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“城市病”問(wèn)題日益嚴峻。為解決城市發(fā)展難題，實(shí)現城市可持續發(fā)展，建設智慧城市已成為當今世界城市發(fā)展不可逆轉的歷史潮流。

智慧城市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的各項關(guān)鍵信息，從而對包括公共安全、公共服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)等在內的各種需求做出智能響應。其實(shí)質(zhì)是利用先進(jìn)的信息技術(shù)，實(shí)現城市智慧式管理和運行，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(lái)快速發(fā)展。通過(guò)給水及排水調度系統、地理信息系統、給水及排水管網(wǎng)巡查系統、飲用水及污水水質(zhì)在線(xiàn)檢測等系統，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、穩定、高效、可持續的水環(huán)境，是智慧水務(wù)的主要目標。

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

在百度百科中，“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是將具有感知、監控能力的各類(lèi)采集、控制傳感器或控制器，以及移動(dòng)通信、智能分析等技術(shù)不斷融入到工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程各個(gè)環(huán)節，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)現將傳統工業(yè)提升到智能化的新階段。從應用形式上，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用具有實(shí)時(shí)性、自動(dòng)化、嵌入式（軟件）、安全性和信息互通互聯(lián)性等特點(diǎn)?！?/p>

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)中應用的典型智能化終端。其主要特點(diǎn)一般包括：無(wú)外接通信線(xiàn)路，即裝即用；內置無(wú)線(xiàn)通信芯片，任何移動(dòng)信號覆蓋的區域，均可實(shí)現表具與服務(wù)器的直接連接；可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信進(jìn)行表具的閥門(mén)控制、坐標定位、數據交換等功能，可以實(shí)時(shí)展示表具信息；無(wú)需客戶(hù)端，通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行大數據處理，可在云端對數據進(jìn)行分析，在移動(dòng)終端查詢(xún)表具信息 以及數據等。物聯(lián)網(wǎng)水表的使用，改變了傳統水務(wù)行業(yè)的消費模式和服務(wù)模式，大大節約水務(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。

我國傳統的水環(huán)境監測主要以實(shí)驗室監測為主，通過(guò)實(shí)驗分析得到水質(zhì)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(shí)間長(cháng)、自動(dòng)化程度低、人力消耗大，大斷面、大流域范圍的水質(zhì)監測受到嚴重制約。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，采用在線(xiàn)分析儀表+無(wú)線(xiàn)短程通信+無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)，或者機器人+在線(xiàn)分析儀表+無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)的智能水質(zhì)自動(dòng)監測系統，可以對大斷面、大流域水環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測，對采樣點(diǎn)的水質(zhì)變化進(jìn)行趨勢預測，結合云端，可以對污染源進(jìn)行篩選、識別污染源并發(fā)出警報，極大地提高對水環(huán)境突發(fā)性事件的響應速度，為快速、科學(xué)的決策提供依據。

在市政水務(wù)管網(wǎng)系統內，存在大量的工作井、檢查井、閥門(mén)井、儀表井等，在采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之前，包括井蓋、井內氣體、液體、閥門(mén)、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、響應不及時(shí)。在智慧水務(wù)建設中，采用高精度定位、低功耗物聯(lián)網(wǎng)儀表、無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)，可以實(shí)現對井蓋的狀態(tài)、井下氣體液體、井內儀表等進(jìn)行實(shí)時(shí)監管。結合邊緣計算，在井內氣體、液體狀態(tài)出現異常時(shí)，可以關(guān)斷相關(guān)的閥門(mén)，避免事故的擴大；在井蓋發(fā)生損壞、異常開(kāi)啟、丟失等情況時(shí)，將該井的位置信息，以及相關(guān)超限報警信息、儀表檢測信息等發(fā)送到管理平臺，管理部門(mén)可據此及時(shí)處置，實(shí)現管理的智能化。

3　工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)下智慧水務(wù)的信息安全

3.1　安全標準

智慧水務(wù)中采用的智能化終端設備，會(huì )應用到各種感知技術(shù)。水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的各種類(lèi)型傳感器，每個(gè)供應商的硬件都不同，各個(gè)廠(chǎng)商硬件標準不同；每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不同類(lèi)別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)自身目前缺少統一的標準，這同時(shí)也影響了工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)安全的標準化建設。在“2018 ISC互聯(lián)網(wǎng)安全大會(huì )”上，業(yè)內專(zhuān)家認為首先應加強物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)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(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(lái)的不可預測的重大社會(huì )影響及安全問(wèn)題。

解決終端設備的安全性，現實(shí)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(lián)網(wǎng)設備的啟動(dòng)安全。然后要在可信任架構、安全的開(kāi)發(fā)流程、應用前的安全評估等關(guān)鍵的基本安全服務(wù)的基礎上進(jìn)行標準制定、標準化設計，將安全“關(guān)口前移”。不能為了搶占工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，而致公共利益于不顧。

3.2　數據傳輸

短程無(wú)線(xiàn)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、藍牙等。各種無(wú)線(xiàn)傳感器接口數據一般采用自定義格式，數據加密采用簡(jiǎn)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(kāi)放過(guò)多。這些因素造成了數據在傳輸過(guò)程中被盜竊的幾率大大增加。對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)內的短程無(wú)線(xiàn)通信來(lái)說(shuō)，它既要抵御通過(guò)外來(lái)網(wǎng)絡(luò )的整體入侵，也要預防內部節點(diǎn)的相互入侵?，F在常用的解決方案是通過(guò)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(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，PUF技術(shù)也已經(jīng)有許多在實(shí)驗室環(huán)境中被成功進(jìn)行了復制攻擊的案例。

3.3　防護體系

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎和核心仍舊是互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)各種有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準確地傳遞出去。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(lái)源于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)自身結構特點(diǎn)，另一方面來(lái)源于與互聯(lián)網(wǎng)結合而帶來(lái)的外部網(wǎng)絡(luò )風(fēng)險。

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統的安全性具有明顯的“木桶效應”，尤其是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)越來(lái)越多的應用下，越來(lái)越多的智能設備部署到網(wǎng)絡(luò )邊緣，甚至由于無(wú)序的、隨意的建設，出現無(wú)法查看或識別的網(wǎng)絡(luò )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(wǎng)絡(luò )的可見(jiàn)性，導致出現漏洞的風(fēng)險越來(lái)越大；或者關(guān)鍵業(yè)務(wù)數據節點(diǎn)都考慮了安全措施，但是疏忽了物聯(lián)網(wǎng)內某些非核心業(yè)務(wù)的漏洞導致整個(gè)系統的安全功虧一簣。

所以在構建智慧水務(wù)及智慧市政時(shí)，要結合物聯(lián)網(wǎng)自身的特點(diǎn)，和工業(yè)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(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)系統的安全。

4　結語(yǔ)

我國水資源人均占有量低，水污染嚴重等問(wèn)題均加劇了我國水環(huán)境的嚴峻形勢，管網(wǎng)漏損控制相對落后，水務(wù)設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，建立城市水務(wù)系統的管控一體化、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)入應用階段，行業(yè)整體呈現跳躍式發(fā)展趨勢。但是在建設智慧水務(wù)的過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)智能終端設備的大量使用、各種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、設備的接入，對包括水務(wù)系統在內的公共服務(wù)系統的信息安全帶來(lái)了嚴峻挑戰。在制定安全標準、建立安全模型、使用安全技術(shù)等方面，對安全體系的構建者、原始設備制造商（OEM）、水務(wù)系統的管理者等都提出了現實(shí)、緊迫的要求，嚴峻的挑戰也帶來(lái)了巨大的機遇。

作者簡(jiǎn)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(zhuān)業(yè)總工。自參加工作以來(lái)，一直從事市政工程中的電氣、自動(dòng)化設計工作，具有扎實(shí)的理論基礎和工程設計經(jīng)驗，擔任多項大型市政工程、重點(diǎn)項目的專(zhuān)業(yè)負責人、審核人、審定人（石家莊橋西污水處理廠(chǎng)中水回用、湖北省宜昌市三峽壩區固體廢棄物處理場(chǎng)、天津市咸陽(yáng)路污水處理廠(chǎng)、安哥拉萬(wàn)博市供水系統改造、鄭州市馬頭崗污水處理廠(chǎng)、咸陽(yáng)路污水處理廠(chǎng)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工程EPC總承包、斯里蘭卡阿塔納水廠(chǎng)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(shí)踐。

摘自《工業(yè)控制系統信息安全專(zhuān)刊（第五輯）》