维护

工业互联开创城市智慧供水

一、基于工业互联网的城市智慧供水平台颠覆传统供水模式

作为物联网在工业领域各产业的应用，工业互联网是互联网的理念和技术在产业领域的自然延伸和发展。

该项目将推动威派格经营模式发生转型，使威派格从设备生产厂商，变为智慧供水解决方案供应商，把企业的竞争力提升到一个全新的水平。

本项目将成千上万套供水设备连接上网，与水务企业的原有信息系统、业务流程及工作人员紧密地融合在一起，打通信息孤岛，通过数据分析推动城市智慧供水，从而大幅提高水务企业营运的安全与效率，并起到节能降耗目的。

1.打通水务行业信息孤岛，提升城市供水运营管理水平

本项目技术方面，威派格着重推动云平台通用架构，实现水务低成本的业务应用目标，通过混合云技术突破水务企业信息孤岛所带来的障碍。

在业务方面，该项目威派格通过建立行业生态系统，提升工业互联网在供水领域的接纳度，加快工业互联网系统的实施和价值的实现，最终取得企业转型发展成效。

2.着眼于全生命周期，立足于远程在线运维

构建一套基于产品全生命周期理念的智能化生产与产品应用动态管理体系，此体系聚合了地理信息（GIS）系统、数据采集与监控系统、实时数据的水力模型系统，打造管理人员、行业专家、智能化工厂、产品运营信息高度融合的集成管理环境，从而实现快速响应和优化决策。

3.打造供水智慧管理平台助力城市二次供水智慧管理

通过建立二次供水设备网络化信息化管理模型，让城市水务运营企业的一线人员随时掌握设备的运行状态与运行数据，让管理人员不断掌握生产偏差和成本变化，同时检验现有管理成果与优化管理内容，从而实现城市二次供水的智能运营和智慧决策，最终让城市水务运营企业成本实现精细化控制，对用户的服务质量持续改善，促进企业的价值得以不断提升，最终实现运营管理的多方共赢。

二、智慧供水生态圈推动威派格与水务企业运营双赢

威派格通过工业互联网系统架构与云计算技术相结合，构建了可以让众多水务企业低成本、快速化实现目标的供水应用管理平台，建立的智慧供水生态圈，可以实现威派格与供水企业的多方受益，实现了针对水务企业需求可个性化定制软硬件产品，通过人员协同达到服务化运维的运营增效目标。

1.城市智慧供水逐层创新架构助力设备远程运维增效

智慧供水系统实现设备远程运维增效目的，必须建立通用“生态”平台，该平台需要网络及安全设备、计算机硬件设备的技术支持，更需要软件支撑。

该平台设计上可划分为五个层次：

环境及设备物理层、物联感知层、网络通讯层、数据及服务支撑层、应用层。

如图1所示：

供应链用户

内部用户

社会公众

城市管理

服务开发

服务管理

协同处理

其他服务

流程管理

基础信息资源

交换信息资源

应急信息资源

其他信息资源

图1城市智慧供水总体架构

智慧供水系统的实现，离不开供水设备突破传统定义，更注重物联感知层的初期设计，设计中需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等设备及专业业务信息应用系统，实现对水务活动范围内的基础设施、供水生产和配送、服务和管理等方面的识别、信息采集、数据抽取调用、监测和控制。

2.一体化的水务服务网络覆盖

（1）一体化水务网络总结设计

智慧供水系统的发展过程中，应当建立起稳定、安全、高效的一体化通信机制。

网络通信层更加关注业务应用的网络化服务，基于服务意向调配自动化的网络服务提供有效的负载均衡、入侵防范、流量调配等优异的自动化功能，应当创造性地融合水务企业网（Intranet）、互联网（Internet）、移动无线网（GPRS、3G、4G）、自建无线网（220M、433M、470M）等大容量、高带宽、高可靠的网络，实现一体化的水务服务网络覆盖。

（2）新一代NB-IoT网络技术在项目中的应用

NB-IoT网络通信技术极符合智慧供水系统中对设备数据采集、运维优化指令下发的需求，NB-IoT的低功耗、强穿透力、大连接的技术性能，是对本项目

一体化水务网络的必要补充。

图2威派格NB-IoT技术在该项目的技术应用

3.供水数据整合及数据智慧服务支撑层架构

智慧供水系统通过建立数据中心实现更好的数据化服务。

数据中心整合元数据、监测数据、空间数据、业务数据、水文水利数据等相关基础信息，通过磁盘管理、NAS存储、分布式存储等数据存储支撑技术，把结构化数据、非结构化数据进行有效组织。

（1）数据资源融合

数据资源可以从制水工艺过程监控、供水管网地理信息、水质管理信息、客户服务系统、计算机辅助支持系统等各业务子系统获得，同时需要对分布的、海量的数据进行汇聚、处理、分析，要求整个水务的数据系统必须能够高效的汇聚与存储大量的数据。

（2）服务融合

智慧供水系统的业务功能服务接口需要跨越不同时期的关联业务系统，需要适应不同操作系统、程序语言的调用请求。

这就要求智慧供水平台系统的制定接口具有非常强的开放性，以适应各类接入环境的广泛需求。

（3）供水大数据挖掘及设备实时数据流式计算

威派格采用大规模机器学习对系统历史大数据进行处理，建立针对性数学模

型，并将数学模型植入至流式计算引擎当中，数据根据规则引擎设置的条件，实时对设备所采集的数据进行价值发挥，实现设备自动故障诊断、预防性维修及运行状态预测，最终实现供水设备远程智慧化运维的目标。

见图3：

图3威派格数据挖掘与利用模型

4.全方位安全保障体系为智慧供水系统保驾护航

智慧供水运营体系的安全保障必须从全局角度思考，严格保障水务运营体系需具备防破坏性、防入侵性、抗灾难性等能力。

同时，建立相应的信息安全保障机制，充分利用加密技术、数据隔离、灾难恢复等配套性解决方案，以避免水务运营体系的业务服务不可持续性发展。

（1）构建符合信息系统等级保护要求的安全体系结构

（2）建立科学实用的全程访问控制机制

（3）加强源头控制，实现基础核心层的纵深防御

（4）面向应用，此次开发的智慧供水系统采用安全封装的方式实现对应用服务的访问控制，具有分层保障、应用独立、数据隔离等技术运营安全特征。

应用服务的安全封装主要由可信计算环境、资源隔离和输入输出安全检查来实现。

如图4、图5所示：

图4云端公共安全体系

图5威派格平台系统安全体系架构

5.业务运营管理体系

业务层面主要体现在各个相对独立的专业生产和管理部门，这些部门为管理层面提供全部运营数据和信息，管理层面对由业务层面获取的各种数据、信息进行整理、筛选、优化形成支持管理决策的依据，并下达各类运营和考核指标，从而获得和提高管理绩效。

见图6：

图6业务应用体系架构

三、全国范围内开展项目示范性应用

1.年度项目分析

2017年度计划对诸暨、合肥、沧州、淮安、徐州、钦州、阜新七个城市水

司管理的约1000泵房，近2000套二次供水设备进行新产品接入或老旧设备改造，

如表1所示。

城市

总泵房数

总设备数

计划接入数量

WPG设备数量

其他厂家设备数量

SCADA接

入数量

网络条件

诸暨

123

263

263

250

13

0

城域网专线+民用

宽带

合肥

820

2214

1000

1

2213

428

城域网专线

沧州

150

300

150

80

220

0

民用宽带

淮安

290

650

150

516

134

0

民用宽带

徐州

120

250

150

37

213

150

DTU+民用宽带

钦州

67

96

96

13

83

0

民用宽带

阜新

280

600

150

20

580

0

民用宽带

汇总

1850

4373

1959

917

3456

578

-------------

表1城市二次供水设备情况汇总

针对每个项目完全不同的现实情况，进行底层泵房改造计划制定。

对于威派格自有二次供水设备，将采用威派格常规接入方式快速接入，而对于其他厂家设备将进行不同程度的改造。

2.底层建设方案

底层接入设备可包括但不限于加装的传感器、RTU、智能网关、交换机或路由器、3G/4G路由器、协议转换器等。

对于城域网专网成本较高区域的设备改造或威派格新设备建设，推荐使用RTU或智能网关外加路由器接入，对于另外一些已经建成的，将建议其保留原有系统，威派格二次供水管理平台将通过RestfulAPI和数据库中间件将SCADA数据接入云端服务。

RTU:

192.

168.1.10

RTU:

192.168.1.12

阿里云IoT服务：

外网实时/历史数据转发

城域网

SCADA服务器

10.112.23.2

…

PLC:

10.112

.23.11

PLC:

10.112.

23.24

图7多种设备接入网络方案

3.平台接入部署

平台支持标准的SCADA功能，包含实时、历史数据呈现，自动报警，图表曲线统计，图形化渲染，GIS查询，视频安防接入等功能；支持设备基本信息管理、设备寿命管理、能耗分析等功能。

4.大数据应用

标准的SCADA服务只为用户提供了最基础的数据接入、展示、统计和报警功能，适用于较小规模的设备监控。

而大数据应用将从设备并发接入、数据并发处理和海量数据分析三个层面进行部署。

5.移动办公

为了提高运行管理效率，威派格为用户开发了基于安卓操作系统的的移动App，结合二次供水管理平台进行排程任务执行、在线交流、定位服务、能耗服务等功能延伸。

四、远程在线运维提升城市供水管理水平

1、以工业互联助力城市智慧供水生态发展

通过工业互联网系统的部署，整合城市供水设备，水务企业信息系统和业务流程，以可靠和高效的方式为居民提供安全优质的饮用水。

通过云服务的方式，把设备、人员、业务应用有机整合于一体，将其提供给城市水务公司和其他用户，使这些新的技术能够广泛的应用，全面地提高城市供水运营效率，以最低的成本获得工业互联网所能带来的效益，也同时促进城市供水产业的业务转型。

2、新理念转变模式，新模式推动发展

本项目通过新的技术和工具推动威派格商业模式的转变，促进城市二次供水行业管理水平和运维效率的提升。

在新的模式下，供水运营公司会在服务平台选择上利用低成本的云服务平台，云平台的建设推动了智慧供水生态圈的建立，实现了多方共赢的商业模式。

新的商业模式将威派格从传统设备制造生产型企业发展为具备工业互联思维的科技服务型企业，并通过服务提升供水运营公司的管理运维水平，保障城市供水系统的安全运行。