智慧污水管理綜合應用平臺的構想和實現(xiàn)

喻火亮

摘 要：人類活動對水資源、水環(huán)境和水生態(tài)方面的造成的影響也日益加重，有些地區(qū)的形勢已經日趨嚴峻。如何有效利用寶貴的水資源、保護日益損壞的水環(huán)境、維護不斷被破壞的水生態(tài)，已經成為城市發(fā)展必須面對的重要課題。近年來，在發(fā)達地區(qū)的部分城鎮(zhèn)，污水處理的應用管理已經從原來的經驗型逐漸走向數字化和信息化。在污水管理實現(xiàn)數字化和信息化的基礎上，如何更深一層進而實現(xiàn)精細化、智慧化，已經成為行業(yè)的焦點。該文結合具體的智慧污水管理平臺的實現(xiàn)案例，旨在探討智慧污水管理建設的思路、原則和方法。

關鍵詞：智慧 ?污水 ?感知 ?GIS

中圖分類號：X7 ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1674-198X（2015）10（c）-0162-02

1 背景與現(xiàn)狀

隨著經濟發(fā)展，和生產、生活的規(guī)模不斷擴大，人類活動對水資源、水環(huán)境和水生態(tài)方面的造成的影響也日益加重，有些地區(qū)的形勢已經日趨嚴峻。如何有效利用寶貴的水資源、保護日益損壞的水環(huán)境、維護不斷被破壞的水生態(tài)，已經成為城市發(fā)展必須面對的重要課題。國務院于2015年4月頒布的《水十條》亦明確提出，“水環(huán)境保護事關人民群眾切身利益，事關全面建成小康社會，事關實現(xiàn)中華民族偉大復興中國夢。當前，我國一些地區(qū)水環(huán)境質量差、水生態(tài)受損重、環(huán)境隱患多等問題十分突出，影響和損害群眾健康，不利于經濟社會持續(xù)發(fā)展”?！端畻l》要求：“加快城鎮(zhèn)污水處理設施建設與改造;全面加強配套管網建設;推進污泥處理處置”。但是隨著各個系統(tǒng)的逐步推行、建成和應用，新的問題也隨之而來。首先是各個系統(tǒng)之間彼此孤立、“老死不相往來”，形成企業(yè)內部“信息孤島林立”的現(xiàn)象，導致不同系統(tǒng)之間信息無法充分共享、不同信息無法相互作用、互相參考、形成合力;其次，隨著系統(tǒng)的應用推行，各個系統(tǒng)內日積月累，積累了大量的設施狀態(tài)數據和運行數據。這些數據并沒有有效的手段被充分利用，挖掘出有價值的信息，能為未來提供有效的、有意義的參考。（見圖1）

2 挑戰(zhàn)與契機

毫無疑問，已經迎來了行業(yè)變革、革新的契機。首先，從政策層面，正如之前所述，不論是《水十條》還是“十二五”規(guī)劃，都可以看出，國家、政府、乃至整個行業(yè)，都已經史無前例地對水資源、水環(huán)境和水生態(tài)給予了高度的關注、提出了明確的要求、建立了清晰的目標。其次，從技術層面，我們恰逢信息時代、新的概念、技術層出不窮、日新月異?！拔锫?lián)網、空間信息處理、大數據、云計算”這些新的科技和技術都已經在一些領域和行業(yè)帶來了突破和變革。

3 概念與思路

3.1 概念

建設思路是基于地理信息系統(tǒng)（GIS）、物聯(lián)網和云計算技術，打造城市污水處理綜合運營管理平臺，為污水運營企業(yè)安全管理、生產運行、水質化驗、設備管理、日常辦公等關鍵業(yè)務提供統(tǒng)一業(yè)務信息管理平臺，對企業(yè)實時生產數據、視頻監(jiān)控數據、工藝設計、日常管理等相關數據進行集中管理、統(tǒng)計分析、數據挖掘，為不同層面的生產運行管理者提供即時、豐富的生產運行信息，為輔助分析決策奠定良好的基礎，為企業(yè)規(guī)范管理、節(jié)能降耗、減員增效和精細化管理提供強大的技術支持，從而形成完善的城市污水處理信息化綜合管理解決方案。

污水處理綜合運營管理平臺，依托云計算技術構建、利用互聯(lián)網將各種廣域異構計算資源整合，以形成一個抽象的、虛擬的和可動態(tài)擴展的計算資源池，再通過互聯(lián)網向用戶按需提供計算能力、存儲能力、軟件平臺和應用軟件等服務。系統(tǒng)可以對污水處理企業(yè)的進、產、排三個主要環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，將下屬提升泵站和污水處理廠的水量、水位、水質、電耗、藥耗、設備狀態(tài)等信息通過云計算平臺進行收集、整合、分析和處理，建立各個環(huán)節(jié)的相互規(guī)約模型，分析生產環(huán)節(jié)水、電、藥的消耗與處理水排水、生產、排放之間的隱含關系找出污水處理廠的優(yōu)化生產過程管理方案，實現(xiàn)對污水處理企業(yè)生產過程的實時控制與精細化管理，達到規(guī)范管理、節(jié)能降耗、減員增效的目的。

3.2 設計思路

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃，持續(xù)建設。污水廠智慧管理平臺是一個技術復雜、綜合性的平臺，其建設不可能一蹴而就。平臺建設要在統(tǒng)一規(guī)劃下，兼顧當前急需與未來擴展，設計上要有很強的開放性和擴展性，有步驟的持續(xù)性建設。（2）充分利用現(xiàn)有資源。（3）污水廠智慧管理平臺建設是以各污水廠自控系統(tǒng)及相關數據為基礎，并對原有數據進行歸納、整理、分析后實現(xiàn)各個業(yè)務系統(tǒng)、應用系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)的完善。（4）以先進技術為支撐，以業(yè)務需求為導向，以實用為目標。以技術為支撐，保證系統(tǒng)建設在未來一段時間的先進性;以需求為導向，保證系統(tǒng)設計的科學性、合理性;以實用為目標，確保系統(tǒng)在體現(xiàn)特色的同時不能偏離實用性的主題。（5）充分借鑒，集成創(chuàng)新。平臺建設充分借鑒以往污水廠監(jiān)管的建設經驗，取其精華去其糟粕，采用先進成熟的技術標準和方法，并根據本地實際因地制宜，形成一個技術先進、具有本地特色的智慧管理平臺。

4 案例與實現(xiàn)

基于上述的“智慧污水管理綜合應用平臺”的構想和設計，結合實際的污水處理廠的運營，我們開發(fā)并實現(xiàn)了一套智慧污水管理的綜合應用系統(tǒng)。

4.1 總體架構

該系統(tǒng)分為兩大部分四個層次，兩大部分為智慧應用管理平臺和污水處理廠的建設，四個層次分為污水廠聯(lián)網建設、數據中心建設、服務支撐平臺建設與綜合應用管理平臺建設。

4.2 系統(tǒng)架構

通過在污水廠建設的智能數據采集系統(tǒng)將污水廠自控系統(tǒng)的數據、視頻監(jiān)控的數據等傳輸至污水廠智慧管理平臺中，通過污水廠智慧管理平臺的歸納、整理、分析后進行指導生產及管理決策（見圖2）。

4.3 技術路線

（1）基于SOA設計架構。SOA是基于開放的Internet標準和協(xié)議、支持對應用程序或應用程序組件進行描述、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和使用的一種應用架構。SOA支持將可重用的數據應用作為應用服務或功能進行單獨開發(fā)集成，并可以在需要時通過網絡訪問這些服務或功能。通過SOA，開發(fā)者可以對不同的服務或功能進行組合以完成一系列的業(yè)務邏輯與展現(xiàn)，最終可讓用戶像使用本地桌面業(yè)務組件一樣方便地調用服務或功能等各種資源。（2）C/S、B/S、M/S相結合的系統(tǒng)架構。由于項目中系統(tǒng)較多，用戶組織結構較復雜，為了確保系統(tǒng)更有針對性，滿足的實際應用場景和應用需求，采用B/S為主，C/S、B/S、M/S相結合的混合型系統(tǒng)架構?？紤]到目前系統(tǒng)架構的潮流，以及用戶的操作習慣，本項目中系統(tǒng)以B/S架構為主。對于一些應用場景較特殊、對用戶權限要求比較嚴格的系統(tǒng)，則采用傳統(tǒng)的C/S架構。對于需要移動管理平臺等，采用M/S的架構。（3）GIS多源數據共享。建立GIS服務引擎，對外提供各類地理數據服務，包括三維地圖服務、GIS分析服務、專題圖服務等，實現(xiàn)GIS的“一張圖”。（4）SCADA平臺。該項目系統(tǒng)底層采用SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)對現(xiàn)場端上傳數據的接收和處理。SCADA全稱為數據采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠對監(jiān)測站的監(jiān)測儀器設備運行情況和監(jiān)測數據進行定時和實時監(jiān)控，實現(xiàn)數據的統(tǒng)一采集，并可通過多種傳輸方式將現(xiàn)場的監(jiān)測信息傳輸到數據庫管理系統(tǒng)中，供前端WEB系統(tǒng)訪問。

5 結語

盡管水資源、水環(huán)境、水生態(tài)管理的形勢日益嚴峻，污水處理運營管理的挑戰(zhàn)也日趨艱巨，但政策上的關注、技術上的革新都為我們帶來了變革的契機。雖然邁出了探索智慧污水管理的一小步，但隨著整個行業(yè)攜手并進，相信很快就會成為行業(yè)發(fā)展的一大步。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國務院[Z].水污染防治行動計劃，2015.

[2] 楊凌波，曾思育，鞠宇平，等.我國城市污水處理廠能耗規(guī)律的統(tǒng)計分析與定量識別[J].給水排水，2008（10）：42-45.

[3] 李彥，馬麗輝.污水處理企業(yè)信息化建設淺析[J].西南給排水，2009（2）：40-43.