城镇供水安全直接关系到人民群众的健康, 是保障城镇社会经济发展和正常运行的生命线工程, 是支撑我国新型城镇化战略的重要基础保障, 党中央、国务院领导历来高度重视, 近年来对供水问题多次做出重要批示, 要求高度重视城镇供水安全。

　　 “十一五”期间, 水专项饮用水主题的研究重点在于关键技术的突破, 因此在信息化建设方面设立了《三级水质监控网络构建关键技术研究与示范》课题, 目的在于构建多信源三级城市供水水质监控网络;“十二五”期间, 研究焦点在于关键技术的提升与技术集成, 河北省、江苏省分别建立了“供水监管平台”;“十三五”期间, 聚焦在综合调控与成果转化, 设立了《城市供水全过程监管平台整合及业务化运行》, 通过研究与整合城市供水全过程监管业务化平台构建标准技术、城市供水数据质量保证技术、基于物联网和大数据应用的水源突发污染预警技术、基于政府监管的城市供水系统效能评估技术等, 全面提升我国城市供水全过程的综合监管能力。

　　 在城镇化快速发展的今天, 以水质督察、规范化考核、质控考核、水质信息报送及公开、行业发展规划管理为主要的监管手段, 已无法满足城市供水行业的监管需求和城市供水安全保障管理需要, 亟需借助以物联网、云计算、大数据等为代表的先进信息化技术, 建立现代化的监管平台, 支撑我国城市供水各级政府监管业务的开展, 提高供水管理的效率和水平。

　　 近年来, 我国自然灾害、水污染事故频发, 由此引发的供水问题突出。为提高国家供水应急救援能力, 国家发展改革委批复了《国家供水应急救援能力建设项目可行性研究报告》及《国家供水应急救援能力建设项目初步设计》, “国家供水应急救援能力建设项目”是《全国城镇供水设施改造与建设“十二五”规划及2020年远景目标》的重要内容, 对增强城镇综合防灾能力, 保证城镇供水安全具有重要作用。

　　 我国智慧城市建设的推动因素主要来自3个方面。一是目前我国的城镇化进程中带来了诸多的如资源、环境等方面的问题, 而智慧城市建设是能够很好地解决城市发展中带来的这些矛盾;二是政府大力提倡转变经济增长方式的形势下, 智慧城市建设作为城市发展的高级形态, 能够促进我国经济增长方式的转变, 形成经济增长方式的可持续发展;三是随着信息通信技术的快速发展以及日益成熟, 为智慧城市建设提供了更强有力的支撑。

　　 2016年3月, 李克强总理在《政府工作报告》中首次提出要大力推行“互联网+政务服务”, 标志着“互联网+政务服务”正式纳入国家战略。随后, 《加快推进“互联网+政务服务”工作的指导意见》 (国发[2016]55号) 、《“互联网+政务服务”技术体系建设指南》 (国办函[2016]108号) 等中央文件陆续出台, 各地区网上政务服务平台建设由此进入“快车道”。

　　 《关于进一步加强政务部门信息共享建设管理的指导意见》 (发改高技[2013]733号) 中指出, 我国政务信息化建设取得实质性进展, 已进入全面推进、深化应用的新阶段。为更好地适应新时期新形势下经济社会发展的客观需求, 各政务部门迫切需要利用信息化手段, 多渠道快速准确地获取和共享信息, 切实提升宏观决策、监测分析、应急处置和公共服务能力, 政务信息共享已成为政务部门有效规范经济社会秩序, 加强和创新社会管理, 优化公共资源配置, 促进经济社会健康发展的紧迫任务。

　　 优化平台顶层设计, 明确技术发展方向, 遵循国际信息标准并结合国家、省、市三级平台的示范建设, 研究建立城镇供水系统国家基础数据库建设标准和城镇供水水质采集、传输、处理、存储等标准规范体系, 解决平台建设中普遍存在的关键技术难题, 保障信息上下贯通、左右协同、资源共享, 从根本上改变供水安全管理信息不通畅、不可靠的被动局面, 促进供水行业健康发展和技术进步, 提高公众参与程度, 为全方位、全过程、多层次、多环节加强供水系统综合监管提供系统、全面的技术支撑, 加快推进平台的全国部署和推广应用。

　　 需要优化平台的顶层设计, 确保平台总体安全、运行高效。平台的顶层设计直接决定了平台的运行效率、安全程度、功能配置, 需要按照统一规划与分步实施相结合、安全可靠与经济合理相结合的原则, 提出平台的总体设计方案, 明确平台的总体目标和定位, 制定平台研发的技术路线和分步实施策略, 建立平台建设相关的标准规范, 并在示范总结的基础上编制城市供水系统监管业务化平台建设与运行管理技术指南。

　　 需要确定平台适宜的部署技术, 使得平台在安全、高效运行的前提下, 尽可能地降低部署成本。从“十一五”、“十二五”的城市供水水质监测预警系统技术平台的研发过程可以看出, 地方城市或县城由于缺乏供水信息化建设的基本资金来源、人力资源, 造成平台建设的积极性不高。因此, 本平台需采用混合云技术进行搭建, 它既可以利用私有云的安全, 将内部重要数据保存在本地;同时也可以利用公有云的计算资源, 更高效快捷地完成工作, 相比单独的私有云或是公有云都更完善。混合云既可以大幅度降低建设投资和运行成本, 又解决了地方市县缺乏IT管理人才的实际问题。

　　 需要建立平台的基础数据保证和大数据挖掘体系, 使得平台的基础数据更可信、提出的辅助决策更科学。针对监管平台海量基础信息问题, 研究数据质量控制技术, 尤其是针对各地供水系统不同水平的计量技术现状和供水设施指标、供水安全指标、运营经济指标、供水服务指标等多类多源信息, 研发基础信息的优化采集、网络传输与质量保证和异构数据整合技术, 确保基础信息可靠。在此基础上, 基于大数据技术对平台进行数据挖掘, 研究信息数据化处理、系统化处理、海量信息提取技术和研发专家决策支持系统, 为供水全过程监管提供辅助决策支持。

　　 能够满足政府、行业和公众的基本共性需求, 同时兼容个性需求, 使得平台能够“用得上、用的好、用的久”。平台功能以政府监管功能为主, 兼具行业服务和公共参与功能。研发供水系统全流程、全方位的信息管理, 以及督察管理、考核管理、标准管理、应急支持、决策支持、通知公报、资源管理等业务功能系统, 并在国家、省、市三级平台上实现系统集成。对于省级、城市级平台的监管业务个性化需求, 应在满足平台构建标准的前提下进行研发, 保障平台的开放性、整体性和系统性。探索平台的业务化管理机制, 保障平台的长效运行。

　　 (1) 建立集中、高效的数据资源管理体系和数据资源目录体系, 强化供水数据标准管理, 提升城市供水行业数据管理能力。

　　 (2) 采用分布式存储与计算方式, 节约整体计算时间, 提高计算效率。

　　 (3) 统一用户体系、数据访问控制和权限管理, 提升数据安全能力。

　　 (4) 实现国家、省、市三级信息资源互通互联, 不同业务系统之间的互通互联, 提升协作能力。

　　 (5) 遵循边整合, 边应用的原则, 做到一次设计、分步实施。

　　 (6) 实现城市供水数据采集、交换、服务、应用的全链路展示。

　　 (7) 针对业务需求的变化, 通过配置的方式实现功能及数据格式的快速调整。

　　 统筹规划和统一设计系统结构尤其是应用系统建设结构、数据模型结构、数据存储结构以及系统扩展规划等内容, 均需从全局出发、从长远的角度考虑。保护已有资源, 急用先行, 在满足应用需求的前提下, 尽量降低建设成本。

　　 平台架构符合未来发展趋势的云计算理念, 广泛采用虚拟化、分布式存储、分布式计算等先进技术, 与城市供水业务相结合, 确保先进技术与模式应用的有效与适用。

　　 平台应采用开放性架构体系, 能够兼容业界通用的设备及主流的操作系统、虚拟化软件、应用程序等, 从而使得云平台大大降低开发、运营、维护等成本。

　　 平台应根据业务需求与多个网络分别连接, 必须防范网络入侵攻击、病毒感染;同时, 云平台资源共享给不同的系统使用, 必须保证它们之间不会发生数据泄漏。因此, 云平台应该在各个层面进行完善的安全防护, 确保信息的安全性。

　　 针对数据的传输, 则采用VPN隧道、链路加密、节点加密、端到端加密、CA身份认证等安全措施;针对数据的存储安全, 则采用设置DMZ区、密钥加密、坐标偏移等方式实现;针对数据的应用, 则提供多种检查和处理手段, 保证系统的准确性。针对主机、数据库、网络、应用等各层次制定相应的安全策略和可靠性策略, 保障系统的安全性和可靠性。

　　 平台各项技术遵循国家、行业的相关标准和规范, 采用Hadoop分布式系统架构, 实现跨平台的应用, 可灵活地与其他系统集成。在面向组件的应用框架上, 能够在不影响系统情况下快速开发新业务、增加新功能, 同时提供易对业务进行修改和动态加载的支持, 保障应用系统能够方便支持集中的版本控制与升级管理。

　　 计算、存储、网络等基础资源需要根据业务应用工作负荷的需求进行伸缩。在系统进行容量扩展时, 只需增加相应数量的硬件设备, 并在其上部署、配置相应的资源调度管理软件和业务应用软件, 即可实现系统扩展。

　　 应用系统要能够实现快速开发/重组、业务参数配置、业务功能二次开发等多个方面使得系统可以支持未来不断变化的特征。

　　 各业务模块内部遵循高内聚设计原则, 即模块内各元素紧密相联;各业务模块间遵循低耦合设计原则, 即采用API接口实现消息传递, 独立完成模块的功能, 从而使系统模块具有较好的可扩展性、可维护性。

　　 智能化是破解目前供水全过程监管问题的难点所在, 也是供水行业对城市基础设施建设的支撑。在智慧水务、智慧城市建设规模逐步建设与完善的潮流下, 监管平台在设计中充分应用成熟的数据分析处理技术进行数据的采集、存储、计算等功能, 通过大数据挖掘系统、专家系统实现对业务过程中相关大数据的分析推理, 为城市供水智能监管提供支撑。

　　 在平台设计中, 充分考虑需要支撑多用户、多业务的特征, 保证基础资源在不同的应用和用户间根据需求自动动态调度的同时, 使得不同的业务能够彼此隔离, 保证多种业务的同时良好运行。因此, 平台的设计遵循闭环原则, 即国家级用户与省级用户之间、省级用户与市级用户之间、市级用户与水司水厂用户之间形成若干闭环数据流。闭环设计可以对数据进行闭合式管理, 从而对数据进行有效的校验, 对城市供水的全过程进行闭合监管, 对可能出现监管风险的环节进行覆盖。为了实现闭环原则, 需要在数据层实现数据之间关联关系的挖掘和构建, 将所有相关的大数据纳入到数据流中。

　　 系统平台建设在产品选型中, 优先选择自主可控的软硬件产品, 一方面保证整个基础设施的安全, 另一方面也能够促进本地信息化产业链的发展。

　　 基于国家、省、市不同层级供水监管需求, 按照功能完善、结构稳定、信息共享、业务协同、运行高效、总体安全等的基本原则, 通过物联网、云计算、移动互联等新技术的应用, 以重点保障资源集约共享、业务协同和安全可用的需求为基础, 采用系统化的方法进行顶层设计, 提出构建国家、省、市三级城市供水全过程“智能感知、广泛互联、深度融合、业务协同、决策科学、服务主动”的监管业务化平台顶层设计方案, 以规范和指导城市供水信息化的建设和管理。

　　 平台采用两级物理部署架构, 国家级平台第一级、省级平台为第二级。市级平台采用虚拟化部署的方式实现。

　　 总体架构如图1所示, 由基础设施层、数据层、应用层、表示层、安全保障与标准规范体系5部分组成, 形成具有可靠性、安全性、可伸缩性、可定制化、可扩展性、可维护性、用户体验好的城市供水全过程监管业务化平台。

　　 平台以构建为政府监管提供技术的功能为主, 兼具行业服务、信息公开等综合业务平台为目标, 以提升行业监管整体能力。针对政府、行业的功能包括日常监管、实时监控、安全评估、监测预警、应急管理、专项业务、决策支持和资源信息等八大类监管业务系统。针对公众主要通过门户网站的形式体现, 如图2所示。

　　 包括通知公告、全流程水质、水质公开、管网漏损、二次供水、信息反馈等模块, 实现数据录入、修改、删除、存储、查询、汇总、浏览、导出等功能。

　　 包括水质督察、规范化考核、质控考核、设施普查等业务模块, 实现业务上传下达、信息报送、信息汇总与分析统计功能。

　　 包括区域预警、原水预警、出厂水预警、管网水预警、预警模型等模块, 实现上下游水质预警、原水超标预警、出厂水和管网水水质预警以及预警模型管理等功能。

　　 包括基地管理、事件报告与跟踪、应急调度、现场处置等模块, 实现基地人员、车辆与物资的日常管理、应急调度指令下达、事件实时上报, 现场处置跟踪及图像上传、人员及车辆定位等功能。

　　 包括水源监控、水厂监控、二次供水监控等模块, 实现图像上传等功能。

　　 包括大数据提取、效能评估、水质模拟分析等模块, 实现预测分析、关联分析等功能。

　　 包括应急案例、标准规范、技术推广、专家库、水司水厂等模块, 实现录入、修改、删除、存储、查询、汇总、浏览、导出等功能。

　　 通过历史数据的汇总、决策分析, 进而对供水系统进行安全评估。

　　 城市供水全过程监管及业务化平台结合政府监管、行业服务、公众参与等多方面、多层次需求, 采用云部署、大数据、物联网、移动互联网等先进技术进行设计, 具备常态和应急态下的监测监控、安全评估、监测预警、应急管理、专项业务、决策支持和资源信息等功能。顶层设计方案的实施, 对规范全国城市供水监管业务化平台建设, 整体提升我国城市供水监管水平和水质预警以及应急救援支持能力具有重要作用。