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作者：中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司 楊超，張學(xué)群，劉杰

南通市信誠計算機控制系統(tǒng)有限公司 余責(zé)清

摘要：近年來，隨著智慧城市建設(shè)的推廣， 全國各城市建成或正在建設(shè)智慧給（供）水。物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)、地理空間信息和大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)在智慧給（供）水中得到廣泛應(yīng)用，相應(yīng)的各種安全風(fēng)險隨之產(chǎn)生。本文對智慧給（供）水的系統(tǒng)組成、系統(tǒng)構(gòu)架、網(wǎng)絡(luò)通訊構(gòu)架、生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)、調(diào)度SCADA系統(tǒng)進行了簡要介紹，提出了其中蘊藏著的信息安全問題。

關(guān)鍵詞：智慧給（供）水； 信息安全

1　引言

城市給（供）水是城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要內(nèi)容，智慧城市建設(shè)離不開智慧給（供）水，作為智慧城市的重要組成部分，隨著各地智慧城市的建設(shè)，近年來智慧給（供）水迎來建設(shè)高潮，一些大中城市已經(jīng)構(gòu)建起智慧給（供）水平臺，而更多的城市提出或正在建設(shè)智慧給（供）水。

城市供水安全直接關(guān)系著人們的生命安全，是構(gòu)建經(jīng)濟繁榮、政治穩(wěn)定的現(xiàn)代化城市的重要基礎(chǔ)。伴隨著智慧給（供）水的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全問題日益突出。

網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全上升到國家安全戰(zhàn)略高度，習(xí)近平總書記在中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化領(lǐng)導(dǎo)小組第一次會議中明確闡述了網(wǎng)絡(luò)安全對于國家的重要性。在2016年4月19日召開的網(wǎng)絡(luò)安全與信息化工作座談會上習(xí)總書記再次強調(diào)了網(wǎng)絡(luò)安全和信息化發(fā)展相輔相成的關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全是智慧給（供）水健康、長久發(fā)展的重要保障。

2　智慧城市與智慧給（供）水

2.1　智慧城市

智慧城市就是運用信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵信息，從而對包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動在內(nèi)的各種需求做出智能響應(yīng)。其實質(zhì)是利用先進的信息技術(shù)，實現(xiàn)城市智慧式管理和運行，進而為城市中的人創(chuàng)造更美好的生活，促進城市的和諧、可持續(xù)成長。

智慧城市的本質(zhì)在于信息化與城市化的高度融合。智慧城市建設(shè)必然以信息技術(shù)應(yīng)用為主線。而信息技術(shù)是以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)、地理空間信息和大數(shù)據(jù)等新興熱點技術(shù)為核心和代表。

2.2　智慧給（供）水

當(dāng)前，在智慧城市建設(shè)大背景下，智慧水務(wù)的構(gòu)想應(yīng)運而生。智慧水務(wù)涵蓋供水、排水、堤防與水利等多個方面，而其中給（供）水智能化管理儼然成為重中之重。智慧給（供）水是 “數(shù)字城市”、“智慧城市”、“智慧水務(wù)”建設(shè)的重要組成部分。

智慧給（供）水就是通過智能監(jiān)測設(shè)備、數(shù)采儀及通信網(wǎng)絡(luò)等在線監(jiān)測設(shè)備實時感知城市給（供）水系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并采用可視化的方式有機整合給（供）水管理部門，形成“城市給（供）水物聯(lián)網(wǎng)”，并可將海量水務(wù)信息進行及時分析與處理，并做出相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理給（供）水系統(tǒng)的整個生產(chǎn)、管理和服務(wù)流程，從而達到“智慧”的狀態(tài)。

3　智慧給（供）水系統(tǒng)組成

智慧給（供）水由生產(chǎn)運行體系、服務(wù)營銷體系、決策支持體系、綜合管理體系及移動終端應(yīng)用體系構(gòu)成（如圖1所示），可以實現(xiàn)供水企業(yè)所有相關(guān)信息（供水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、供水管網(wǎng)運營數(shù)據(jù)、供水用戶信息、供水系統(tǒng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、采樣點水質(zhì)數(shù)據(jù)、熱線信息、管線工程等等）在網(wǎng)絡(luò)上的互相流轉(zhuǎn)與共享，實現(xiàn)各供水部門的業(yè)務(wù)辦公自動化和協(xié)同運作，使整個城市所有供水相關(guān)部門不再存在任何“信息孤島”，實現(xiàn)“一套數(shù)據(jù)，多處共享”，從而實現(xiàn)真正意義上的供水信息的完全共享，最終建成供水信息互聯(lián)互通、業(yè)務(wù)貫穿協(xié)同的城市供水信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)城市供水行業(yè)的智慧運作。

圖1 智慧給（供）水系統(tǒng)組成

4　智慧給（供）水系統(tǒng)架構(gòu)

4.1　系統(tǒng)架構(gòu)（如圖2所示）

圖2 智慧給（供）水系統(tǒng)架構(gòu)

4.2　網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)架構(gòu)，必須為應(yīng)用系統(tǒng)提供性能優(yōu)異的數(shù)據(jù)傳輸通道，為應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換提供高效、安全、可靠的連接。

水務(wù)企業(yè)一般下屬水源廠、凈水廠、泵站、管網(wǎng)、營業(yè)所等多個分布在不同地域的生產(chǎn)運營設(shè)施，為了及時有效地了解企業(yè)的整體生產(chǎn)運行情況，必須建立公司總部與各生產(chǎn)運營廠站之間安全、可靠、高效的數(shù)據(jù)通訊通道。

采用租用VPN光纖并輔助GPRS技術(shù)建立公司總部與各廠站的數(shù)據(jù)傳輸通道，建立覆蓋全公司的無線和有線相結(jié)合的企業(yè)級城域網(wǎng)絡(luò)；采用移動GPRS技術(shù)，將城市范圍內(nèi)的加壓泵站、供水管網(wǎng)壓力監(jiān)測點，租用電信專線光纜將GPRS信號數(shù)據(jù)送到公司調(diào)度服務(wù)器，同時建立了公司與Internet網(wǎng)絡(luò)的接口；改造各水廠不同的工業(yè)分布式控制網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為TCP/IP協(xié)議，與水廠辦公自動化網(wǎng)絡(luò)一起連接到公司企業(yè)網(wǎng)系統(tǒng)中；完成覆蓋全公司多網(wǎng)合一的通訊網(wǎng)絡(luò)體系，如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)

4.3　生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)

生產(chǎn)運行體系主要由GIS、SCADA、供水調(diào)度系統(tǒng)、運行維護系統(tǒng)、生產(chǎn)安全流程管理系統(tǒng)、水力模型系統(tǒng)及智能感知系統(tǒng)、GPS監(jiān)控系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等組成，整合了分散、無序、多介質(zhì)的各類生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)，建立起企業(yè)生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)填寫、上報、導(dǎo)出報表、統(tǒng)計分析等信息化管理體系和快速、準(zhǔn)確、高效的數(shù)據(jù)共享與交換機制，實現(xiàn)以供水企業(yè)生產(chǎn)運行全過程管理為核心，詳盡記錄企業(yè)生產(chǎn)運行過程中的工藝運行、水質(zhì)化驗、設(shè)備運行、設(shè)備狀態(tài)、能源消耗等數(shù)據(jù)，最終形成完整的企業(yè)生產(chǎn)運營管理信息化模式。

生產(chǎn)監(jiān)測與控制系統(tǒng)（PC+PLC系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

圖4 生產(chǎn)監(jiān)測與控制系統(tǒng)（PC+PLC系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)框圖

4.4　調(diào)度SCADA系統(tǒng)

調(diào)度SCADA系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成。硬件系統(tǒng)主要包括：調(diào)度工作站、工程應(yīng)用站、SCADA服務(wù)器、實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、大屏幕綜合顯示系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)包括：計算機的操作系統(tǒng)（OS）、實時/歷史數(shù)據(jù)庫（Database）、SCADA監(jiān)控平臺軟件以及在這些平臺上開發(fā)運行的各種調(diào)度應(yīng)用軟件。

圖5 調(diào)度SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

5　智慧給（供）水的信息安全

通過上述對智慧給（供）水系統(tǒng)的簡要介紹，可以看出，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)、地理空間信息和大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)、工業(yè)SCADA系統(tǒng)，已廣泛應(yīng)用于給（供）水的各個領(lǐng)域，使整個城市所有給（供）水相關(guān)部門不再存在任何“信息孤島”，面臨著嚴(yán)峻的信息安全挑戰(zhàn)，智慧給（供）水的信息安全建設(shè)刻不容緩。

智慧給（ 供） 水的信息安全已不僅僅是對SCADA系統(tǒng)，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的保護。物聯(lián)網(wǎng)使智能終端成為了新的攻擊點，移動互聯(lián)網(wǎng)的接入打破了傳統(tǒng)的安全邊界，云計算引入了不可控的第三方，大數(shù)據(jù)加大了信息泄露的風(fēng)險。

6　智慧給（供）水的信息安全保障

智慧給（供）水的信息安全保障，需要從設(shè)計、建設(shè)實施、運行管理幾方面進行加強。具體實施過程中可遵循下面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，構(gòu)建完善的智慧給（供）水的信息安全保障系統(tǒng)：

美國國防部TCSEC標(biāo)準(zhǔn)；

國際通用準(zhǔn)則CC；

《計算機信息系統(tǒng)安全保護等級劃分準(zhǔn)則》；

《信息系統(tǒng)安全等級保護實施指南》；

《信息系統(tǒng)安全保護等級定級指南》；

《信息系統(tǒng)安全等級保護基本要求》；

《信息系統(tǒng)定級保護安全設(shè)計技術(shù)要求》；

《信息系統(tǒng)通用安全技術(shù)要求》；

《信息系統(tǒng)安全管理要求》；

《信息系統(tǒng)安全工程管理要求》；

《信息系統(tǒng)安全等級保護測評要求》；

《信息系統(tǒng)安全等級保護測評過程指南》。

7　結(jié)語

智慧給（供）水的建設(shè)剛剛起步，信息安全問題造成的危害還未充分暴露，其中的信息安全問題仍未引起足夠重視。另外，隨著不斷有新技術(shù)應(yīng)用到智慧給（供）水建設(shè)中，各種新的安全風(fēng)險應(yīng)運而生，智慧給（供）水的信息安全保障建設(shè)任重道遠(yuǎn)。

作者簡介：

楊超（1972- ），女，天津人，本科，高級工程師，現(xiàn)就職于中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，主要從事給水、排水工程自動化系統(tǒng)的設(shè)計與研究。

參考文獻：

[1] 范淵 . 智慧城市與信息安全[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2016, 9.

[2] 饒志宏，蘭昆，浦石. 工業(yè)SCADA系統(tǒng)信息安全技術(shù)[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2014, 5.

摘自《自動化博覽》2018年1月刊