智慧供水服务管理

[摘 要] 本文首先介绍了智慧供水服务的概念,分析了智慧供水服务管理智能化的特点和管理智能化的设备要求,设计了管理智能化信息收集的流程,设计了智慧供水服务管理服务链中各种工作流,最后提出了智慧供水服务管理系统总体架构.该架构对智慧城市其他各个方面的建设也具有一定的参考价值.

[关 键 词 ] 智慧供水服务；管理智能化；服务链；工作流

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 03. 011

[中图分类号] TP315；G931.9 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）03- 0018- 04

1.引 言

供水行业信息化从一开始简单的部署单个管理信息系统,到数字供水的实施,再进步到现在的智慧供水服务,其实都可以算作是供水管理信息化的实施.每一步的创新,都伴随着技术的进步以及业务的复杂化、便捷化需求.智慧供水服务是在当今云计算、物联网等技术快速发展及应用到社会各方面的前提下提出的,要求应用信息技术实现越来越多的业务流程的自动化实施,减少误差,实现信息的实时监控与传递,便于决策,实现信息的收集与反馈更加快速,提高解决各种问题的效率.因此,可以说智慧供水服务管理是供水管理信息化在当今大环境下的一个必然体现.

智慧供水服务是城市公共服务建设的一个重要组成部分,是依赖于智慧城市而存在的.智慧城市就是在城市的各个方面利用新的IT技术,在物体中嵌入传感器,把互联网、移动通信网与装有传感器的各种设备链接起来,形成物联网,再使用高性能计算机和云计算等技术整合海量数据,进行复杂的分析,最终实现智慧的决策和行动[1].总的来说,智慧城市是在利用物联网、云计算、无线通信、传感网等技术的基础上,实现全面物联,实时感知与通信,利用云计算技术进行大数据收集与分析,整合城市信息化中的各个系统,并利用IT技术进行智能处理的城市信息化的一个新领域.

智慧供水服务管理是智慧城市的一个分支,所用到的信息技术与智慧城市并无差别,但对于具体的行业,所实施的方案肯定会有所不同,本文将智慧供水服务管理的范围扩展到整个供水服务链,这个服务链要与智慧城市所要实现的目标全面物联.

2.智慧供水服务管理智能化

2.1 管理智能化概述

管理智能化是智慧供水服务管理建设的一个重要目标,是实现全面物联,实时感知与通信,利用云计算技术进行大数据收集与分析之后,利用所得数据与计算结果,通过计算机技术进行智能处理的管理手段.进行处理的设备可以是计算机软件,也可以是装有计算机软件的一些硬件设备.

管理智能化一个最主要的特点就是业务流程的执行过程中减少人工参与的比例,增加计算机系统参与过程的比例.减少人工参与也就相应地降低了人为操作出现的错误.智能设备的计算效率也会提高业务流程的执行速度,就调度与分配过程来说,若单纯地由人工执行,当面对一大堆数据时,不可能快速做出调度与分配决策,所以,以往的做法往往是根据一年或一季度的预测数据做出调度与分配决策,那么就会造成调度与分配与实际情况不符合.若由智能设备参与执行,首先,收集到的数据量远远大于人工收集数据量,在这种大数据环境下,快速通过智能设备与中心系统进行计算与分析,然后将结果反馈给管理人员,那么管理人员就可以根据实时监测的数据与分析结果实时做出调度与分配决策,提高供水服务水平.

智能化处理事件的过程可以分为两种,分别为非人工处理与人工参与处理.

（1）非人工处理.所有的业务流程都由智能体处理完成,例如抄表和收费的工作,在装有智能水表的家庭中,抄表和收费过程将不再由人工参与完成,每个月到了缴纳水费的时间,智能水表就会发送信息给银行、供水公司、用户.银行根据水表发送的信息代扣水费.供水公司系统接收信息并记录信息,检查水费缴纳情况.用户则接收水费信息.

（2）人工参与处理.业务流程由智能体与人工共同参与完成,在这个过程中,更多的是事件触发参与的智能体做出一定的反应,并将结果反馈给人工管理者,人工管理者根据这些处理结果,可以很轻松和准确地进行判断,进而得出解决方案.例如分析与决策的工作,分析与决策的依据可主要来自各个智能体传送过来的数据以及通过系统处理的数据.

2.2 管理智能化的设备

智能化指使对象具备准确的感知与判断功能以及有效的执行功能.智能设备主要包括两方面的关键内容：自我检测和自我诊断[2].在此基础上,智能设备还应该具有传感与通信功能、数据处理功能、自我控制功能.对于自我诊断功能这一核心内容,主要在于模仿人工操作过程中的思维过程.

管理智能化主要是依靠物联网、无线通信网络、云计算等技术而实现的,因此所依赖的设备也离不开实现上述技术的设备,主要是传感器、无线通信设备以及各种不同逻辑处理功能（内嵌软件实现的功能）的结合,在此将这种结合产物与供水流程再次结合称为智能供水服务设备.在供水服务中,智能水表也是一个重要的智能供水服务设备.

对于智能供水服务设备,核心的物理载体就是各种传感器,在传感器的基础上,添加通信网络和逻辑处理功能,构成智能化网络.传感器是将感受到的物理信号如热量、压力等信号按照一定规律转换成可用输出信号如电流等信号的装置,主要完成两个方面的功能：自动检测和自动转换[3].对于通信网络功能而言,主要依赖于无线网络,因此无线传感网络的成熟与否决定了供水服务与管理中的物联网是否可以有效实施.而目前国内外关于无线传感网络的研究相对来说也到达了一个比较成熟的阶段,传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、无线通信技术、分布式信息处理技术,能够通过各类集成化的传感器以协作方式实时检测、感知和采集各种环境的数据信息,通过嵌入式软件对数据进行处理,并通过无线通信网络将所处理的信息传送到终端系统,从而真正实现“无处不在的计算”[4]. 此处的智能供水服务设备其实只能完成检测、简单的数据处理与判断、通信功能,要完成更复杂的业务逻辑处理离不开多Agent集成系统,处理的过程为智能设备将采集数据并做出判断,将结果反馈到中心系统中,各Agent借助专家系统进行业务逻辑的处理.其中专家系统知识库中各种状态的数据依赖此处的智能设备进行收集,以此实现实时监测供水服务的状态,并以各种状态信息作为决策依据.

对于智能供水服务设备,有两个关键点要突破：从微观上来看,单个智能设备的逻辑处理功能在技术上要能满足需求；从宏观上来看,智能化网络的建设要普及,主要涉及无线网络、智能传感器的普及.

2.3 管理智能化的信息收集

管理智能化信息收集的流程主要在于信息发送与接收的自动化以及对接收到的信息的判断与处理,因此,能否顺利实施主要在于设备内软件的逻辑处理功能模仿人的思维的程度.在智慧供水服务管理中,信息主要来自于分布各个地点的传感器的监控信息、智能水表检测信息、用户反馈信息.

对于监控信息,在供水服务中主要来自于水源与供水管网的监控.

2.3.1 水源监控

当在水源分布的传感器接收水源水量信息之后,通过与标准值比较判断,得出可用水量的数量,发送给有关部门,以此作为供水公司用水调度量的依据（如图1所示）.

2.3.4 智能水表检测

对于智能水表检测信息,除了用来记录用水量和缴费信息外,还可以通过与以往用水量比较,判断用户用水量是否异常,当出现异常时,可以通知用户节约用水或检测屋内用水设施是否有损坏（如图4所示）.

3.4 供水调度与分配流程

供水调度与分配流程包括水源监控信息传递流程与管网等设备检测信息传递流程,信息的收集离不开各种传感器的作用,发送到系统中的各种水量信息,通过数据处理中心和分析与决策系统的处理,将分析过程与结果反馈给对应的管理人员,做到在时间与数量上随时适应用户需求的水量调度（如图9所示）.

4.智慧供水服务管理系统总体架构

智慧供水服务管理系统的总体架构是通过无线传感网络以及智能供水设备的实施,对供水服务链中相关业务流程的实施,利用云计算、物联网等技术将链中各节点系统集成在一个中心系统上的架构.

这个架构总共分为4层,分别是感知层、通信网络层、云计算层与用户层.每一层分别完成不同的功能,最终可以达到智慧解决问题的状态.

感知层主要是分布在供水服务链的物理环境如水源、管网等中的智能传感设备感知物理环境的状态信息并进行初步的数据处理与判断,再通过各种网关将处理后的信息发送到通信网络层.

通信网络层是覆盖整个供水服务的一个广域网,可以由互联网、WiFi（无线通信网络）、移动通信网络、水务专网等网络中的一个或多个组成,通信网络层除了起到数据通信的功能之外,更重要的是要起到路由的功能,做到不同的数据发送到中心系统中不同的服务及应用接口中,以便服务应用能够正确快速实现.

云计算层是以云计算中心为平台,将中心系统以及数据库群部署到云计算中心,通过服务以及应用接口连接感知层与用户层.云计算层是整个供水服务过程中的计算中心,所有业务流程在中心系统的自动化实施都在云计算层实现,因此云计算中心的计算能力的强弱与可用空间的大小直接决定了中心系统的运行效率.

用户层主要是供水服务链上的各个环节参与者,包括水务管理部门、供水公司、终端用户.由于将所有应用都部署到云计算中心,所以用户层若没有计算要求,可以将客户端机器配置为没有任何计算能力的瘦客户端机器,除了初期部署的成本外,瘦客户端几乎不需要任何维修与升级的成本,将大大减少供水服务的成本.在此构建了一个简要的框架图,如图10所示.

供水服务是水资源管理的一个组成部分,水资源管理还包括排水服务、引水服务、防洪抗旱服务、水污染治理服务等.但这些服务执行的关键点都在于水资源及设备的状态监测、预测以及调度,在这一方面与供水服务很相近,甚至智慧供水服务管理中的有些数据可以在别的服务中使用,如水源水量的状态监测可以用于防洪抗旱服务等.

因此可以在智慧供水服务管理架构的基础上做扩展,在云计算层中部署其他多个不同的系统,利用提供服务的思想,为接入到云端的用户提供各种服务.

5.结 语

目前,各种信息技术的发展日新月异,无线传感网、物联网、云计算、虚拟现实、智能设备等新一代的IT技术实现了从物理环境采集数据及智能化处理,更通过多Agent与SOA-ESB框架整合整条供水服务链上的多个系统,在此基础上利用供水服务链工作流管理系统的方式实现业务流程的自动化处理,通过物联网与云计算等多层架构,最终可以实现智慧的供水服务与管理.

智慧供水服务是智慧城市建设的一部分,与智慧城市其他各个方面的建设方案存在着一定的相似性,所以本文的内容对制定智慧城市的实施策略也具有一定的参考价值.

主要参考文献

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