【摘要】智慧水务是一项复杂的系统工程，本文基于“实用、安全、经济”原则，围绕智慧水务设计与实施中的关键问题，重点针对关键物联设备（流量计）的选型、传输网络（光纤、4G/5G、NB-IoT等）的应用场景、机房部署方式（自建、云）的利弊、必备系统功能的设计以及不同显示大屏（DLP、LCD、小间距LED）的优劣进行了分析和总结，为智慧水务的设计和实施提供参考和借鉴。
【关键词】智慧水务 物联感知 网络传输 机房部署 系统功能 显示大屏
1 前言
供水行业作为社会经济和城镇化发展的重要支撑行业，随着“2035年基本实现社会主义现代化”远景目标的提出,水务数字化转型已逐渐步入智慧水务2.0阶段[1]。许多水务企业把智慧水务建设上升为企业发展的重要战略位置，上海、江苏、浙江、北京等城市在智慧水务的建设和应用上相继开展了探索。
智慧水务是一项复杂的系统工程，涵盖前端感知设备、网络传输、机房部署、应用系统、调度中心等组成部分。目前国内在供水信息化的发展战略[2]、需求探析[3]、前沿技术[4]等方面有一定研究，但针对智慧水务设计与实施中的关键问题研究较少。本文基于“实用、安全、经济”原则，总结和分析了智慧水务各项子内容的关键要点，为智慧水务的设计和应用提供经验。
2 关键物联设备（流量计）的选型
流量计作为水务企业计量和漏损控制的重要设备，直接关系到水司的盈亏利益。目前供水行业主流的计量设备有超声波流量计和电磁流量计，两者特点显著：
利用时差法原理的超声波流量计（水表），①超声波在水中的传播速度为1500米/秒左右，而在空气中的传播速度为330米/秒，非满管或带气泡的配水管将大大降低其测量精度。②水中的杂质会偏移超声波的入射角，一般时差法的超声波流量计只能测量浊度小于2000ppm，颗粒小于1mm的液体。③量程比普遍优于160：1，甚至可以做到R值250:1、400:1;800:1，监测记录的始动流速极低，可低于0.01m/s。④依据现场条件可自由选择水平、竖直、倾斜的安装方式。
根据法拉第电磁感应原理的电磁流量计（水表），①不受介质中沙砾杂草等杂质，化学物质影响，但受磁性物质干扰。②低流速测量性能较差，中高流速计量性能稳定，适合口径较大的主管网管道计量。③安装需水平或竖直，电极必须在同一水平面。④电磁感应原理功耗较大，电池寿命一般3-5年。
随着工业制造技术的成熟，电磁流量计的价格与超声波流量计逐渐相当。综合两者优缺点，一般情况新建配水管大口径（DN300以上）管道测流宜采用管段式电磁流量计，新建配水管小口径（DN50~DN300）管道测流则宜采用超声波水表，改造工程加装测流出于安装方便宜采用插入式超声波流量计。
3 传输网络的场景应用
智慧水务涉及传输的主要数据包括在线感知设备监测数据、控制设备数据、视频数据等，应综合其数据量大小、传输频率、数据安全保密性，选择特定的网络传输方式：①在线自动监测设备网络传输方式应体现便捷性，多考虑无线传输。如管道流量、压力、末梢水质等监测设备因传输频率高宜选用4G/5G，入户智能水表宜选用低功耗的NB-IOT。②控制设备的网络传输突出稳定可靠，如水厂、泵站、远程闸阀等控制设备，考虑其安全性宜选用自建光纤或租用VPN专线。③视频信号的传输则考虑带宽需求，厂区内部的视频监控尽量利用内部光纤，而利用4G/5G传输的视频设备宜采用“前端存储，调用传输”的方式，以减少视频流量费用。
表1 网络传输方式对比
4 机房部署方式的利弊
机房部署主要分为本地自建机房、采购云服务两种方式。本地自建机房方式对比云服务，最大的优势是自建机房可以形成企业资产，但运行期需要日常维护、等保的检查等。
表2 机房部署方式利弊对比
依据水司的规模及发展理念，一般省市级企业集团宜采用本地自建私有云方式，以取得更弹性、更专业的数据资源管理能力，县级以下宜采用购买云服务方式，轻资产化从而减少后期机房本身的运维任务。
5 必备系统功能的设计
完备的智慧水务应用系统，涉及到水司内部的生产管理、管网运维以及对外的客户服务等“从源头到龙头”的各个环节，涵盖了供水生产工艺过程监控系统、调度管理信息系统、管网地理信息系统、DMA漏损管理系统、水质管理系统、设备与资产管理系统、OA办公、对外服务系统等子模块。在众多子模块中，水司宜综合运营业务、职能以及预算，选择必备的功能子模块。供参考的必备系统如下：①管网地理信息系统。建立供水管网GIS系统，可实现供水“一张图”展示，为供水管理形成统一管理、运营、调度指挥、分析决策、资源共享及挖掘利用、节能降耗和精细化管理提供强大的技术及数据支撑，是各子模块的基础性系统。②DMA漏损管理系统。“水十条”已明确要求到2020年，全国公共供水管网漏损率控制在10%以内[5]。漏损率不仅是水司考核的重要指标，也直接关系到水司的产销差和利润率。DMA分区计量系统是实现供水的网格化、精细化管理的必要途径，是目前实现漏损控制的主要手段。③营业收费系统。营收系统目前已较为成熟，移动应用第三方的接入，可为客户提供更便捷的缴费方式。
表3 智慧水务应用系统子模块
6 不同显示大屏的优劣
显示大屏是水务调度中心的关键设备，主流大屏显示系统采用的显示技术包括DLP（背投）、LCD（液晶）、全彩LED。DLP拼接屏投影像素是扩散光，没有眩光、画面柔和，适合长时间观看，但亮度偏低，且长期使用后单元间亮度与色彩衰减不一致，需专业人员重新调试；小间距LED点阵屏画质亮度高、色彩鲜艳，不适合近距离观看，且存在整屏稳定性不高、易有死灯、功耗和散热量大等问题；LCD液晶屏物理拼缝较大，屏幕表面镜面化厉害，容易造成反光，其多屏幕拼接的观感及整体效果略逊[6]。
表4 三种显示大屏的优劣对比
一般大屏系统的投资占调度中心（不含机房）建设的70%甚至更高，液晶拼接屏价格最低，DLP背投屏与小间距LED点阵屏建设成本较高。水司宜综合调度大厅场地大小、预算情况及视觉感官条件选择显示大屏，100~300m2以上可考虑小间距LED点阵屏，最佳观测距离在像素点间距(mm)×3000～像素点间距(mm)×1000，调度工作人员的纵向视角向上不宜大于25°、向下不宜大于35°，横向视角向左不宜大于35°、向右不宜大于35°。调度大厅面积在100m2以下宜考虑配置DLP背投屏或液晶拼接屏。
7 结语
智慧水务作为智慧城市的重要组成部分，是供水行业管理模式迭代升级的必然途径，然而目前建设标准与顶层设计尚未充分构建，水务企业要基于“实用、安全、经济”原则，综合自身运营业务、职能与预算，探索建设符合企业规模和发展方向的智慧水务。
参考文献
[1] 张金松,李旭,张炜博,曾翰.智慧水务视角下水务数字化转型的挑战与实践[J].给水排水,2021,57(06):1-8.
[2]田雨,蒋云钟,杨明祥.智慧水务建设的基础及发展战略研究[J].中国水利,2014(20):14-17.
[3]杨明祥,蒋云钟,田雨,王浩.智慧水务建设需求探析[J].清华大学学报(自然科学版),2014,54(01):133-136+144.
[4]孙国庆.智慧水务关键技术研究及应用[J].水利信息化,2018(01):46-49.
[5]国务院关于印发水污染防治行动计划的通知[J].中华人民共和国国务院公报,2015(12):26-37.
[6]陈婴.三种大屏幕显示技术应用的分析与对比[J].四川水力发电,2016,35(04):146-149.
作者简介
吴登将，1991年，男，浙江，硕士，从事水利市政规划、信息化设计和研究。
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