摘要：我國(guó)農(nóng)村供水面臨日益嚴(yán)峻的水資源短缺和水質(zhì)污染問題，建設(shè)智慧水務(wù)系統(tǒng)成為提升農(nóng)村供水管理的重要策略。本文探討了農(nóng)村供水智慧水務(wù)建設(shè)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，分析了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)在智慧水務(wù)中的應(yīng)用，提出了整體規(guī)劃、數(shù)據(jù)共享、安全保護(hù)及系統(tǒng)融合等實(shí)施策略，設(shè)計(jì)了一個(gè)綜合的智慧水務(wù)平臺(tái)，包括管理平臺(tái)的架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集與傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析等方面，進(jìn)一步以實(shí)際案例驗(yàn)證智慧水務(wù)系統(tǒng)的有效性，以期為農(nóng)村供水的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持，推動(dòng)水務(wù)管理的智能化和現(xiàn)代化進(jìn)程。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村供水；智慧水務(wù)；物聯(lián)網(wǎng)；大數(shù)據(jù)；水質(zhì)監(jiān)測(cè)

隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，農(nóng)村供水問題逐漸成為制約農(nóng)村發(fā)展的重要因素。傳統(tǒng)的供水管理模式存在設(shè)施老化、管理粗放、水質(zhì)監(jiān)測(cè)不及時(shí)等問題，嚴(yán)重影響了農(nóng)村居民的生活質(zhì)量和健康安全。本文旨在探討農(nóng)村供水智慧水務(wù)建設(shè)的策略，通過分析農(nóng)村供水現(xiàn)狀及存在的問題，提出智慧水務(wù)的技術(shù)框架和實(shí)施策略，以期為農(nóng)村供水的智慧化建設(shè)提供參考。

1 農(nóng)村供水現(xiàn)狀分析

1.1 農(nóng)村供水系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題

農(nóng)村供水系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題主要表現(xiàn)在：（1）基礎(chǔ)設(shè)施落后，不少地區(qū)供水管網(wǎng)老化、破損嚴(yán)重，造成水資源浪費(fèi)和水質(zhì)污染，部分地區(qū)供水管網(wǎng)存在嚴(yán)重的老化、破損現(xiàn)象；（2）管理手段傳統(tǒng)，缺乏現(xiàn)代化的監(jiān)控管理系統(tǒng)，如管道漏水、水壓不穩(wěn)等供水中出現(xiàn)的問題，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)解決；

（3）水質(zhì)監(jiān)測(cè)不到位，大部分農(nóng)村缺少系統(tǒng)的水質(zhì)檢測(cè)設(shè)備和定期檢測(cè)機(jī)制，保障飲水安全難度較大；（4）水資源分布不均，部分地區(qū)出現(xiàn)了水源緊張的現(xiàn)象，而另一些地區(qū)地下水開采過多，加劇了水資源緊張的局面。

1.2 水資源管理的挑戰(zhàn)與瓶頸

農(nóng)村水資源管理面臨著多方面的挑戰(zhàn)和瓶頸：（1）水資源分布不均，部分地區(qū)缺乏水源，而另一些地區(qū)地下水開采過多，造成水資源供求矛盾突出；（2）管理手段落后，缺乏現(xiàn)代化的監(jiān)控管理系統(tǒng)，精細(xì)化管理難以實(shí)現(xiàn)，大部分農(nóng)村還依賴于人工巡檢和人工記錄；（3）對(duì)農(nóng)村水資源管理的法律法規(guī)不夠健全，執(zhí)法力度不夠，難以有效落實(shí)水資源保護(hù)和合理利用方面的有關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 農(nóng)村供水智慧水務(wù)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算與邊緣計(jì)算技術(shù)在農(nóng)村供水智慧水務(wù)建設(shè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。IoT技術(shù)通過部署傳感器、智能水表等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控水流量、水壓和水質(zhì)，支持遠(yuǎn)程操作和自動(dòng)化控制，保障供水系統(tǒng)的安全與可靠性。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)整合多渠道數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，幫助管理者識(shí)別用水模式、優(yōu)化資源配置，并通過可視化分析提升決策效率[2]。云計(jì)算則提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理能力，便于集中管理，而邊緣計(jì)算通過就近處理數(shù)據(jù)減少延遲，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與即時(shí)響應(yīng)，提升系統(tǒng)的靈活性和效率。

3 農(nóng)村智慧水務(wù)建設(shè)的實(shí)施策略

3.1 智慧水務(wù)整體規(guī)劃與頂層設(shè)計(jì)

智慧水務(wù)的整體規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)是農(nóng)村供水智慧化建設(shè)的基礎(chǔ)，明確農(nóng)村供水系統(tǒng)現(xiàn)狀和存在的問題，確定智慧水務(wù)建設(shè)的目標(biāo)和重心。制定技術(shù)選型、設(shè)備調(diào)配、數(shù)據(jù)采集與處理、系統(tǒng)集成等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的詳細(xì)實(shí)施方案，確保各部分之間的協(xié)同配合。同時(shí)，既要建立規(guī)范數(shù)據(jù)格式、接口標(biāo)準(zhǔn)、操作流程的標(biāo)準(zhǔn)化管理體系，保證系統(tǒng)的兼容性、擴(kuò)展性；也要從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，為今后的技術(shù)發(fā)展和需求變化預(yù)留足夠的升級(jí)空間。

3.2 數(shù)據(jù)共享與互通機(jī)制的構(gòu)建

數(shù)據(jù)共享與互通機(jī)制的構(gòu)建是農(nóng)村智慧水務(wù)建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具體機(jī)制如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)共享與互通機(jī)制

為確保不同科室之間數(shù)據(jù)格式、接口一致，便于數(shù)據(jù)交換共享，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。搭建一個(gè)數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，利用ETL（Extract，Transform，Load）工具，采用中間件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)換，如數(shù)據(jù)提取、轉(zhuǎn)換、加載等。為保證數(shù)據(jù)的有序管理和安全使用，在建立數(shù)據(jù)共享目錄的同時(shí)，各部門的數(shù)據(jù)資源和共享權(quán)限都要明確。要建立數(shù)據(jù)更新、維護(hù)機(jī)制，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)常性的核對(duì)、更新，做到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤、及時(shí)使用。通過這些措施，提高數(shù)據(jù)利用率，支持科學(xué)決策和協(xié)同管理，可以實(shí)現(xiàn)跨部門、跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與交流，如水務(wù)部門與氣象、環(huán)保部門等，可共同應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，對(duì)水資源進(jìn)行優(yōu)化管理。

3.3 系統(tǒng)安全與數(shù)據(jù)保護(hù)策略

農(nóng)村智慧水務(wù)建設(shè)中，系統(tǒng)安全和數(shù)據(jù)保護(hù)戰(zhàn)略是必不可少的組成部分。物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用安全及數(shù)據(jù)安全，建立多層次的安全保護(hù)體系。在物理安全上，要做到服務(wù)器及終端裝置的物理環(huán)境萬無一失，做到防患于未然。在網(wǎng)絡(luò)安全方面，數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩ㄟ^防火墻、入侵偵測(cè)系統(tǒng)（IDS）、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）等技術(shù)加以保護(hù)。在應(yīng)用安全方面，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)常性的安全稽核、漏洞掃描，并對(duì)安全漏洞進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)。數(shù)據(jù)安全方面，采用數(shù)據(jù)加密技術(shù)，如AES（Advanced Encryption Standard）算法，確保數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)過程中的安全性，如式（1）所示：

（1）

式中，C為密文，P為明文，Ek為加密函數(shù)，k為密鑰。建立數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)機(jī)制，定期備份重要數(shù)據(jù)，確保在發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或損壞時(shí)能夠快速恢復(fù)。

3.4 智慧水務(wù)與農(nóng)村供水管理的融合路徑

智慧水務(wù)與農(nóng)村供水管理一體化路徑要從多個(gè)方面著手：（1）加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，在農(nóng)村供水管理的各個(gè)環(huán)節(jié)融入智慧水務(wù)的理念和方法，確保技術(shù)應(yīng)用與管理需求緊密結(jié)合；（2）建立促進(jìn)水務(wù)、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等部門信息共享、協(xié)同工作的跨部門協(xié)作機(jī)制，形成工作合力；（3）提高管理人員的信息化素養(yǎng)，通過培訓(xùn)教育，使管理人員熟練掌握智慧水系統(tǒng)的操作和應(yīng)用，提高管理效能；（4）優(yōu)化供水調(diào)度和維護(hù)計(jì)劃，利用智慧水務(wù)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)分析、決策支持功能，實(shí)現(xiàn)精確管理；（5）鼓勵(lì)村民參與，提供水質(zhì)查詢、故障報(bào)修等服務(wù)，通過手機(jī)APP、微信公眾號(hào)等途徑提升村民滿意度和參與感。

4 智慧水務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.1 智慧水務(wù)管理平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧水務(wù)管理平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)是智慧水務(wù)系統(tǒng)的核心，主要包括數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用服務(wù)層和用戶交互層四個(gè)主要部分，如圖2所示。

圖2 水務(wù)管理平臺(tái)架構(gòu)

數(shù)據(jù)采集層實(shí)時(shí)采集供水系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，部署各種傳感器和智能終端設(shè)備（如水壓傳感器、流量計(jì)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀等），通過無線通信技術(shù)（如LORA、NB-IoT）向云端傳輸。數(shù)據(jù)處理層保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確完整，利用云計(jì)算平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、清洗和初步分析。應(yīng)用服務(wù)層則基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，提供實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)警、故障診斷、優(yōu)化調(diào)度等功能，支持決策支持和智能管理。用戶交互層為管理人員、技術(shù)人員和用戶提供友好的操作界面和豐富的可視化數(shù)據(jù)展示，通過Web端和手機(jī)APP等多渠道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

4.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸

數(shù)據(jù)采集與傳輸是智慧水務(wù)管理平臺(tái)的基礎(chǔ)，直接影響到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。通過在供水系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（如水源、泵站和用戶終端）部署多種傳感器（如水壓傳感器、流量計(jì)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀），可實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的全面監(jiān)測(cè)。這些傳感器定期收集數(shù)據(jù)，并通過無線通信技術(shù)（如LORA、NB-IoT等）將信息傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率和方式用式（2）表示：

（2）

式中，D為數(shù)據(jù)量，R為數(shù)據(jù)傳輸速率，T為傳輸時(shí)間。為了確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和實(shí)時(shí)性，采用冗余傳輸和數(shù)據(jù)加密技術(shù)，以防止數(shù)據(jù)丟失或篡改。通過建立邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，可在數(shù)據(jù)采集層進(jìn)行初步分析，減少數(shù)據(jù)傳輸負(fù)擔(dān)，提高整體系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

4.3 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理與分析是智慧水務(wù)管理平臺(tái)的核心環(huán)節(jié)，通過云計(jì)算平臺(tái)對(duì)收集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和清洗，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)清洗后的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，包括趨勢(shì)分析、異常檢測(cè)和預(yù)測(cè)建模等。這一過程可以用式（3）表示：

（3）

式中，P為分析結(jié)果（如水質(zhì)指標(biāo)或需求預(yù)測(cè)），D為輸入數(shù)據(jù)（如水流量、壓力和水質(zhì)參數(shù)），a和b是模型參數(shù)。通過建立數(shù)據(jù)模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)調(diào)度。

4.4 應(yīng)用與服務(wù)

應(yīng)用與服務(wù)是智慧水務(wù)平臺(tái)的最終目的，通過集成實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)預(yù)警、故障診斷等功能，為水務(wù)管理提供多維度的服務(wù)。例如，基于預(yù)測(cè)模型，系統(tǒng)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息預(yù)測(cè)水需求，幫助管理人員合理調(diào)度水資源。通過這些應(yīng)用，管理人員能夠?qū)崿F(xiàn)智能化決策，優(yōu)化水資源配置，提升用戶服務(wù)體驗(yàn)，同時(shí)減少資源浪費(fèi)，保障供水安全和可持續(xù)發(fā)展。

5 案例分析

5.1 農(nóng)村智慧水務(wù)建設(shè)案例背景

某農(nóng)村地區(qū)地處偏遠(yuǎn)，地形復(fù)雜，人口分布較為分散，傳統(tǒng)的供水系統(tǒng)存在設(shè)施老化、管理粗放、水質(zhì)監(jiān)測(cè)不及時(shí)等問題，當(dāng)?shù)卣疄榱私鉀Q長(zhǎng)期以來存在的供水問題，于2019年啟動(dòng)了智慧水務(wù)建設(shè)項(xiàng)目，旨在通過引入物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)的智能化管理，提高供水效率和水質(zhì)安全，提升村民的生活質(zhì)量。

5.2 農(nóng)村智慧水務(wù)建設(shè)過程

在建設(shè)農(nóng)村智慧水務(wù)過程中，對(duì)項(xiàng)目的目標(biāo)和實(shí)施路徑都做了詳細(xì)的需求調(diào)研和可行性研究。隨后成立了負(fù)責(zé)統(tǒng)籌規(guī)劃、協(xié)調(diào)推進(jìn)項(xiàng)目的項(xiàng)目工作小組。在技術(shù)選型階段，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和擴(kuò)展性，選擇了適用于農(nóng)村地區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算平臺(tái)。接下來進(jìn)行了大規(guī)模的設(shè)備部署，包括水壓傳感器、流量計(jì)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀等智能設(shè)備安裝到水源地、泵站、管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)以及用戶終端。同時(shí)，建立數(shù)據(jù)中心，建立了集中收集、儲(chǔ)存、分析數(shù)據(jù)的管理平臺(tái)。組織多次技術(shù)培訓(xùn)，增強(qiáng)管理人員的操作能力和維護(hù)水平，確保了制度的平穩(wěn)運(yùn)行。建立了確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、安全的數(shù)據(jù)共享和安全防護(hù)機(jī)制。在整個(gè)施工過程中，為確保各系統(tǒng)模塊無縫對(duì)接、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，還進(jìn)行了多輪測(cè)試和調(diào)試。

5.3 技術(shù)應(yīng)用效果

智慧水務(wù)技術(shù)的應(yīng)用，使農(nóng)村供水系統(tǒng)在多個(gè)方面取得了顯著成效，具體如表1所示。這些變化表明，智慧水務(wù)技術(shù)有效提高了供水系統(tǒng)的效率、可靠性和用戶滿意度。

6 結(jié)語

農(nóng)村供水智慧水務(wù)建設(shè)是提升農(nóng)村供水管理水平、保障農(nóng)村居民飲水安全的重要舉措。在農(nóng)村供水智慧水務(wù)建設(shè)中，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)和管理手段，既能提高供水系統(tǒng)的效率和可靠性，又能有效應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的水力資源管理挑戰(zhàn)。通過集成應(yīng)用智能監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)水質(zhì)、水量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)，優(yōu)化水務(wù)調(diào)度，提高服務(wù)質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)村給水可持續(xù)發(fā)展和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略順利實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。今后，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深入，農(nóng)村供水智慧水務(wù)建設(shè)將發(fā)揮出更大的作用，為農(nóng)村群眾提供更安全、更穩(wěn)定、更有效的供水服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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