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1、0 0 智慧水務云平臺與大數據 建設探討智慧水務云平臺與大數據 建設探討 劉百德劉百德 2017.05.12 杭州杭州 2017 給水排水第三屆中國城市智慧水務高峰論壇給水排水第三屆中國城市智慧水務高峰論壇 給水排水雜志社1 1 交流內容：一、概述 一、概述 二、智慧水務系統架構二、智慧水務系統架構 三、云計算平臺與大數據 云計算平臺與大數據 四、系統整合智慧節能 四、系統整合智慧節能 -云計算、大數據應用 -云計算、大數據應用 給水排水雜志社2 一、概述一、概述 1.1 智慧城市與智慧水務智慧城市與智慧水務 自自IBM提出“智慧的地球”提出“智慧的地球”、“智慧的城市”、“智慧的城市”理念以2、來，引發了智慧城市建設的熱潮。理念以來，引發了智慧城市建設的熱潮。以物聯網、云計算、大數據、移動互聯網為代以物聯網、云計算、大數據、移動互聯網為代表的新一代信息技術，和知識社會環境，推動了智表的新一代信息技術，和知識社會環境，推動了智慧城市建設，是繼數字城市之后城市信息化發展的慧城市建設，是繼數字城市之后城市信息化發展的高級階段。（如下圖所示）高級階段。（如下圖所示）給水排水雜志社3 發展趨勢發展趨勢 數字化、信息化、智慧化數字化、信息化、智慧化 給水排水雜志社4 建設智慧城市已成為當今世界城市發展不可建設智慧城市已成為當今世界城市發展不可逆轉的大趨勢，它將水、電、油、氣、交通、公逆轉的大趨勢3、，它將水、電、油、氣、交通、公共服務等等各種公用資源連接起來，監測、分析和整合各種數據以做出智能化的響應，更好的為城市服務。共服務等等各種公用資源連接起來，監測、分析和整合各種數據以做出智能化的響應，更好的為城市服務。盡管站在不同的角度對智慧城市建設可有不盡管站在不同的角度對智慧城市建設可有不同的認知，但做為城市的基礎設施，號稱城市生同的認知，但做為城市的基礎設施，號稱城市生命線的智慧水務建設是智慧城市的重要組成元素已得到共識。命線的智慧水務建設是智慧城市的重要組成元素已得到共識。給水排水雜志社5 1.2 存在的主要不足與困惑存在的主要不足與困惑 缺少相應的缺少相應的規范和標準規范和標準，許多4、已運行的應用系統，以“定制”方式由不同，許多已運行的應用系統，以“定制”方式由不同IT企業開發，水平參差不齊，系統各自割裂導致軟、硬件資源的極大浪費；企業開發，水平參差不齊，系統各自割裂導致軟、硬件資源的極大浪費；信息“孤島”信息“孤島”，缺乏總體規劃，一些信息應，缺乏總體規劃，一些信息應用系統在建設過程中，由于涉及部門職能分工，縱向管理居多，普遍存在信息“孤島”現象;用系統在建設過程中，由于涉及部門職能分工，縱向管理居多，普遍存在信息“孤島”現象;給水排水雜志社6 安全安全，獨立運行的專業業務應用系統在網絡，獨立運行的專業業務應用系統在網絡與信息安全方面，很難達到國家二級安全等級保護的要求，5、存在安全隱患；與信息安全方面，很難達到國家二級安全等級保護的要求，存在安全隱患；資金不足和人才缺乏資金不足和人才缺乏，尤其偏遠地區的中小，尤其偏遠地區的中小水司在信息化建設方面心有力不足;水司在信息化建設方面心有力不足;困惑，困惑，智慧水務雖是當今熱點話題，但對其確切的定義、內涵、應遵循的基本原則、系統整體架構、應具備的基本功能、性能和安全保障等智慧水務雖是當今熱點話題，但對其確切的定義、內涵、應遵循的基本原則、系統整體架構、應具備的基本功能、性能和安全保障等技術層面，還需進一步規范和明確方向；技術層面，還需進一步規范和明確方向；給水排水雜志社7 首先，行業層面已提出了技術進步發展規劃：首先，6、行業層面已提出了技術進步發展規劃：8大應用系統；大應用系統；2020遠景目標：遠景目標：全國大、中城市的自來水公司都建立起標準化的、規范化的、健全全國大、中城市的自來水公司都建立起標準化的、規范化的、健全合理的信息化系統，實現計算機管理。在小城鎮，合理的信息化系統，實現計算機管理。在小城鎮，自來水生產、供應基本實現信息化。自來水生產、供應基本實現信息化。經過經過多年的建設，盡管還存在發展不均衡和許多需要完善的地方，但“智慧水務”不是對已建的各類專業業務信息應用系統的否定；年的建設，盡管還存在發展不均衡和許多需要完善的地方，但“智慧水務”不是對已建的各類專業業務信息應用系統的否定；1.3 對智慧7、水務的認知對智慧水務的認知 給水排水雜志社8“智慧水務”將運用新的技術手段，對各類孤立“智慧水務”將運用新的技術手段，對各類孤立運行的剛性應用系統進行整合和集成，實時動態運行的剛性應用系統進行整合和集成，實時動態感感知、分析知、分析水系統運行的各項關鍵數據，從而對供水的全過程做出智能的響應，始終處于良好狀態。水系統運行的各項關鍵數據，從而對供水的全過程做出智能的響應，始終處于良好狀態。“智慧水務”當務之急是做好頂層設計，側重智能分析、輔助決策支持等應用軟件體系建設。“智慧水務”當務之急是做好頂層設計，側重智能分析、輔助決策支持等應用軟件體系建設。“智慧水務”正處于朝氣蓬勃的發展階段，尤其面對眾8、多地域分散的“智慧水務”正處于朝氣蓬勃的發展階段，尤其面對眾多地域分散的中小水司中小水司如何利用物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術實現高級應用，如何利用物聯網、云計算、大數據等新一代信息技術實現高級應用，仍需進一步探索和實踐。仍需進一步探索和實踐。給水排水雜志社9 二、智慧水務系統架構二、智慧水務系統架構 2.1 建設目標和基本拓撲結構建設目標和基本拓撲結構 建設目標：建立建設目標：建立“一個網絡，一個平臺，一個中心，一個窗口”“一個網絡，一個平臺，一個中心，一個窗口”的“四個一”企業運營管理體系的“四個一”企業運營管理體系結構，和適合于本地區的實用和可靠的智慧水務信結構，和適合于本地區的9、實用和可靠的智慧水務信息系統。使城鎮水務的生產、銷售、服務、管理各個環節得到有效整合息系統。使城鎮水務的生產、銷售、服務、管理各個環節得到有效整合 一個網絡一個網絡-由工控網、物聯網、專業業務運由工控網、物聯網、專業業務運營局域網（營局域網（LAN）構成的企業網（）構成的企業網（Intranet）；）；給水排水雜志社10 一個平臺一個平臺-供水信息一體化綜合管理平臺（企業內網門戶、數據中心、決策支持、智慧水務）；-供水信息一體化綜合管理平臺（企業內網門戶、數據中心、決策支持、智慧水務）；一個中心一個中心-建立以供水調度為中心的生產指揮系統，實現由原水到用戶的供水全過程優化控制；-建立以供水調度10、為中心的生產指揮系統，實現由原水到用戶的供水全過程優化控制；一個窗口一個窗口-公眾綜合信息服務平臺，企業外網-公眾綜合信息服務平臺，企業外網（Internet）門戶網站，營造面向用戶、溝通世界的信息氛圍，構建快速、寬松的用戶服務環境。）門戶網站，營造面向用戶、溝通世界的信息氛圍，構建快速、寬松的用戶服務環境。智慧水務信息系統拓撲結構：智慧水務信息系統拓撲結構：“三層網絡和對應的三級分布式應用系統組成的開放互連分層分布式“三層網絡和對應的三級分布式應用系統組成的開放互連分層分布式體系結構”體系結構”；給水排水雜志社11 開放互連分層分布式體系結構開放互連分層分布式體系結構 給水排水雜志社12 211、.2 需要進一步研究解決的主要問題需要進一步研究解決的主要問題（1）信息系統整合-平臺化信息系統整合-平臺化（一個平臺）（一個平臺）消滅業內普遍存在的專業業務信息系統“孤島”現象，理順各系統間的內在關聯性，做好頂層設計，借助新一代信息技術，將分散的計算機消滅業內普遍存在的專業業務信息系統“孤島”現象，理順各系統間的內在關聯性，做好頂層設計，借助新一代信息技術，將分散的計算機組成的一個超級虛擬計算機，建設統一的企業數組成的一個超級虛擬計算機，建設統一的企業數據中心平臺，信息共享、安全可信，適應信息技術高級應用的發展趨勢，是實現智慧水務智慧應據中心平臺，信息共享、安全可信，適應信息技術高級應用的發12、展趨勢，是實現智慧水務智慧應用的大前提。用的大前提。給水排水雜志社13（2）供水設施、設備精細化、信息化管理供水設施、設備精細化、信息化管理 利用“物聯網”技術，全面感知各類供水設利用“物聯網”技術，全面感知各類供水設施、設備運行的基本信息，實現供水設施、設備施、設備運行的基本信息，實現供水設施、設備的精細化管理。的精細化管理。（3）給水動態數學模型系統）給水動態數學模型系統 在管網在管網GIS系統基礎上，結合系統基礎上，結合SCADA系統實時壓力數據、抄表營銷水量數據，開展供水管網建模研究，為提高管網運行安全度，供水管網科學調度、優化管網運行模式，降低管網漏損率。系統實時壓力數據、抄表營銷水13、量數據，開展供水管網建模研究，為提高管網運行安全度，供水管網科學調度、優化管網運行模式，降低管網漏損率。給水排水雜志社14（4）輔助決策系統，智慧型應用輔助決策系統，智慧型應用 智慧水務建設的重要任務之一，是分析經營中智慧水務建設的重要任務之一，是分析經營中的各類數據，并升華為知識，建立輔助決策系統，支持科學決策，實現智慧應用。的各類數據，并升華為知識，建立輔助決策系統，支持科學決策，實現智慧應用。（5）資源整合與第三方服務資源整合與第三方服務 智慧水務信息系統資源整合，是企業向服務型轉型，實現系統簡約化、集成化，降低智慧水務信息系統資源整合，是企業向服務型轉型，實現系統簡約化、集成化，降低I14、T成本，提高成本，提高IT資源利用率和安全性，大幅度提升企業管理水平、服務水平和創新力的必經之路。資源利用率和安全性，大幅度提升企業管理水平、服務水平和創新力的必經之路。中小型供水企業可以嘗試利用新興的第三方中小型供水企業可以嘗試利用新興的第三方IT云服務，快速打造屬于自己的智慧水務平臺 服務，快速打造屬于自己的智慧水務平臺 給水排水雜志社15 三、云計算平臺與大數據三、云計算平臺與大數據（1）云計算核心思想云計算核心思想 云計算的核心思想，是將大量用網絡連接的計云計算的核心思想，是將大量用網絡連接的計算資源統一管理和調度，構成一個共享計算資源池向使用者提供虛擬化技術服務。算資源統一管理和調度15、，構成一個共享計算資源池向使用者提供虛擬化技術服務。“云”是提供資源的網絡。“云”是提供資源的網絡。云計算是一種新的服務架構，使用者可便利地云計算是一種新的服務架構，使用者可便利地通過互聯網訪問“云”中的資源，按需使用，并可通過互聯網訪問“云”中的資源，按需使用，并可隨時擴展。隨時擴展。給水排水雜志社16（2）云計算技術特征云計算技術特征 云平臺具有多種運行模式：私有云,公有云,社團云,云平臺具有多種運行模式：私有云,公有云,社團云,混合云混合云等。等。信息產業化，云計算技術可以為企業提供：信息產業化，云計算技術可以為企業提供：-應用開發和運行環境；應用開發和運行環境；-計算、存儲、網絡、以及16、信息安全保障等云基礎設施，數據類型和數量不受限制；計算、存儲、網絡、以及信息安全保障等云基礎設施，數據類型和數量不受限制；-能夠快速彈性布署用戶，構建松散耦合系統；能夠快速彈性布署用戶，構建松散耦合系統；-第三方租賃服務第三方租賃服務，并按需使用付費。并按需使用付費。給水排水雜志社17 對于規模小、資金不足的中小型供水企業可以嘗試以購買服務的方式，只需很少的投入便能夠快速構建自己的智慧水務平臺；對于規模小、資金不足的中小型供水企業可以嘗試以購買服務的方式，只需很少的投入便能夠快速構建自己的智慧水務平臺；用戶可以時刻按需通過互聯網訪問屬于自己的資源，而不需要知道“云”在哪里；用戶可以時刻按需通過17、互聯網訪問屬于自己的資源，而不需要知道“云”在哪里；“云”的運維，安全，以及系統升級等工作“云”的運維，安全，以及系統升級等工作由提供服務的由提供服務的IT方負責,始終保持“云”的先進方負責,始終保持“云”的先進性。性。云計算服務預計在近幾年內會逐步得到推廣應用。云計算服務預計在近幾年內會逐步得到推廣應用。給水排水雜志社18（3）云計算與大數據云計算與大數據 “大數據”特征-數據量大、種類多、實時性“大數據”特征-數據量大、種類多、實時性要求強、數據所蘊含的價值大、難以用傳統數據庫進行管理和處理。要求強、數據所蘊含的價值大、難以用傳統數據庫進行管理和處理。云計算是在大數據特征需求的背景下催生的18、一云計算是在大數據特征需求的背景下催生的一種架構和商業模式，兩者相輔相成。種架構和商業模式，兩者相輔相成。通過云計算對大數據的挖掘和深入分析，將相關聯的數據變為有價值的信息，進而提煉為知識，并以知識形成決策支持。通過云計算對大數據的挖掘和深入分析，將相關聯的數據變為有價值的信息，進而提煉為知識，并以知識形成決策支持。給水排水雜志社19（4）打造水務云服務平臺的設想打造水務云服務平臺的設想 建設國家級一體化水務云平臺，融入國家“全國一體化數據中心”；建設國家級一體化水務云平臺，融入國家“全國一體化數據中心”；網絡和信息安全保障體系，異地數據備份和容災恢復系統，確保應用安全；網絡和信息安全保障體系19、，異地數據備份和容災恢復系統，確保應用安全；采用采用PPP或租賃方式提供應用開發、計算、存或租賃方式提供應用開發、計算、存儲、網絡、運行環境、信息安全保障等服務；儲、網絡、運行環境、信息安全保障等服務；給水排水雜志社20 服務對象：重點為縣、鄉、鎮級水務企業提供智慧水務運營服務，實現資源共享，最大限度降低自建系統的資金投入，解決中小水司建設智慧水務技術力量貧乏、資金不足等難題服務對象：重點為縣、鄉、鎮級水務企業提供智慧水務運營服務，實現資源共享，最大限度降低自建系統的資金投入，解決中小水司建設智慧水務技術力量貧乏、資金不足等難題；云平臺也應具備縣級市、地級市或更高級別的云平臺也應具備縣級市、地20、級市或更高級別的城市提供智慧水務的服務能力。城市提供智慧水務的服務能力。借助第三方專業化借助第三方專業化IT服務，是水務行業以低成本快速構建智慧水務應用平臺的方向。服務，是水務行業以低成本快速構建智慧水務應用平臺的方向。給水排水雜志社21 四、系統整合智慧節能-云計算、大數據應用系統整合智慧節能-云計算、大數據應用 供水企業經過供水企業經過20余年信息化系統建設與應用，余年信息化系統建設與應用，現今已基本具備了信息資源整合、系統集成、運用現今已基本具備了信息資源整合、系統集成、運用云計算、大數據等新一代信息技術實現智慧型高級應用的條件。云計算、大數據等新一代信息技術實現智慧型高級應用的條件。對21、各類相關信息進行高效融合，形成一個統一對各類相關信息進行高效融合，形成一個統一的的“供水信息一體化綜合管理平臺”，即“一個平臺”“供水信息一體化綜合管理平臺”，即“一個平臺”，按業務要求建立科學的應用模型，提升智能，按業務要求建立科學的應用模型，提升智能決策支持能力，完成供水企業決策支持能力，完成供水企業“提高水質，保障供“提高水質，保障供水，優化成本，改善服務”水，優化成本，改善服務”的中心任務，是智慧水務的建設目標。的中心任務，是智慧水務的建設目標。給水排水雜志社22 “一個平臺”需要供水生產全過程的各類信息和數據，這些信息、數據來自一個平臺”需要供水生產全過程的各類信息和數據，這些信息、22、數據來自各自獨立、分散的專業業務信息系統。各自獨立、分散的專業業務信息系統。圍繞供水企業中心任務，建設以供水調度為中心的生產指揮系統，圍繞供水企業中心任務，建設以供水調度為中心的生產指揮系統，即“一個中心”即“一個中心”，整合與集成，整合與集成廠站廠站DCS、管網管網GIS、SCADA、抄表營銷系統、實、抄表營銷系統、實時動態水力模型、輔助調度決策、生產管理等系統，形成時動態水力模型、輔助調度決策、生產管理等系統，形成優化成本、智慧優化成本、智慧節能減排體系，統管、優化供水生產全程，節能減排體系，統管、優化供水生產全程，是智慧水務建設的核心。是智慧水務建設的核心。給水排水雜志社23 一個中心一23、個中心 給水排水雜志社24 智慧水務“一個中心”的建設已不是以往供水調智慧水務“一個中心”的建設已不是以往供水調度的概念，通過各信息系統的整合與集成，對供水全度的概念，通過各信息系統的整合與集成，對供水全過程信息與數據的分析、融合，形成決策支持，其實質就是云計算和大數據應用。過程信息與數據的分析、融合，形成決策支持，其實質就是云計算和大數據應用。由于廠站通常按高日高時需水量設計總耗電量，由于廠站通常按高日高時需水量設計總耗電量，造成絕大多數時間處于低負荷運行，常因定速水泵的運行工作點偏離管網特性，造成巨大的能源浪費。造成絕大多數時間處于低負荷運行，常因定速水泵的運行工作點偏離管網特性，造成巨大24、的能源浪費。采用水泵變頻調速恒壓供水技術，實現降低廠站電耗、優化生產成本的目的已得到比較普遍的應用。采用水泵變頻調速恒壓供水技術，實現降低廠站電耗、優化生產成本的目的已得到比較普遍的應用。給水排水雜志社25 城鎮供水涉及水源和原水輸送、水廠制水、泵站加壓、管網輸配和生產調度，任何環節不協調，都會影響水泵調速節能的效果。城鎮供水涉及水源和原水輸送、水廠制水、泵站加壓、管網輸配和生產調度，任何環節不協調，都會影響水泵調速節能的效果。最大節能潛力在供水管網的優化運行，而變最大節能潛力在供水管網的優化運行，而變頻設備僅是管網優化運行的一個執行部件。頻設備僅是管網優化運行的一個執行部件。廠站調速結果實時25、送至中心調度計算機系統。中心系統依據獲得的管網和各廠站的最新信息，以及模型系統的仿真結果給出新的調度指令。廠站調速結果實時送至中心調度計算機系統。中心系統依據獲得的管網和各廠站的最新信息，以及模型系統的仿真結果給出新的調度指令。給水排水雜志社26 結合管網運行信息，將出廠水恒壓供水的控結合管網運行信息，將出廠水恒壓供水的控制條件，由“點”變為“面”，借助現代計算機智能技術。既智慧水務“一個中心”研究的對象制條件，由“點”變為“面”，借助現代計算機智能技術。既智慧水務“一個中心”研究的對象已不是單純水泵調速技術，而是研究如何將電力已不是單純水泵調速技術，而是研究如何將電力電子技術的強電系統、弱電26、子技術的控制系統、數字化智能技術、控制理論、模型系統、軟件系電子技術的強電系統、弱電子技術的控制系統、數字化智能技術、控制理論、模型系統、軟件系統溶為一體，創新為城市給水的“智慧節能”體統溶為一體，創新為城市給水的“智慧節能”體系，達到優化成本、改善服務的目的。系，達到優化成本、改善服務的目的。給水排水雜志社27 “一個中心”匯集、分析、整理的生產信息數據，以及形成的輔助決策信息全部提供至“一個平臺”“一個中心”匯集、分析、整理的生產信息數據，以及形成的輔助決策信息全部提供至“一個平臺”，供企業管理層、領導決策層使用。，供企業管理層、領導決策層使用。針對供水行業的業務特點，積極探索并運用針對供水行業的業務特點，積極探索并運用云計算技術、大數據挖掘和分析技術，將決策由云計算技術、大數據挖掘和分析技術，將決策由基于經驗和直覺的“拍板”，飛躍為基于數據和分析而作出的科學決策，實現智慧水務，是城鎮基于經驗和直覺的“拍板”，飛躍為基于數據和分析而作出的科學決策，實現智慧水務，是城鎮供水行業的努力方向。供水行業的努力方向。給水排水雜志社28 28 謝謝各位 給水排水雜志社