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1　引言

目前，我國正處于城市化加速發(fā)展的時(shí)期，部分地區(qū)“城市病”問題日益嚴(yán)峻。為解決城市發(fā)展難題，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)智慧城市已成為當(dāng)今世界城市發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的歷史潮流。

智慧城市是運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對包括公共安全、公共服務(wù)、工商業(yè)活動等在內(nèi)的各種需求做出智能響應(yīng)。其實(shí)質(zhì)是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市智慧式管理和運(yùn)行，進(jìn)而創(chuàng)造更美好的城市人居環(huán)境，促進(jìn)城市的和諧、可持續(xù)發(fā)展。

在智慧城市的發(fā)展趨勢下，智慧水務(wù)作為智慧城市中公共服務(wù)體系的重要組成部分，將迎來快速發(fā)展。通過給水及排水調(diào)度系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、給水及排水管網(wǎng)巡查系統(tǒng)、飲用水及污水水質(zhì)在線檢測等系統(tǒng)，搭建智慧水務(wù)平臺，為水務(wù)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(chuàng)造安全、穩(wěn)定、高效、可持續(xù)的水環(huán)境，是智慧水務(wù)的主要目標(biāo)。

2　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧水務(wù)中的典型應(yīng)用

在百度百科中，“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將具有感知、監(jiān)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(shù)不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)過程各個(gè)環(huán)節(jié)，從而大幅提高制造效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本和資源消耗，最終實(shí)現(xiàn)將傳統(tǒng)工業(yè)提升到智能化的新階段。從應(yīng)用形式上，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用具有實(shí)時(shí)性、自動化、嵌入式（軟件）、安全性和信息互通互聯(lián)性等特點(diǎn)。”

目前大量采用的物聯(lián)網(wǎng)水表，是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧水務(wù)中應(yīng)用的典型智能化終端。其主要特點(diǎn)一般包括：無外接通信線路，即裝即用；內(nèi)置無線通信芯片，任何移動信號覆蓋的區(qū)域，均可實(shí)現(xiàn)表具與服務(wù)器的直接連接；可以通過無線通信進(jìn)行表具的閥門控制、坐標(biāo)定位、數(shù)據(jù)交換等功能，可以實(shí)時(shí)展示表具信息；無需客戶端，通過服務(wù)器進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，可在云端對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在移動終端查詢表具信息 以及數(shù)據(jù)等。物聯(lián)網(wǎng)水表的使用，改變了傳統(tǒng)水務(wù)行業(yè)的消費(fèi)模式和服務(wù)模式，大大節(jié)約水務(wù)企業(yè)的人工成本，極大地促進(jìn)了企業(yè)信息化、智慧化。

我國傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測主要以實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測為主，通過實(shí)驗(yàn)分析得到水質(zhì)參數(shù)的數(shù)據(jù)。但是這種檢測方式的檢測頻次得不到有效保障，檢測響應(yīng)時(shí)間長、自動化程度低、人力消耗大，大斷面、大流域范圍的水質(zhì)監(jiān)測受到嚴(yán)重制約。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，采用在線分析儀表+無線短程通信+無線網(wǎng)關(guān)，或者機(jī)器人+在線分析儀表+無線通信等技術(shù)的智能水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以對大斷面、大流域水環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測，對采樣點(diǎn)的水質(zhì)變化進(jìn)行趨勢預(yù)測，結(jié)合云端，可以對污染源進(jìn)行篩選、識別污染源并發(fā)出警報(bào)，極大地提高對水環(huán)境突發(fā)性事件的響應(yīng)速度，為快速、科學(xué)的決策提供依據(jù)。

在市政水務(wù)管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，存在大量的工作井、檢查井、閥門井、儀表井等，在采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之前，包括井蓋、井內(nèi)氣體、液體、閥門、儀表等狀態(tài)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(yīng)不及時(shí)。在智慧水務(wù)建設(shè)中，采用高精度定位、低功耗物聯(lián)網(wǎng)儀表、無線通信等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對井蓋的狀態(tài)、井下氣體液體、井內(nèi)儀表等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。結(jié)合邊緣計(jì)算，在井內(nèi)氣體、液體狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，可以關(guān)斷相關(guān)的閥門，避免事故的擴(kuò)大；在井蓋發(fā)生損壞、異常開啟、丟失等情況時(shí)，將該井的位置信息，以及相關(guān)超限報(bào)警信息、儀表檢測信息等發(fā)送到管理平臺，管理部門可據(jù)此及時(shí)處置，實(shí)現(xiàn)管理的智能化。

3　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)下智慧水務(wù)的信息安全

3.1　安全標(biāo)準(zhǔn)

智慧水務(wù)中采用的智能化終端設(shè)備，會應(yīng)用到各種感知技術(shù)。水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的各種類型傳感器，每個(gè)供應(yīng)商的硬件都不同，各個(gè)廠商硬件標(biāo)準(zhǔn)不同；每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內(nèi)容和信息格式不同。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)自身目前缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這同時(shí)也影響了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。在“2018 ISC互聯(lián)網(wǎng)安全大會”上，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為首先應(yīng)加強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)及合規(guī)性檢測，對因?yàn)樵O(shè)備自身漏洞引起的重大信息泄露事件，要對涉事企業(yè)進(jìn)行處罰。但事后處罰等措施，挽回不了由此給公用服務(wù)行業(yè)帶來的不可預(yù)測的重大社會影響及安全問題。

解決終端設(shè)備的安全性，現(xiàn)實(shí)首要的做法應(yīng)該建立標(biāo)準(zhǔn)，包括準(zhǔn)入、檢測、評估等標(biāo)準(zhǔn)。首先要將安全性集成到芯片中，要求芯片制造商確保物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的啟動安全。然后要在可信任架構(gòu)、安全的開發(fā)流程、應(yīng)用前的安全評估等關(guān)鍵的基本安全服務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制定、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，將安全“關(guān)口前移”。不能為了搶占工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場，而致公共利益于不顧。

3.2　數(shù)據(jù)傳輸

短程無線傳輸是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中普遍采用的技術(shù)，比如RFID、WIFI、ZigBee、藍(lán)牙等。各種無線傳感器接口數(shù)據(jù)一般采用自定義格式，數(shù)據(jù)加密采用簡單的逐條加密方式；同時(shí)為了保證組件之間兼容性，網(wǎng)絡(luò)端口開放過多。這些因素造成了數(shù)據(jù)在傳輸過程中被盜竊的幾率大大增加。對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的短程無線通信來說，它既要抵御通過外來網(wǎng)絡(luò)的整體入侵，也要預(yù)防內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的相互入侵。現(xiàn)在常用的解決方案是通過采取入侵檢測系統(tǒng)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(shù)進(jìn)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(biāo)，PUF技術(shù)也已經(jīng)有許多在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中被成功進(jìn)行了復(fù)制攻擊的案例。

3.3　防護(hù)體系

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。由此可以看到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)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(yè)物聯(lián)網(wǎng)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，另一方面來源于與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合而帶來的外部網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的安全性具有明顯的“木桶效應(yīng)”，尤其是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)越來越多的應(yīng)用下，越來越多的智能設(shè)備部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣，甚至由于無序的、隨意的建設(shè)，出現(xiàn)無法查看或識別的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，形成“孤島效應(yīng)”——中央安全機(jī)構(gòu)不再擁有對所有設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的可見性，導(dǎo)致出現(xiàn)漏洞的風(fēng)險(xiǎn)越來越大；或者關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)都考慮了安全措施，但是疏忽了物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)某些非核心業(yè)務(wù)的漏洞導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的安全功虧一簣。

所以在構(gòu)建智慧水務(wù)及智慧市政時(shí)，要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)自身的特點(diǎn)，和工業(yè)控制系統(tǒng)ICS信息安全防護(hù)措施，以及IT系統(tǒng)的防御體系，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)全生命周期的立體防御體系，打造物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的安全。

4　結(jié)語

我國水資源人均占有量低，水污染嚴(yán)重等問題均加劇了我國水環(huán)境的嚴(yán)峻形勢，管網(wǎng)漏損控制相對落后，水務(wù)設(shè)施和管理水平相對落后。在這一背景下，將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息化技術(shù)引入城市水務(wù)系統(tǒng)，建立城市水務(wù)系統(tǒng)的管控一體化、智慧化平臺，將成為水務(wù)行業(yè)的必然趨勢。我國智慧水務(wù)行業(yè)發(fā)展目前已進(jìn)入應(yīng)用階段，行業(yè)整體呈現(xiàn)跳躍式發(fā)展趨勢。但是在建設(shè)智慧水務(wù)的過程中，物聯(lián)網(wǎng)智能終端設(shè)備的大量使用、各種無線通信技術(shù)、設(shè)備的接入，對包括水務(wù)系統(tǒng)在內(nèi)的公共服務(wù)系統(tǒng)的信息安全帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在制定安全標(biāo)準(zhǔn)、建立安全模型、使用安全技術(shù)等方面，對安全體系的構(gòu)建者、原始設(shè)備制造商（OEM）、水務(wù)系統(tǒng)的管理者等都提出了現(xiàn)實(shí)、緊迫的要求，嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)也帶來了巨大的機(jī)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(xiàn)任天津市市政工程設(shè)計(jì)研究總院第四設(shè)計(jì)研究院專業(yè)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(shè)計(jì)工作，具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，擔(dān)任多項(xiàng)大型市政工程、重點(diǎn)項(xiàng)目的專業(yè)負(fù)責(zé)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(qū)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(tǒng)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(tài)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(hù)工程EPC總承包、斯里蘭卡阿塔納水廠項(xiàng)目、臺州市地下綜合管廊一期工程PPP項(xiàng)目等），并有針對性的提出了若干控制策略指導(dǎo)工程實(shí)踐。

摘自《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全專刊（第五輯）》