導(dǎo) 讀
通過(guò)借助新IT技術(shù)與水務(wù)應(yīng)用結(jié)合，建立水務(wù)大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)交換中心、大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐平臺(tái)、大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng)及安全與備份系統(tǒng)等框架體系。為達(dá)到“三全”（大數(shù)據(jù)全過(guò)程覆蓋、全要素分析、全流程輔助決策）目標(biāo)，力爭(zhēng)在水務(wù)行業(yè)生產(chǎn)、管網(wǎng)、服務(wù)、管理及安全等細(xì)分領(lǐng)域取得突破，最終實(shí)現(xiàn)水務(wù)企業(yè)從“大數(shù)據(jù)”分析演變?yōu)椤按笾腔邸狈?wù)。
關(guān)鍵詞：水務(wù)大數(shù)據(jù)；水務(wù)云平臺(tái)；水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化；大數(shù)據(jù)場(chǎng)景應(yīng)用
引用本文：羅賢偉，龐子山，譚松柏，等. 基于云計(jì)算的水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐［J］. 給水排水，2022，48（1）：144-150.
借助新一代IT技術(shù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)，與水務(wù)行業(yè)結(jié)合，推動(dòng)水務(wù)智慧化深入應(yīng)用，在供排水領(lǐng)域數(shù)據(jù)具備4V的特征：體量大（Volume）、類型豐富（Variety）、價(jià)值密度低（Value）和實(shí)時(shí)在線（Velocity）。如此，也給水務(wù)企業(yè)在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展提出了新的更高要求。大數(shù)據(jù)融合IT技術(shù)和系統(tǒng)思維，再加上大數(shù)據(jù)場(chǎng)景應(yīng)用，更加給水務(wù)行業(yè)帶來(lái)了新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。如今，“誰(shuí)掌握了數(shù)據(jù)，誰(shuí)就掌握了主動(dòng)權(quán)”已是行業(yè)的共識(shí)。在這種背景下，建設(shè)水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，已成為水務(wù)企業(yè)發(fā)展的目標(biāo)和增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)的重要手段，也是打造水務(wù)“智慧化”的重要體現(xiàn)。
01水務(wù)企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)
結(jié)合水務(wù)行業(yè)自身的需求和特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)水務(wù)企業(yè)存在的主要問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)主要包括：
信息系統(tǒng)多且太分散，維護(hù)成本高；
數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，無(wú)法實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一共享，對(duì)數(shù)據(jù)的整合集成及互聯(lián)互通造成了阻礙，增加了信息整合的復(fù)雜度；
數(shù)據(jù)質(zhì)量存在不可靠問(wèn)題；
數(shù)據(jù)來(lái)源復(fù)雜，終端多而分散，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)的安全存在問(wèn)題。
數(shù)據(jù)眾多，對(duì)于數(shù)據(jù)的分析處理能力有限，無(wú)法有效的進(jìn)行更深層次的數(shù)據(jù)挖掘、利用和輔助決策支持。
02水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)和意義
水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)以“1+1+1+X”（一個(gè)平臺(tái)，一個(gè)中心，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，X項(xiàng)應(yīng)用）模式為基礎(chǔ)，通過(guò)新IT技術(shù)應(yīng)用，融合水行業(yè)需求，把“數(shù)字化”應(yīng)用于公司治理與為民服務(wù)中，創(chuàng)造新型的管理與服務(wù)模式。在數(shù)據(jù)的價(jià)值創(chuàng)造與價(jià)值傳遞過(guò)程中，數(shù)據(jù)將價(jià)值鏈的更多環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、物質(zhì)、資金、人才、服務(wù)等資源的優(yōu)化配置，進(jìn)一步提升管理精細(xì)化、為民服務(wù)精準(zhǔn)化和水務(wù)企業(yè)管理現(xiàn)代化的目標(biāo)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新，讓大數(shù)據(jù)技術(shù)能力轉(zhuǎn)化為企業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。
03水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)
3.1 水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)頂層設(shè)計(jì)
系統(tǒng)總體架構(gòu)的5個(gè)層次分別是全面感知層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源管理層、應(yīng)用支撐層及系統(tǒng)應(yīng)用層，且包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全保障及運(yùn)維體系。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)
3.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)內(nèi)容
水務(wù)企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)是一個(gè)大規(guī)模的建設(shè)工程。該項(xiàng)目以業(yè)務(wù)系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)處理核心，以其他相關(guān)部門為信息交換對(duì)象，實(shí)現(xiàn)水務(wù)企業(yè)內(nèi)跨部門的大型綜合與分布式的信息化系統(tǒng)。
面對(duì)這樣一個(gè)大型的信息項(xiàng)目，水務(wù)企業(yè)首先必須建立完善的標(biāo)準(zhǔn)體系和相關(guān)制度。保障水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的可持續(xù)發(fā)展能力，實(shí)現(xiàn)真正意義上的互聯(lián)互通，解決了數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一共享及統(tǒng)一運(yùn)維體系的問(wèn)題。水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范由8個(gè)分部分構(gòu)成：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)集成標(biāo)準(zhǔn)、大數(shù)據(jù)分析指標(biāo)規(guī)范、數(shù)據(jù)交換與共享規(guī)范、數(shù)據(jù)庫(kù)更新維護(hù)機(jī)制、管理制度、應(yīng)用評(píng)估規(guī)范及信息安全保障體系。
3.3 大數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
大數(shù)據(jù)采集分兩個(gè)單元功能模塊，一個(gè)是終端的數(shù)據(jù)采集，另一個(gè)是服務(wù)端的數(shù)據(jù)匯聚共享交換。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)肩負(fù)著實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)采集、業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合集成及人工填報(bào)數(shù)據(jù)的收集工作，為提高集成效率，實(shí)現(xiàn)一體化物聯(lián)網(wǎng)采集平臺(tái)，集各類型數(shù)據(jù)采集任務(wù)于一體。數(shù)據(jù)獲取層級(jí)如圖2所示，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以物聯(lián)網(wǎng)方式搭建感知網(wǎng)，解決并實(shí)現(xiàn)了一數(shù)一源、一源多用及分布式實(shí)時(shí)采集的功能。

圖2 數(shù)據(jù)獲取層級(jí)
3.4 大數(shù)據(jù)交換中心
搭建水務(wù)企業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)（或中心數(shù)據(jù)庫(kù)）與大數(shù)據(jù)交換中心，實(shí)現(xiàn)水務(wù)企業(yè)各部門業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享交換，作為今后數(shù)據(jù)共享與交換的基礎(chǔ)支撐平臺(tái)。通過(guò)該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、管網(wǎng)、服務(wù)等數(shù)據(jù)共享、治理及挖掘，為企業(yè)管理提供決策數(shù)據(jù)。
基于統(tǒng)一匯集與共享交換平臺(tái)構(gòu)建供水、排水、生產(chǎn)、營(yíng)銷、管網(wǎng)、客服、項(xiàng)目和水質(zhì)等數(shù)據(jù)的交換中心，系統(tǒng)主體架構(gòu)分為源數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)匯聚層、數(shù)據(jù)治理層、數(shù)據(jù)管理服務(wù)層、數(shù)據(jù)應(yīng)用層、用戶層、標(biāo)準(zhǔn)體系、安全體系及運(yùn)維體系。實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)匯聚能力、數(shù)據(jù)服務(wù)能力和數(shù)據(jù)處理能力，為未來(lái)水務(wù)大數(shù)據(jù)微服務(wù)應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)。
3.5 水務(wù)大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)
水務(wù)大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)是順應(yīng)目前信息化技術(shù)水平發(fā)展、供排水服務(wù)職能改革的架構(gòu)平臺(tái)，為決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠的信息依據(jù)，提高水務(wù)企業(yè)集團(tuán)化工作的前瞻性和針對(duì)性，為水務(wù)企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管控提高決策支持效率和水平。
水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)是搭建私有云平臺(tái)，包括云平臺(tái)管理、服務(wù)器集群、存儲(chǔ)平臺(tái)等，滿足海量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、計(jì)算的需要，平臺(tái)必須具有高可用性、彈性且高擴(kuò)展性、高可靠性要求。在大數(shù)據(jù)分析監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，為水務(wù)企業(yè)把握經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)、預(yù)見運(yùn)營(yíng)發(fā)展?jié)撛趩?wèn)題、輔助決策提供基礎(chǔ)支撐。水務(wù)大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖3所示。

圖3 水務(wù)大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)
3.6 大數(shù)據(jù)應(yīng)用支撐平臺(tái)
為各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)提供應(yīng)用支撐平臺(tái)系統(tǒng)，主要系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、操作系統(tǒng)、統(tǒng)一視頻監(jiān)控平臺(tái)、虛擬化軟件平臺(tái)、中間件、統(tǒng)一用戶認(rèn)證、GIS平臺(tái)、大數(shù)據(jù)可視化平臺(tái)、大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)能力平臺(tái)及云平臺(tái)管理軟件。這些軟件平臺(tái)系統(tǒng)均采用采購(gòu)整體或組件的方式進(jìn)行直接使用和二次開發(fā)，以符合大數(shù)據(jù)平臺(tái)的應(yīng)用和管理需求。
3.7 大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng)功能
3.7.1 大數(shù)據(jù)決策支持系統(tǒng)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)既圍繞集團(tuán)、公司及廠級(jí)等不同層級(jí)構(gòu)建管理駕駛艙，又從業(yè)務(wù)和分析指標(biāo)維度，建立分析視圖，最終以分類預(yù)警方式實(shí)現(xiàn)企業(yè)全局態(tài)勢(shì)掌控。
（1）集團(tuán)級(jí)管理駕駛艙。面向水務(wù)企業(yè)集團(tuán)管理層領(lǐng)導(dǎo)或監(jiān)管部門，建設(shè)個(gè)性化“企業(yè)駕駛艙”門戶。從各業(yè)務(wù)系統(tǒng)抽取相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集成在對(duì)應(yīng)的主管領(lǐng)導(dǎo)門戶中，如一些關(guān)鍵指標(biāo)的分析展示等使領(lǐng)導(dǎo)可以及時(shí)、便捷的獲取所需的數(shù)據(jù)和文件，部門也可在第一時(shí)間將業(yè)務(wù)狀況展現(xiàn)給領(lǐng)導(dǎo)。主要功能包括：營(yíng)業(yè)管理指標(biāo)監(jiān)控、生產(chǎn)績(jī)效指標(biāo)監(jiān)控及管網(wǎng)績(jī)效指標(biāo)監(jiān)控。
（2）公司級(jí)運(yùn)營(yíng)決策分析。公司級(jí)管理駕駛艙主要針對(duì)財(cái)務(wù)、人力、計(jì)劃、資產(chǎn)、投資項(xiàng)目等經(jīng)營(yíng)管控KPI進(jìn)行分析、挖掘，并以各種圖表、曲線及雷達(dá)圖的形式展現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)情況。支持從不同維度進(jìn)行分析，如對(duì)歷史同往期業(yè)務(wù)對(duì)比等。主要功能包括經(jīng)營(yíng)管理分析、營(yíng)銷管理分析及業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)分析。
（3）廠級(jí)決策分析。廠級(jí)管理駕駛艙主要實(shí)現(xiàn)多維圖形展現(xiàn)方式，具體包括支持餅圖、柱圖、雷達(dá)圖、儀表盤、指示燈等主流圖形展現(xiàn)方式。支持綜合報(bào)表展現(xiàn)的展現(xiàn)方式，具體包括支持二維表、旋轉(zhuǎn)透視表等各種綜合報(bào)表的展現(xiàn)及監(jiān)視。
（4）業(yè)務(wù)主題分析。業(yè)務(wù)主題分析匯集供排水生產(chǎn)、服務(wù)、營(yíng)銷、工程建設(shè)及管理相關(guān)部門（包括供水管網(wǎng)、水廠和二次供水等）的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)行及調(diào)度相關(guān)的主要指標(biāo)、視頻監(jiān)控、報(bào)警和事件的面板信息呈現(xiàn)。
（5）大數(shù)據(jù)分析指標(biāo)監(jiān)測(cè)預(yù)警。以關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)的目標(biāo)值作為企業(yè)的一定時(shí)間區(qū)間內(nèi)的業(yè)績(jī)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“智能知識(shí)庫(kù)”，根據(jù)設(shè)定各種指標(biāo)的警戒值，在指標(biāo)值不能很好的吻合目標(biāo)值的時(shí)候，進(jìn)行預(yù)警提示。
3.7.2 人工智能應(yīng)用示范
鑒于人工智能應(yīng)用，需借助大數(shù)據(jù)和云計(jì)算平臺(tái)，得以讓供水調(diào)度模型、污水處理廠工藝仿真建模及智能語(yǔ)音機(jī)器人等實(shí)時(shí)在線計(jì)算和應(yīng)用功效發(fā)揮到極致。
（1）供水管網(wǎng)智能調(diào)度。在水力模型和仿真技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，勢(shì)必與全網(wǎng)自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)。壓力、流量、水質(zhì)等管網(wǎng)感知儀表和視頻是智能供水系統(tǒng)的“千里眼”，壓力控制閥就是遠(yuǎn)程“機(jī)械手臂”，模型仿真平臺(tái)就是通過(guò)分析“聽”到供水系統(tǒng)中的問(wèn)題，在調(diào)度平臺(tái)中集合“智能的眼、耳、手”，打造未來(lái)的智能供水調(diào)度系統(tǒng)平臺(tái)，也為今后城市供水調(diào)度AI智慧大腦奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
（2）排水設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行異常預(yù)警、設(shè)備綜合效率分析。①設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：是對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工具?？赏ㄟ^(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)一目了然，可以快速定位到需要關(guān)注的設(shè)備，從而提升設(shè)備利用率。②運(yùn)行異常預(yù)警：通過(guò)收集設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、故障記錄、點(diǎn)檢記錄等信息，運(yùn)行異常預(yù)警模塊通過(guò)對(duì)設(shè)備的不同運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行建模，匯總分析多維實(shí)時(shí)參數(shù)，識(shí)別異常模式從而給出預(yù)警信號(hào)。③設(shè)備綜合效率分析：通過(guò)獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，可以對(duì)設(shè)備異常狀態(tài)、累計(jì)停機(jī)時(shí)間超限等推送實(shí)時(shí)報(bào)警信息，并且支持自定義報(bào)警規(guī)則。提供客戶自定義時(shí)間范圍內(nèi)設(shè)備時(shí)間利用率、性能利用率以及綜合效率的歷史數(shù)據(jù)查詢，同時(shí)對(duì)比展示各個(gè)效率指標(biāo)與歷史平均值的對(duì)比可視化效果。
（3）污水處理輔助決策系統(tǒng)。污水處理過(guò)程工藝極其復(fù)雜，涉及數(shù)據(jù)種類眾多，污水處理過(guò)程涉及的數(shù)據(jù)處理、控制過(guò)程、工藝診斷與過(guò)程優(yōu)化、運(yùn)營(yíng)成本分析等都與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)息息相關(guān)。數(shù)據(jù)挖掘是從大量的數(shù)據(jù)中提取出隱含的、未知的、潛在的有用信息的過(guò)程。水質(zhì)預(yù)測(cè)：對(duì)污水處理廠設(shè)備和工藝等運(yùn)行狀態(tài)分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)幾個(gè)小時(shí)的生產(chǎn)水質(zhì)情況，提前為生產(chǎn)情況提供參考信息，以便及時(shí)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。對(duì)溶解氧、污泥濃度、進(jìn)水水質(zhì)、進(jìn)水溫度等影響水質(zhì)有關(guān)的參數(shù)提供調(diào)整和參考意見。
（4）智能語(yǔ)音服務(wù)機(jī)器人。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是借助計(jì)算機(jī)算法機(jī)器人理解和識(shí)別人的語(yǔ)音并轉(zhuǎn)換為可讀的輸入。系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的智能化語(yǔ)音識(shí)別，對(duì)于水務(wù)企業(yè)客服機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的創(chuàng)新意義：人工智能語(yǔ)音機(jī)器人，為水務(wù)企業(yè)“服務(wù)賦能”，標(biāo)志著在水務(wù)企業(yè)AI技術(shù)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新與行業(yè)應(yīng)用開端。實(shí)現(xiàn)功能包括人機(jī)對(duì)話、查水費(fèi)、自動(dòng)派單、語(yǔ)言質(zhì)檢及人工智能機(jī)器人的操作。
3.7.3 大數(shù)據(jù)可視化展示系統(tǒng)
水務(wù)大數(shù)據(jù)KPI集中展示，“總覽監(jiān)管圖”以城市GIS地圖為背景，將對(duì)該地區(qū)的自來(lái)水廠、污水處理廠、供水管網(wǎng)、排水管網(wǎng)、建設(shè)項(xiàng)目及資金等專題信息進(jìn)行集中展示與分析，為管理者提供決策支持。決策支持平臺(tái)對(duì)來(lái)自不同系統(tǒng)的生產(chǎn)、管網(wǎng)、服務(wù)與管理數(shù)據(jù)等進(jìn)行梳理、轉(zhuǎn)換、分析，最終轉(zhuǎn)變成對(duì)決策更有價(jià)值的各種KPI指標(biāo)，為決策過(guò)程提供支持視圖及分析結(jié)果展示。指標(biāo)分析展現(xiàn)采用主題桌面的形式，通過(guò)儀表盤、直方圖、趨勢(shì)圖等多樣化的圖形結(jié)構(gòu)對(duì)各類指標(biāo)、數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。
3.7.4 互聯(lián)網(wǎng)+移動(dòng)應(yīng)用
基于互聯(lián)網(wǎng)+理念，設(shè)計(jì)水務(wù)通移動(dòng)APP應(yīng)用，讓水務(wù)大數(shù)據(jù)決策中心無(wú)處不在，一機(jī)在手，一查便有。系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能主要包括數(shù)字水務(wù)地圖、供水指標(biāo)監(jiān)視、排水指標(biāo)監(jiān)視、數(shù)據(jù)指標(biāo)曲線分析及數(shù)據(jù)指標(biāo)報(bào)警。
3.8 安全與備份系統(tǒng)
結(jié)合企業(yè)需求、網(wǎng)絡(luò)與信息安全體系建設(shè)的實(shí)際情況，依據(jù)信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)基本要求，建立企業(yè)信息安全機(jī)構(gòu)、人員、制度、系統(tǒng)及運(yùn)維管理等控制措施。系統(tǒng)按照三級(jí)等保要求保障數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全和系統(tǒng)安全。其中要設(shè)計(jì)考慮數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)交換層、用戶端及移動(dòng)終端等安全防護(hù)措施、已有安全資源利舊，且通過(guò)安全等保測(cè)評(píng)。
設(shè)計(jì)本地系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份和綜合考慮同城備份或租用云災(zāi)備中心系統(tǒng)，形成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的異地災(zāi)備方案，滿足災(zāi)難恢復(fù)能力，并符合管理部門關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)防范、備份和恢復(fù)的要求。
04水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目實(shí)踐
4.1 項(xiàng)目背景
全球數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)治理、城市管理、人們生活都產(chǎn)生了重大影響。當(dāng)今，越來(lái)越多的企業(yè)將“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”視為契機(jī)，搶占新的制高點(diǎn)，變數(shù)據(jù)為資產(chǎn)。信息技術(shù)與水務(wù)業(yè)務(wù)管理的真正融合，是適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的需要，在基于數(shù)字化實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上，融合生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、管理等傳統(tǒng)業(yè)態(tài)，實(shí)現(xiàn)DT的變革與重構(gòu)。
新時(shí)代的中國(guó)開啟了數(shù)字中國(guó)建設(shè)的新征程。面對(duì)日新月異的大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，水務(wù)企業(yè)結(jié)合自身需求加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，圍繞國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略做出實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略決策，亟需建設(shè)創(chuàng)新型水務(wù)企業(yè)，為建設(shè)智慧水務(wù)大腦提供有力支撐。
4.2 項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)
數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)，建立水務(wù)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)和共享交換中心，優(yōu)化信息共享流程，促進(jìn)跨部門協(xié)同，有效避免信息不對(duì)稱造成的監(jiān)管漏洞，有利于開展多個(gè)部門的聯(lián)合監(jiān)管。依托水務(wù)大數(shù)據(jù)中心，形成數(shù)據(jù)共享和開放的工作機(jī)制與管理制度，建成企業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一共享交換和開放平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的全面匯聚和高效利用。結(jié)合企業(yè)“三全”戰(zhàn)略目標(biāo)，充分利用數(shù)據(jù)賦能水務(wù)，挖據(jù)數(shù)據(jù)創(chuàng)新新動(dòng)能，利用數(shù)據(jù)引擎帶動(dòng)企業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。
4.3 項(xiàng)目建設(shè)范圍
項(xiàng)目設(shè)計(jì)范圍主要內(nèi)容包括W水務(wù)所屬供排水企業(yè)的生產(chǎn)、營(yíng)銷、管網(wǎng)、客服、項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)、視頻安防等數(shù)據(jù)的采集、集成與整合。項(xiàng)目涉及的主要單位范圍包括10多個(gè)二級(jí)公司和100多座廠站。
4.4 項(xiàng)目主要內(nèi)容
水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目總體建設(shè)內(nèi)容主要包括七大方面：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系、水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)中心、水務(wù)專有云計(jì)算平臺(tái)、大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用系統(tǒng)（大數(shù)據(jù)輔助決策、基于模型的供水管網(wǎng)智能調(diào)度、設(shè)備故障診斷、污水處理輔助決策系統(tǒng)、AI語(yǔ)音服務(wù)機(jī)器人、大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)及移動(dòng)應(yīng)用APP）、系統(tǒng)集成、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、信息安全與備份。
4.5 數(shù)據(jù)分析指標(biāo)
W水務(wù)企業(yè)廠站眾多、地域分散，對(duì)水務(wù)集中管理來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，所以，水務(wù)集團(tuán)亟需建立一套有效的管理工具，結(jié)合IWA國(guó)際認(rèn)可的績(jī)效指標(biāo)管理體系，建立W水務(wù)企業(yè)KPI績(jī)效指標(biāo)，促進(jìn)企業(yè)持續(xù)、健康和高質(zhì)量發(fā)展。
項(xiàng)目建設(shè)一套完整的大數(shù)據(jù)分析指標(biāo)規(guī)范，主要包括指標(biāo)設(shè)計(jì)原則、指標(biāo)篩選流程、指標(biāo)定義說(shuō)明及管理，數(shù)據(jù)分析指標(biāo)分為兩大類：績(jī)效指標(biāo)和過(guò)程指標(biāo)。
（1）績(jī)效指標(biāo)：設(shè)計(jì)為單項(xiàng)指標(biāo)和復(fù)合指標(biāo)。單項(xiàng)指標(biāo)為一次數(shù)據(jù)指標(biāo)；復(fù)合指標(biāo)為派生數(shù)據(jù)指標(biāo)，是經(jīng)過(guò)運(yùn)算獲取的結(jié)果值。所有的績(jī)效指標(biāo)按層級(jí)分為集團(tuán)級(jí)、公司級(jí)和廠站級(jí)，并區(qū)分重要、一般等級(jí)標(biāo)識(shí)。項(xiàng)目構(gòu)建了供排水KPI績(jī)效管理指標(biāo)100多項(xiàng)，涉及類別包括：運(yùn)行類、服務(wù)類、資產(chǎn)類、財(cái)經(jīng)類、人事類、資源類、安全類及環(huán)境類。
（2）過(guò)程指標(biāo)：均為單項(xiàng)指標(biāo)及統(tǒng)計(jì)指標(biāo)組成。過(guò)程指標(biāo)構(gòu)建了400多項(xiàng)要素指標(biāo)。涉及水廠生產(chǎn)指標(biāo)、污水處理廠生產(chǎn)指標(biāo)、供水管網(wǎng)管理指標(biāo)、排水管網(wǎng)管理指標(biāo)、客戶服務(wù)指標(biāo)、資產(chǎn)管理指標(biāo)、財(cái)經(jīng)管理指標(biāo)、營(yíng)銷管理指標(biāo)、經(jīng)營(yíng)管理指標(biāo)、工程建設(shè)指標(biāo)及集團(tuán)管控指標(biāo)等11類全過(guò)程要素指標(biāo)。
4.6 項(xiàng)目建設(shè)成效
W水務(wù)集團(tuán)大數(shù)據(jù)平臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)主要建設(shè)成效包括水務(wù)大數(shù)據(jù)物聯(lián)感知網(wǎng)、大數(shù)據(jù)云計(jì)算平臺(tái)、大數(shù)據(jù)創(chuàng)新示范應(yīng)用、大數(shù)據(jù)分析指標(biāo)規(guī)范及數(shù)據(jù)資源中心。
（1）構(gòu)建了水務(wù)大數(shù)據(jù)物聯(lián)感知網(wǎng)：①構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)感知終端采集系統(tǒng)：廠、站、網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)一體化采集，其中也包含人工填報(bào)、化驗(yàn)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接及共享擴(kuò)展接口。②構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)感知服務(wù)端統(tǒng)一數(shù)據(jù)匯聚平臺(tái)：數(shù)據(jù)接入、視頻整合、數(shù)據(jù)處理、狀態(tài)監(jiān)控及共享交換等統(tǒng)一匯聚，完成“數(shù)據(jù)暢通”。③未來(lái)可任意擴(kuò)展供排水的設(shè)備、儀表、視頻、系統(tǒng)等多源數(shù)據(jù)對(duì)接。構(gòu)建了“一數(shù)一源、一源多用”、“誰(shuí)生產(chǎn)、誰(shuí)管理”的管理思路，解決了數(shù)據(jù)多源頭、無(wú)維護(hù)的問(wèn)題。
（2）構(gòu)建了水務(wù)云計(jì)算大數(shù)據(jù)中心：①構(gòu)建“數(shù)據(jù)云”：建立數(shù)據(jù)一體化平臺(tái)（提供大數(shù)據(jù)采集能力）：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理及管理。②構(gòu)建“設(shè)施云”：建立云資源池（提供彈性計(jì)算能力）：可彈性分配資源，按需供應(yīng)，按需使用。③提升“應(yīng)用云”：建立私有云構(gòu)架平臺(tái)，構(gòu)建了大數(shù)據(jù)計(jì)算、服務(wù)能力。④加強(qiáng)“云管理”：建立云平臺(tái)運(yùn)維、安全防護(hù)體系和措施，建立云平臺(tái)運(yùn)維團(tuán)隊(duì)。
（3）建立了大數(shù)據(jù)創(chuàng)新示范應(yīng)用系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)計(jì)算與分析處理能力。①通過(guò)智能調(diào)度、設(shè)備故障診斷、水質(zhì)預(yù)測(cè)、智能客服等四大應(yīng)用，初步構(gòu)建了供水、排水方面的大數(shù)據(jù)計(jì)算分析能力應(yīng)用。②建立城市供水管網(wǎng)模型、故障診斷模型、污水處理廠工藝仿真模型、AI語(yǔ)音識(shí)別與語(yǔ)義能力模型。③讓供水調(diào)度更加科學(xué)；污水處理廠設(shè)備故障預(yù)判、降本增效；水質(zhì)預(yù)測(cè)、安全達(dá)標(biāo)排放；智能客服、高質(zhì)量服務(wù)。
（4）建立了大數(shù)據(jù)分析指標(biāo)規(guī)范：建立集團(tuán)層、公司層和廠站層分析指標(biāo)規(guī)范，構(gòu)建了集團(tuán)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)績(jī)效管理指標(biāo)KPI和全過(guò)程管理指標(biāo)。
（5）構(gòu)建了水務(wù)大數(shù)據(jù)資源中心：建立了大數(shù)據(jù)平臺(tái)的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)是一個(gè)持續(xù)的數(shù)據(jù)資源價(jià)值利用的話題。存儲(chǔ)了生產(chǎn)、調(diào)度、設(shè)備、水質(zhì)、服務(wù)、項(xiàng)目等相關(guān)的數(shù)據(jù)資源，建立數(shù)據(jù)資源共享目錄，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)共享提供基礎(chǔ)服務(wù)能力。
4.7 項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)
4.7.1 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方案
水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中遇到4個(gè)主要問(wèn)題：一是數(shù)據(jù)可靠性問(wèn)題；二是數(shù)據(jù)管理問(wèn)題；三是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（視頻）分析問(wèn)題；四是多廠站多業(yè)務(wù)系統(tǒng)如何構(gòu)建水務(wù)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。具體解決方案如下：
（1）數(shù)據(jù)可靠性解決方案：數(shù)據(jù)從水務(wù)集團(tuán)二級(jí)單位獲取，二級(jí)單位從三級(jí)廠網(wǎng)單位獲取，三級(jí)單位從終端儀表設(shè)備獲取。為保障數(shù)據(jù)的可靠性，一是儀表精準(zhǔn)可靠，二是軟件采集可靠。在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性需要從技術(shù)和管理兩個(gè)角度去把控，①通過(guò)數(shù)據(jù)處理技術(shù)優(yōu)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來(lái)提高和保障數(shù)據(jù)的質(zhì)量（如系統(tǒng)內(nèi)置偏差，如跳點(diǎn)、噪聲數(shù)據(jù)的優(yōu)化算法功能）。②通過(guò)管理人員審核負(fù)責(zé)制度確認(rèn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和定期抽查督查，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)審核管控流程的閉環(huán)管理。
（2）數(shù)據(jù)的管理解決方案：從儀表中獲取的原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)分析需求，進(jìn)行數(shù)據(jù)治理和生命周期管理，以便今后數(shù)據(jù)對(duì)比分析。由原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生的二次派生數(shù)據(jù)，應(yīng)注明標(biāo)識(shí)，以便區(qū)分，保障原始數(shù)據(jù)安全。
（3）視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輕量化解決方案：結(jié)合視頻結(jié)構(gòu)化處理技術(shù)，極大地節(jié)約了非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬，提升了視頻利用效率。在監(jiān)控終端上部署帶有邊緣計(jì)算功能的智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控終端完成視頻數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化分析。當(dāng)需要分析時(shí)，可隨時(shí)回傳分析結(jié)果給到服務(wù)端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，以此達(dá)到快速分析管理的目標(biāo)。視頻存儲(chǔ)及分析流程如圖4所示。

圖4 視頻存儲(chǔ)及分析流程
（4）水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)解決方案：水廠、污水廠、管網(wǎng)、二次供水、泵站等在線數(shù)據(jù)的采集，目前均采集到廠部調(diào)度中心、供水公司、排水公司、管網(wǎng)公司等，這些數(shù)據(jù)都分散存儲(chǔ)在各自所屬管理單位，造成了數(shù)據(jù)分散、信息孤島、整合集成困難的問(wèn)題?；谖磥?lái)水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)的考慮，采用“端到平臺(tái)+系統(tǒng)到平臺(tái)”方式進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚。即：新建設(shè)備及儀表等終端統(tǒng)一匯聚到水務(wù)大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)。歷史已建設(shè)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)根據(jù)需求對(duì)接整合集成到本平臺(tái)。
4.7.2 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
整個(gè)水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，有一些經(jīng)驗(yàn)和啟發(fā)值得分享和借鑒：一是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；二是實(shí)踐難點(diǎn)啟發(fā)。
設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分享，主要包括①數(shù)據(jù)治理應(yīng)提前設(shè)計(jì)和實(shí)施，為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)大數(shù)據(jù)分析決策做鋪墊；②大數(shù)據(jù)分析指標(biāo)規(guī)范，旨在建立績(jī)效KPI指標(biāo)，為水務(wù)大數(shù)據(jù)分析和輔助決策提供抓手；③云計(jì)算平臺(tái)，定位要清晰，既非虛擬機(jī)，也非超融合一體機(jī)，而是要構(gòu)建基于應(yīng)用服務(wù)集群、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)集群和大數(shù)據(jù)服務(wù)集群等三大集群為核心的私有云計(jì)算平臺(tái)；④管理駕駛艙和輔助決策支持，它是一個(gè)成效體現(xiàn)窗口，應(yīng)優(yōu)先建設(shè)，并結(jié)合企業(yè)運(yùn)營(yíng)和管理需求，實(shí)現(xiàn)分主題、多維度、自定義可視化管理駕駛艙。
實(shí)踐難點(diǎn)啟發(fā)，主要涉及①人工智能應(yīng)用成效不明顯，比如，供水管網(wǎng)模型所需的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)缺失，對(duì)模型的模擬結(jié)果產(chǎn)生影響，啟發(fā)是管網(wǎng)模型所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)保持完整性、正確性、連續(xù)性和高質(zhì)量；②數(shù)據(jù)采集，多廠站，不同廠商等廠站數(shù)據(jù)采集和集成問(wèn)題，啟發(fā)是部分廠站數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)Tag未知、數(shù)據(jù)格式差異等造成的復(fù)雜性，影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及增加工作量；③設(shè)備故障診斷，啟發(fā)有3點(diǎn)，首先是考慮定位診斷高價(jià)值設(shè)備類型，其次是設(shè)備故障診斷需要配套對(duì)應(yīng)的測(cè)軸溫、轉(zhuǎn)數(shù)、振動(dòng)等參數(shù)的設(shè)備儀器和運(yùn)行健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)，第三是故障診斷的精準(zhǔn)性和預(yù)知水平，與工藝、巡檢、電氣、環(huán)境溫度等息息相關(guān)，需較多品牌設(shè)備廠家的配合，因此，增加了該系統(tǒng)實(shí)施的復(fù)雜度。
05結(jié)語(yǔ)
綜上所述，城市水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，是企業(yè)智慧化水平提升的重要標(biāo)志之一。逐步落實(shí)水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，提升城市水務(wù)核心競(jìng)爭(zhēng)力，須持續(xù)加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐，完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、信息安全與管理運(yùn)維等信息化支撐體系，建立績(jī)效評(píng)估體系，創(chuàng)造良好的大數(shù)據(jù)發(fā)展環(huán)境。推進(jìn)水務(wù)企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)是建設(shè)服務(wù)型水務(wù)企業(yè)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的有力措施。
對(duì)水務(wù)企業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行有效整合，按照全局統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)的指導(dǎo)思想，規(guī)范系統(tǒng)資源使用標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)支撐平臺(tái)層提供更好的靈活性和擴(kuò)展性，以滿足未來(lái)靈活、復(fù)雜、多變的集團(tuán)化業(yè)務(wù)發(fā)展需要；建立“用數(shù)據(jù)說(shuō)話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”的管理機(jī)制，提升水務(wù)企業(yè)運(yùn)營(yíng)管理和服務(wù)能力；通過(guò)統(tǒng)一規(guī)則、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信息共享、智能分析、輔助決策，推進(jìn)水務(wù)企業(yè)的信息對(duì)稱、高效運(yùn)行和精準(zhǔn)管理，最終實(shí)現(xiàn)水務(wù)大數(shù)據(jù)“三全”目標(biāo)。
基于云計(jì)算的水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，建設(shè)過(guò)程中和建成后的運(yùn)行維護(hù)對(duì)相關(guān)技術(shù)人員的各項(xiàng)素質(zhì)要求很高，因此需要建立一支技術(shù)過(guò)硬、反應(yīng)迅速的技術(shù)保障團(tuán)隊(duì)，加強(qiáng)對(duì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)技術(shù)人員的培訓(xùn)，以保證平臺(tái)建設(shè)工程的順利實(shí)施和建成后系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
對(duì)原文有修改。原文標(biāo)題：基于云計(jì)算的水務(wù)大數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐；作者：羅賢偉、龐子山、譚松柏、張曄明、蔣懷德；作者單位：上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司、重慶水務(wù)集團(tuán)股份有限公司?？窃凇督o水排水》2022年第1期。