1、0 0 智慧水务云平台与大数据 建设探讨智慧水务云平台与大数据 建设探讨 刘百德刘百德 2017.05.12 杭州杭州 2017 给水排水第三届中国城市智慧水务高峰论坛给水排水第三届中国城市智慧水务高峰论坛 给水排水杂志社1 1 交流内容：一、概述 一、概述 二、智慧水务系统架构二、智慧水务系统架构 三、云计算平台与大数据 云计算平台与大数据 四、系统整合智慧节能 四、系统整合智慧节能 -云计算、大数据应用 -云计算、大数据应用 给水排水杂志社2 一、概述一、概述 1.1 智慧城市与智慧水务智慧城市与智慧水务 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、来，引发了智慧城市建设的热潮。理念以来，引发了智慧城市建设的热潮。以物联网、云计算、大数据、移动互联网为代以物联网、云计算、大数据、移动互联网为代表的新一代信息技术，和知识社会环境，推动了智表的新一代信息技术，和知识社会环境，推动了智慧城市建设，是继数字城市之后城市信息化发展的慧城市建设，是继数字城市之后城市信息化发展的高级阶段。（如下图所示）高级阶段。（如下图所示）给水排水杂志社3 发展趋势发展趋势 数字化、信息化、智慧化数字化、信息化、智慧化 给水排水杂志社4 建设智慧城市已成为当今世界城市发展不可建设智慧城市已成为当今世界城市发展不可逆转的大趋势，它将水、电、油、气、交通、公逆转的大趋势3、，它将水、电、油、气、交通、公共服务等等各种公用资源连接起来，监测、分析和整合各种数据以做出智能化的响应，更好的为城市服务。共服务等等各种公用资源连接起来，监测、分析和整合各种数据以做出智能化的响应，更好的为城市服务。尽管站在不同的角度对智慧城市建设可有不尽管站在不同的角度对智慧城市建设可有不同的认知，但做为城市的基础设施，号称城市生同的认知，但做为城市的基础设施，号称城市生命线的智慧水务建设是智慧城市的重要组成元素已得到共识。命线的智慧水务建设是智慧城市的重要组成元素已得到共识。给水排水杂志社5 1.2 存在的主要不足与困惑存在的主要不足与困惑 缺少相应的缺少相应的规范和标准规范和标准，许多4、已运行的应用系统，以“定制”方式由不同，许多已运行的应用系统，以“定制”方式由不同IT企业开发，水平参差不齐，系统各自割裂导致软、硬件资源的极大浪费；企业开发，水平参差不齐，系统各自割裂导致软、硬件资源的极大浪费；信息“孤岛”信息“孤岛”，缺乏总体规划，一些信息应，缺乏总体规划，一些信息应用系统在建设过程中，由于涉及部门职能分工，纵向管理居多，普遍存在信息“孤岛”现象;用系统在建设过程中，由于涉及部门职能分工，纵向管理居多，普遍存在信息“孤岛”现象;给水排水杂志社6 安全安全，独立运行的专业业务应用系统在网络，独立运行的专业业务应用系统在网络与信息安全方面，很难达到国家二级安全等级保护的要求，5、存在安全隐患；与信息安全方面，很难达到国家二级安全等级保护的要求，存在安全隐患；资金不足和人才缺乏资金不足和人才缺乏，尤其偏远地区的中小，尤其偏远地区的中小水司在信息化建设方面心有力不足;水司在信息化建设方面心有力不足;困惑，困惑，智慧水务虽是当今热点话题，但对其确切的定义、内涵、应遵循的基本原则、系统整体架构、应具备的基本功能、性能和安全保障等智慧水务虽是当今热点话题，但对其确切的定义、内涵、应遵循的基本原则、系统整体架构、应具备的基本功能、性能和安全保障等技术层面，还需进一步规范和明确方向；技术层面，还需进一步规范和明确方向；给水排水杂志社7 首先，行业层面已提出了技术进步发展规划：首先，6、行业层面已提出了技术进步发展规划：8大应用系统；大应用系统；2020远景目标：远景目标：全国大、中城市的自来水公司都建立起标准化的、规范化的、健全全国大、中城市的自来水公司都建立起标准化的、规范化的、健全合理的信息化系统，实现计算机管理。在小城镇，合理的信息化系统，实现计算机管理。在小城镇，自来水生产、供应基本实现信息化。自来水生产、供应基本实现信息化。经过经过多年的建设，尽管还存在发展不均衡和许多需要完善的地方，但“智慧水务”不是对已建的各类专业业务信息应用系统的否定；年的建设，尽管还存在发展不均衡和许多需要完善的地方，但“智慧水务”不是对已建的各类专业业务信息应用系统的否定；1.3 对智慧7、水务的认知对智慧水务的认知 给水排水杂志社8“智慧水务”将运用新的技术手段，对各类孤立“智慧水务”将运用新的技术手段，对各类孤立运行的刚性应用系统进行整合和集成，实时动态运行的刚性应用系统进行整合和集成，实时动态感感知、分析知、分析水系统运行的各项关键数据，从而对供水的全过程做出智能的响应，始终处于良好状态。水系统运行的各项关键数据，从而对供水的全过程做出智能的响应，始终处于良好状态。“智慧水务”当务之急是做好顶层设计，侧重智能分析、辅助决策支持等应用软件体系建设。“智慧水务”当务之急是做好顶层设计，侧重智能分析、辅助决策支持等应用软件体系建设。“智慧水务”正处于朝气蓬勃的发展阶段，尤其面对众8、多地域分散的“智慧水务”正处于朝气蓬勃的发展阶段，尤其面对众多地域分散的中小水司中小水司如何利用物联网、云计算、大数据等新一代信息技术实现高级应用，如何利用物联网、云计算、大数据等新一代信息技术实现高级应用，仍需进一步探索和实践。仍需进一步探索和实践。给水排水杂志社9 二、智慧水务系统架构二、智慧水务系统架构 2.1 建设目标和基本拓扑结构建设目标和基本拓扑结构 建设目标：建立建设目标：建立“一个网络，一个平台，一个中心，一个窗口”“一个网络，一个平台，一个中心，一个窗口”的“四个一”企业运营管理体系的“四个一”企业运营管理体系结构，和适合于本地区的实用和可靠的智慧水务信结构，和适合于本地区的9、实用和可靠的智慧水务信息系统。使城镇水务的生产、销售、服务、管理各个环节得到有效整合息系统。使城镇水务的生产、销售、服务、管理各个环节得到有效整合 一个网络一个网络-由工控网、物联网、专业业务运由工控网、物联网、专业业务运营局域网（营局域网（LAN）构成的企业网（）构成的企业网（Intranet）；）；给水排水杂志社10 一个平台一个平台-供水信息一体化综合管理平台（企业内网门户、数据中心、决策支持、智慧水务）；-供水信息一体化综合管理平台（企业内网门户、数据中心、决策支持、智慧水务）；一个中心一个中心-建立以供水调度为中心的生产指挥系统，实现由原水到用户的供水全过程优化控制；-建立以供水调度10、为中心的生产指挥系统，实现由原水到用户的供水全过程优化控制；一个窗口一个窗口-公众综合信息服务平台，企业外网-公众综合信息服务平台，企业外网（Internet）门户网站，营造面向用户、沟通世界的信息氛围，构建快速、宽松的用户服务环境。）门户网站，营造面向用户、沟通世界的信息氛围，构建快速、宽松的用户服务环境。智慧水务信息系统拓扑结构：智慧水务信息系统拓扑结构：“三层网络和对应的三级分布式应用系统组成的开放互连分层分布式“三层网络和对应的三级分布式应用系统组成的开放互连分层分布式体系结构”体系结构”；给水排水杂志社11 开放互连分层分布式体系结构开放互连分层分布式体系结构 给水排水杂志社12 211、.2 需要进一步研究解决的主要问题需要进一步研究解决的主要问题（1）信息系统整合-平台化信息系统整合-平台化（一个平台）（一个平台）消灭业内普遍存在的专业业务信息系统“孤岛”现象，理顺各系统间的内在关联性，做好顶层设计，借助新一代信息技术，将分散的计算机消灭业内普遍存在的专业业务信息系统“孤岛”现象，理顺各系统间的内在关联性，做好顶层设计，借助新一代信息技术，将分散的计算机组成的一个超级虚拟计算机，建设统一的企业数组成的一个超级虚拟计算机，建设统一的企业数据中心平台，信息共享、安全可信，适应信息技术高级应用的发展趋势，是实现智慧水务智慧应据中心平台，信息共享、安全可信，适应信息技术高级应用的发12、展趋势，是实现智慧水务智慧应用的大前提。用的大前提。给水排水杂志社13（2）供水设施、设备精细化、信息化管理供水设施、设备精细化、信息化管理 利用“物联网”技术，全面感知各类供水设利用“物联网”技术，全面感知各类供水设施、设备运行的基本信息，实现供水设施、设备施、设备运行的基本信息，实现供水设施、设备的精细化管理。的精细化管理。（3）给水动态数学模型系统）给水动态数学模型系统 在管网在管网GIS系统基础上，结合系统基础上，结合SCADA系统实时压力数据、抄表营销水量数据，开展供水管网建模研究，为提高管网运行安全度，供水管网科学调度、优化管网运行模式，降低管网漏损率。系统实时压力数据、抄表营销水13、量数据，开展供水管网建模研究，为提高管网运行安全度，供水管网科学调度、优化管网运行模式，降低管网漏损率。给水排水杂志社14（4）辅助决策系统，智慧型应用辅助决策系统，智慧型应用 智慧水务建设的重要任务之一，是分析经营中智慧水务建设的重要任务之一，是分析经营中的各类数据，并升华为知识，建立辅助决策系统，支持科学决策，实现智慧应用。的各类数据，并升华为知识，建立辅助决策系统，支持科学决策，实现智慧应用。（5）资源整合与第三方服务资源整合与第三方服务 智慧水务信息系统资源整合，是企业向服务型转型，实现系统简约化、集成化，降低智慧水务信息系统资源整合，是企业向服务型转型，实现系统简约化、集成化，降低I14、T成本，提高成本，提高IT资源利用率和安全性，大幅度提升企业管理水平、服务水平和创新力的必经之路。资源利用率和安全性，大幅度提升企业管理水平、服务水平和创新力的必经之路。中小型供水企业可以尝试利用新兴的第三方中小型供水企业可以尝试利用新兴的第三方IT云服务，快速打造属于自己的智慧水务平台 服务，快速打造属于自己的智慧水务平台 给水排水杂志社15 三、云计算平台与大数据三、云计算平台与大数据（1）云计算核心思想云计算核心思想 云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个共享计算资源池向使用者提供虚拟化技术服务。算资源统一管理和调度15、，构成一个共享计算资源池向使用者提供虚拟化技术服务。“云”是提供资源的网络。“云”是提供资源的网络。云计算是一种新的服务架构，使用者可便利地云计算是一种新的服务架构，使用者可便利地通过互联网访问“云”中的资源，按需使用，并可通过互联网访问“云”中的资源，按需使用，并可随时扩展。随时扩展。给水排水杂志社16（2）云计算技术特征云计算技术特征 云平台具有多种运行模式：私有云,公有云,社团云,云平台具有多种运行模式：私有云,公有云,社团云,混合云混合云等。等。信息产业化，云计算技术可以为企业提供：信息产业化，云计算技术可以为企业提供：-应用开发和运行环境；应用开发和运行环境；-计算、存储、网络、以及16、信息安全保障等云基础设施，数据类型和数量不受限制；计算、存储、网络、以及信息安全保障等云基础设施，数据类型和数量不受限制；-能够快速弹性布署用户，构建松散耦合系统；能够快速弹性布署用户，构建松散耦合系统；-第三方租赁服务第三方租赁服务，并按需使用付费。并按需使用付费。给水排水杂志社17 对于规模小、资金不足的中小型供水企业可以尝试以购买服务的方式，只需很少的投入便能够快速构建自己的智慧水务平台；对于规模小、资金不足的中小型供水企业可以尝试以购买服务的方式，只需很少的投入便能够快速构建自己的智慧水务平台；用户可以时刻按需通过互联网访问属于自己的资源，而不需要知道“云”在哪里；用户可以时刻按需通过17、互联网访问属于自己的资源，而不需要知道“云”在哪里；“云”的运维，安全，以及系统升级等工作“云”的运维，安全，以及系统升级等工作由提供服务的由提供服务的IT方负责,始终保持“云”的先进方负责,始终保持“云”的先进性。性。云计算服务预计在近几年内会逐步得到推广应用。云计算服务预计在近几年内会逐步得到推广应用。给水排水杂志社18（3）云计算与大数据云计算与大数据 “大数据”特征-数据量大、种类多、实时性“大数据”特征-数据量大、种类多、实时性要求强、数据所蕴含的价值大、难以用传统数据库进行管理和处理。要求强、数据所蕴含的价值大、难以用传统数据库进行管理和处理。云计算是在大数据特征需求的背景下催生的18、一云计算是在大数据特征需求的背景下催生的一种架构和商业模式，两者相辅相成。种架构和商业模式，两者相辅相成。通过云计算对大数据的挖掘和深入分析，将相关联的数据变为有价值的信息，进而提炼为知识，并以知识形成决策支持。通过云计算对大数据的挖掘和深入分析，将相关联的数据变为有价值的信息，进而提炼为知识，并以知识形成决策支持。给水排水杂志社19（4）打造水务云服务平台的设想打造水务云服务平台的设想 建设国家级一体化水务云平台，融入国家“全国一体化数据中心”；建设国家级一体化水务云平台，融入国家“全国一体化数据中心”；网络和信息安全保障体系，异地数据备份和容灾恢复系统，确保应用安全；网络和信息安全保障体系19、，异地数据备份和容灾恢复系统，确保应用安全；采用采用PPP或租赁方式提供应用开发、计算、存或租赁方式提供应用开发、计算、存储、网络、运行环境、信息安全保障等服务；储、网络、运行环境、信息安全保障等服务；给水排水杂志社20 服务对象：重点为县、乡、镇级水务企业提供智慧水务运营服务，实现资源共享，最大限度降低自建系统的资金投入，解决中小水司建设智慧水务技术力量贫乏、资金不足等难题服务对象：重点为县、乡、镇级水务企业提供智慧水务运营服务，实现资源共享，最大限度降低自建系统的资金投入，解决中小水司建设智慧水务技术力量贫乏、资金不足等难题；云平台也应具备县级市、地级市或更高级别的云平台也应具备县级市、地20、级市或更高级别的城市提供智慧水务的服务能力。城市提供智慧水务的服务能力。借助第三方专业化借助第三方专业化IT服务，是水务行业以低成本快速构建智慧水务应用平台的方向。服务，是水务行业以低成本快速构建智慧水务应用平台的方向。给水排水杂志社21 四、系统整合智慧节能-云计算、大数据应用系统整合智慧节能-云计算、大数据应用 供水企业经过供水企业经过20余年信息化系统建设与应用，余年信息化系统建设与应用，现今已基本具备了信息资源整合、系统集成、运用现今已基本具备了信息资源整合、系统集成、运用云计算、大数据等新一代信息技术实现智慧型高级应用的条件。云计算、大数据等新一代信息技术实现智慧型高级应用的条件。对21、各类相关信息进行高效融合，形成一个统一对各类相关信息进行高效融合，形成一个统一的的“供水信息一体化综合管理平台”，即“一个平台”“供水信息一体化综合管理平台”，即“一个平台”，按业务要求建立科学的应用模型，提升智能，按业务要求建立科学的应用模型，提升智能决策支持能力，完成供水企业决策支持能力，完成供水企业“提高水质，保障供“提高水质，保障供水，优化成本，改善服务”水，优化成本，改善服务”的中心任务，是智慧水务的建设目标。的中心任务，是智慧水务的建设目标。给水排水杂志社22 “一个平台”需要供水生产全过程的各类信息和数据，这些信息、数据来自一个平台”需要供水生产全过程的各类信息和数据，这些信息、22、数据来自各自独立、分散的专业业务信息系统。各自独立、分散的专业业务信息系统。围绕供水企业中心任务，建设以供水调度为中心的生产指挥系统，围绕供水企业中心任务，建设以供水调度为中心的生产指挥系统，即“一个中心”即“一个中心”，整合与集成，整合与集成厂站厂站DCS、管网管网GIS、SCADA、抄表营销系统、实、抄表营销系统、实时动态水力模型、辅助调度决策、生产管理等系统，形成时动态水力模型、辅助调度决策、生产管理等系统，形成优化成本、智慧优化成本、智慧节能减排体系，统管、优化供水生产全程，节能减排体系，统管、优化供水生产全程，是智慧水务建设的核心。是智慧水务建设的核心。给水排水杂志社23 一个中心一23、个中心 给水排水杂志社24 智慧水务“一个中心”的建设已不是以往供水调智慧水务“一个中心”的建设已不是以往供水调度的概念，通过各信息系统的整合与集成，对供水全度的概念，通过各信息系统的整合与集成，对供水全过程信息与数据的分析、融合，形成决策支持，其实质就是云计算和大数据应用。过程信息与数据的分析、融合，形成决策支持，其实质就是云计算和大数据应用。由于厂站通常按高日高时需水量设计总耗电量，由于厂站通常按高日高时需水量设计总耗电量，造成绝大多数时间处于低负荷运行，常因定速水泵的运行工作点偏离管网特性，造成巨大的能源浪费。造成绝大多数时间处于低负荷运行，常因定速水泵的运行工作点偏离管网特性，造成巨大24、的能源浪费。采用水泵变频调速恒压供水技术，实现降低厂站电耗、优化生产成本的目的已得到比较普遍的应用。采用水泵变频调速恒压供水技术，实现降低厂站电耗、优化生产成本的目的已得到比较普遍的应用。给水排水杂志社25 城镇供水涉及水源和原水输送、水厂制水、泵站加压、管网输配和生产调度，任何环节不协调，都会影响水泵调速节能的效果。城镇供水涉及水源和原水输送、水厂制水、泵站加压、管网输配和生产调度，任何环节不协调，都会影响水泵调速节能的效果。最大节能潜力在供水管网的优化运行，而变最大节能潜力在供水管网的优化运行，而变频设备仅是管网优化运行的一个执行部件。频设备仅是管网优化运行的一个执行部件。厂站调速结果实时25、送至中心调度计算机系统。中心系统依据获得的管网和各厂站的最新信息，以及模型系统的仿真结果给出新的调度指令。厂站调速结果实时送至中心调度计算机系统。中心系统依据获得的管网和各厂站的最新信息，以及模型系统的仿真结果给出新的调度指令。给水排水杂志社26 结合管网运行信息，将出厂水恒压供水的控结合管网运行信息，将出厂水恒压供水的控制条件，由“点”变为“面”，借助现代计算机智能技术。既智慧水务“一个中心”研究的对象制条件，由“点”变为“面”，借助现代计算机智能技术。既智慧水务“一个中心”研究的对象已不是单纯水泵调速技术，而是研究如何将电力已不是单纯水泵调速技术，而是研究如何将电力电子技术的强电系统、弱电26、子技术的控制系统、数字化智能技术、控制理论、模型系统、软件系电子技术的强电系统、弱电子技术的控制系统、数字化智能技术、控制理论、模型系统、软件系统溶为一体，创新为城市给水的“智慧节能”体统溶为一体，创新为城市给水的“智慧节能”体系，达到优化成本、改善服务的目的。系，达到优化成本、改善服务的目的。给水排水杂志社27 “一个中心”汇集、分析、整理的生产信息数据，以及形成的辅助决策信息全部提供至“一个平台”“一个中心”汇集、分析、整理的生产信息数据，以及形成的辅助决策信息全部提供至“一个平台”，供企业管理层、领导决策层使用。，供企业管理层、领导决策层使用。针对供水行业的业务特点，积极探索并运用针对供水行业的业务特点，积极探索并运用云计算技术、大数据挖掘和分析技术，将决策由云计算技术、大数据挖掘和分析技术，将决策由基于经验和直觉的“拍板”，飞跃为基于数据和分析而作出的科学决策，实现智慧水务，是城镇基于经验和直觉的“拍板”，飞跃为基于数据和分析而作出的科学决策，实现智慧水务，是城镇供水行业的努力方向。供水行业的努力方向。给水排水杂志社28 28 谢谢各位 给水排水杂志社