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1　引言

目前，我國正處于城市化加速發展的時期，部分地區“城市病”問題日益嚴峻。為解決城市發展難題，實現城市可持續發展，建設智慧城市已成為當今世界城市發展不可逆轉的歷史潮流。

智慧城市是運用信息和通信技術手段感測、分析、整合城市運行核心系統的各項關鍵信息，從而對包括公共安全、公共服務、工商業活動等在內的各種需求做出智能響應。其實質是利用先進的信息技術，實現城市智慧式管理和運行，進而創造更美好的城市人居環境，促進城市的和諧、可持續發展。

在智慧城市的發展趨勢下，智慧水務作為智慧城市中公共服務體系的重要組成部分，將迎來快速發展。通過給水及排水調度系統、地理信息系統、給水及排水管網巡查系統、飲用水及污水水質在線檢測等系統，搭建智慧水務平臺，為水務管理決策提供智能化支持，形成完整的城市給水、排水綜合解決方案，創造安全、穩定、高效、可持續的水環境，是智慧水務的主要目標。

2　工業物聯網技術在智慧水務中的典型應用

在百度百科中，“工業物聯網是將具有感知、監控能力的各類采集、控制傳感器或控制器，以及移動通信、智能分析等技術不斷融入到工業生產過程各個環節，從而大幅提高制造效率，改善產品質量，降低產品成本和資源消耗，最終實現將傳統工業提升到智能化的新階段。從應用形式上，工業物聯網的應用具有實時性、自動化、嵌入式（軟件）、安全性和信息互通互聯性等特點。”

目前大量采用的物聯網水表，是工業物聯網技術在智慧水務中應用的典型智能化終端。其主要特點一般包括：無外接通信線路，即裝即用；內置無線通信芯片，任何移動信號覆蓋的區域，均可實現表具與服務器的直接連接；可以通過無線通信進行表具的閥門控制、坐標定位、數據交換等功能，可以實時展示表具信息；無需客戶端，通過服務器進行大數據處理，可在云端對數據進行分析，在移動終端查詢表具信息 以及數據等。物聯網水表的使用，改變了傳統水務行業的消費模式和服務模式，大大節約水務企業的人工成本，極大地促進了企業信息化、智慧化。

我國傳統的水環境監測主要以實驗室監測為主，通過實驗分析得到水質參數的數據。但是這種檢測方式的檢測頻次得不到有效保障，檢測響應時間長、自動化程度低、人力消耗大，大斷面、大流域范圍的水質監測受到嚴重制約。在工業物聯網技術下，采用在線分析儀表+無線短程通信+無線網關，或者機器人+在線分析儀表+無線通信等技術的智能水質自動監測系統，可以對大斷面、大流域水環境進行實時動態監測，對采樣點的水質變化進行趨勢預測，結合云端，可以對污染源進行篩選、識別污染源并發出警報，極大地提高對水環境突發性事件的響應速度，為快速、科學的決策提供依據。

在市政水務管網系統內，存在大量的工作井、檢查井、閥門井、儀表井等，在采用物聯網技術之前，包括井蓋、井內氣體、液體、閥門、儀表等狀態和信息，大量的靠工作人員定期巡查、不定期的檢查，甚至是市民的投訴才得到反饋，管理模式粗放、工作量大、響應不及時。在智慧水務建設中，采用高精度定位、低功耗物聯網儀表、無線通信等技術，可以實現對井蓋的狀態、井下氣體液體、井內儀表等進行實時監管。結合邊緣計算，在井內氣體、液體狀態出現異常時，可以關斷相關的閥門，避免事故的擴大；在井蓋發生損壞、異常開啟、丟失等情況時，將該井的位置信息，以及相關超限報警信息、儀表檢測信息等發送到管理平臺，管理部門可據此及時處置，實現管理的智能化。

3　工業物聯網下智慧水務的信息安全

3.1　安全標準

智慧水務中采用的智能化終端設備，會應用到各種感知技術。水務物聯網上部署了海量的各種類型傳感器，每個供應商的硬件都不同，各個廠商硬件標準不同；每個傳感器都是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。

工業物聯網自身目前缺少統一的標準，這同時也影響了工業物聯網安全的標準化建設。在“2018 ISC互聯網安全大會”上，業內專家認為首先應加強物聯網安全技術標準建設及合規性檢測，對因為設備自身漏洞引起的重大信息泄露事件，要對涉事企業進行處罰。但事后處罰等措施，挽回不了由此給公用服務行業帶來的不可預測的重大社會影響及安全問題。

解決終端設備的安全性，現實首要的做法應該建立標準，包括準入、檢測、評估等標準。首先要將安全性集成到芯片中，要求芯片制造商確保物聯網設備的啟動安全。然后要在可信任架構、安全的開發流程、應用前的安全評估等關鍵的基本安全服務的基礎上進行標準制定、標準化設計，將安全“關口前移”。不能為了搶占工業物聯網市場，而致公共利益于不顧。

3.2　數據傳輸

短程無線傳輸是工業物聯網中普遍采用的技術，比如RFID、WIFI、ZigBee、藍牙等。各種無線傳感器接口數據一般采用自定義格式，數據加密采用簡單的逐條加密方式；同時為了保證組件之間兼容性，網絡端口開放過多。這些因素造成了數據在傳輸過程中被盜竊的幾率大大增加。對于工業物聯網內的短程無線通信來說，它既要抵御通過外來網絡的整體入侵，也要預防內部節點的相互入侵。現在常用的解決方案是通過采取入侵檢測系統IDS（Intrusion Detection Systems）、公鑰體系PKI（Public Key Infrastructure）、物理不可克隆功能PUF（physical unclonable function）等技術進行安全保障。但正是由于IDS是檢測入侵的重要手段，所以它也成為很多入侵者攻擊的首選目標，PUF技術也已經有許多在實驗室環境中被成功進行了復制攻擊的案例。

3.3　防護體系

工業物聯網技術的重要基礎和核心仍舊是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。由此可以看到工業物聯網面臨的信息安全隱患主要存在于兩方面：一方面來源于工業物聯網自身結構特點，另一方面來源于與互聯網結合而帶來的外部網絡風險。

工業物聯網系統的安全性具有明顯的“木桶效應”，尤其是工業物聯網越來越多的應用下，越來越多的智能設備部署到網絡邊緣，甚至由于無序的、隨意的建設，出現無法查看或識別的網絡設備，形成“孤島效應”——中央安全機構不再擁有對所有設備和網絡的可見性，導致出現漏洞的風險越來越大；或者關鍵業務數據節點都考慮了安全措施，但是疏忽了物聯網內某些非核心業務的漏洞導致整個系統的安全功虧一簣。

所以在構建智慧水務及智慧市政時，要結合物聯網自身的特點，和工業控制系統ICS信息安全防護措施，以及IT系統的防御體系，構建物聯網全生命周期的立體防御體系，打造物聯網生態系統的安全。

4　結語

我國水資源人均占有量低，水污染嚴重等問題均加劇了我國水環境的嚴峻形勢，管網漏損控制相對落后，水務設施和管理水平相對落后。在這一背景下，將先進的物聯網技術、信息化技術引入城市水務系統，建立城市水務系統的管控一體化、智慧化平臺，將成為水務行業的必然趨勢。我國智慧水務行業發展目前已進入應用階段，行業整體呈現跳躍式發展趨勢。但是在建設智慧水務的過程中，物聯網智能終端設備的大量使用、各種無線通信技術、設備的接入，對包括水務系統在內的公共服務系統的信息安全帶來了嚴峻挑戰。在制定安全標準、建立安全模型、使用安全技術等方面，對安全體系的構建者、原始設備制造商（OEM）、水務系統的管理者等都提出了現實、緊迫的要求，嚴峻的挑戰也帶來了巨大的機遇。

作者簡介

張　泳（1971-），男，碩士研究生，教授級高級工程師，注冊電氣工程師，現任天津市市政工程設計研究總院第四設計研究院專業總工。自參加工作以來，一直從事市政工程中的電氣、自動化設計工作，具有扎實的理論基礎和工程設計經驗，擔任多項大型市政工程、重點項目的專業負責人、審核人、審定人（石家莊橋西污水處理廠中水回用、湖北省宜昌市三峽壩區固體廢棄物處理場、天津市咸陽路污水處理廠、安哥拉萬博市供水系統改造、鄭州市馬頭崗污水處理廠、咸陽路污水處理廠升級改造工程、中新天津生態城污水庫治理、天津市張貴莊污水處理及再生利用工程、蘭州市城市生活飲用水水源地保護工程EPC總承包、斯里蘭卡阿塔納水廠項目、臺州市地下綜合管廊一期工程PPP項目等），并有針對性的提出了若干控制策略指導工程實踐。

摘自《工業控制系統信息安全專刊（第五輯）》