農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

邵紅艷，汪建宏

（1. 浙江省金華市農(nóng)村水利管理處，浙江 金華 321000；2. 浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310009）

1 建設(shè)背景

根據(jù)《浙江省農(nóng)村飲用水工程標(biāo)準(zhǔn)化管理驗(yàn)收辦法》，筆者對(duì)農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，對(duì)照《浙江省農(nóng)村飲用水工程標(biāo)準(zhǔn)化管理驗(yàn)收辦法》，且遵守《浙江省水利工程標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行管理平臺(tái)建設(shè)導(dǎo)則和技術(shù)要求》進(jìn)行研發(fā)。

2 研發(fā)歷程

（1）第1代產(chǎn)品的問(wèn)世

2011年9月《農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)》課題得到省水利廳的支持和立項(xiàng)。由于該項(xiàng)目資金的限制，決定以臨江基地的6塊地作為實(shí)驗(yàn)基地，只檢測(cè)并對(duì)其實(shí)行自動(dòng)加水和停水。系統(tǒng)2012年開(kāi)發(fā)完成，達(dá)到了保持值不變和自動(dòng)化控制的目的。另外，在不同時(shí)期需要的目標(biāo)值隨時(shí)可調(diào)，且簡(jiǎn)便可操作。

（2）第2代產(chǎn)品的產(chǎn)生

繼續(xù)以臨江基地為依托，2013年研究開(kāi)發(fā)了“農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全控制系統(tǒng)”，自動(dòng)化控制工作原理：在合適位置安裝專用的傳感器，傳感器實(shí)時(shí)探測(cè)信息，并通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)發(fā)送給中央處理系統(tǒng)，中央處理器利用專家系統(tǒng)分析，當(dāng)需要補(bǔ)水時(shí)，中央處理器通過(guò)無(wú)線電系統(tǒng)發(fā)送控制指令給田間各電磁閥門(mén)，將相應(yīng)閥門(mén)打開(kāi)后，啟動(dòng)水泵。

該系統(tǒng)與第1代產(chǎn)品比較，增加了信息傳感器，可以監(jiān)測(cè)pH值、磷、氮等數(shù)據(jù)，同時(shí)拓展實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)從現(xiàn)地傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的環(huán)節(jié)，并與MIS管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)接的功能。后來(lái)該系統(tǒng)得到杭州之江園林有限公司的支持，結(jié)合浙江樹(shù)人大學(xué)的產(chǎn)銷管理系統(tǒng)，不但在基地上可以實(shí)現(xiàn)智能化控制，而且將采集數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，采集到產(chǎn)銷管理系統(tǒng)中顯示。

（3）第3代產(chǎn)品的升級(jí)

研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)研究升級(jí)了第2代產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)了“智能自動(dòng)控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)在第2代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了WEB數(shù)據(jù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，同時(shí)將視頻監(jiān)控結(jié)合到系統(tǒng)中。該系統(tǒng)進(jìn)行了太陽(yáng)能和蓄電池結(jié)合供電的研究，能夠適用于偏遠(yuǎn)山區(qū)工程。該系統(tǒng)在水來(lái)方科技有限公司的應(yīng)用非常成功。

（4）第4代產(chǎn)品的誕生

在第3代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)地控制和云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)結(jié)合，開(kāi)發(fā)了“智慧自動(dòng)控制云平臺(tái)”，實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、水位、pH值等的現(xiàn)地控制、觸摸屏顯示、上位機(jī)監(jiān)控、無(wú)線移動(dòng)終端監(jiān)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)管。實(shí)現(xiàn)了云技術(shù)服務(wù)、數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)，遠(yuǎn)程查詢和打印等協(xié)同服務(wù)。

該系統(tǒng)主要由前端采集部分、現(xiàn)地控制部分、上位機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)終端等組成，前端采集部分包括各種傳感器和攝像頭，傳感器采集溫度、壓力、水位、pH值等狀態(tài)數(shù)據(jù)，攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)?，F(xiàn)地控制部分包括PLC、電磁閥、觸摸屏、云臺(tái)等，上位機(jī)包括工控機(jī)、組態(tài)軟件系統(tǒng)等，現(xiàn)場(chǎng)總線、PLC無(wú)線通信模塊、以太網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、視頻流傳輸網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)服務(wù)空間等。移動(dòng)終端可以采用手機(jī)、筆記本電腦、APAD等移動(dòng)設(shè)備。該平臺(tái)具有以下特點(diǎn)：

1）先進(jìn)性：該系統(tǒng)采用了最新的云技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使系統(tǒng)在智能灌溉領(lǐng)域達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

2）實(shí)時(shí)性：該系統(tǒng)不但實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)地控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)無(wú)線傳輸和控制；不但實(shí)現(xiàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和控制，而且實(shí)現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸和云臺(tái)控制。

3）物聯(lián)性：將視頻和狀態(tài)數(shù)據(jù)通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行物聯(lián)，結(jié)合無(wú)線網(wǎng)關(guān)、無(wú)線路由、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)視頻和狀態(tài)集中到移動(dòng)終端，采用相同軟件界面進(jìn)行監(jiān)視和控制。

4）可移動(dòng)性：采用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)可監(jiān)視，隨地可控制的要求。

5）云服務(wù)：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云端，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和多云端的安全備份和容災(zāi)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)既安全又大容量存儲(chǔ)的性能。

本平臺(tái)專業(yè)應(yīng)用到智能領(lǐng)域，結(jié)合蓄電池和太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，也可應(yīng)用到偏遠(yuǎn)山區(qū)無(wú)電源的園區(qū)或基地。由于采用無(wú)線傳輸系統(tǒng)，可以應(yīng)用到無(wú)光纖、無(wú)以太網(wǎng)的地區(qū)，但需要移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域（視頻監(jiān)控需要3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋）。

主要配置參數(shù)：

1）各類傳感器按照實(shí)際需要配置，采集數(shù)據(jù)精確度小于0.01單位。

2）攝像裝置，帶無(wú)線傳輸模塊，視頻數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)視遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)性＜1 s。

3）上位機(jī)需要配置工控機(jī)，安裝組態(tài)王軟件，SQL或ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)；狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸顯示的LCU實(shí)時(shí)性 ＜0.2 s，上位機(jī) ＜0.5 s；遠(yuǎn)程 ＜1 s。狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸控制的LCU實(shí)時(shí)性＜0.2 s，上位機(jī)＜0.5 s；遠(yuǎn)程＜1 s。

4）移動(dòng)終端支持3G網(wǎng)絡(luò)。

5）物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，提供16點(diǎn)視頻接口（可拓展）、以太網(wǎng)口、電源口等。

6）現(xiàn)地控制柜：標(biāo)配2 200×800×600（高×寬× 深 mm）。

7）云服務(wù)器按照實(shí)際需要決定空間。

8）PLC帶3D無(wú)線通信模塊和以太網(wǎng)通信模塊，觸摸屏，7寸標(biāo)配。

3 主要功能介紹

農(nóng)村飲用水工程運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)主要功能：

（1）基本情況管理模塊：可以新增、修改和刪除農(nóng)村飲用水工程點(diǎn)，錄入各個(gè)工程點(diǎn)的基本情況，并可以在圖上顯示。

（2）一張圖管理模塊：顯示該地區(qū)所有農(nóng)村飲用水工程的坐標(biāo)點(diǎn)，且用不同的顏色，區(qū)分農(nóng)村飲用水工程的基本情況。綠色表示基本點(diǎn)，黃色表示已經(jīng)安裝了凈水設(shè)備、反沖洗設(shè)備和消毒設(shè)備，紅色表示已經(jīng)安裝了實(shí)時(shí)監(jiān)控、監(jiān)管系統(tǒng)。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)管模塊：工作人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制箱上的按鈕簽到考勤，攝像裝置自動(dòng)拍攝工作人員到場(chǎng)情況，自動(dòng)記錄工作人員反沖洗操作時(shí)間，實(shí)時(shí)監(jiān)控投加消毒劑情況等，實(shí)時(shí)監(jiān)控水廠水質(zhì)情況，這些數(shù)據(jù)通過(guò)采集設(shè)備將自動(dòng)上傳到管理平臺(tái)。

（4）數(shù)據(jù)展示和統(tǒng)計(jì)模塊：顯示人員到場(chǎng)考勤情況，現(xiàn)場(chǎng)拍照情況，時(shí)間情況，通過(guò)報(bào)表直觀顯示，具有統(tǒng)計(jì)查詢和打印等功能。

（5）提醒功能模塊：若工作人員未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到現(xiàn)場(chǎng)簽到、反沖洗和消毒操作，系統(tǒng)會(huì)通過(guò)短信提醒工作人員。

（6）缺陷管理模塊：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，工作人員可以通過(guò)手機(jī)版軟件，上報(bào)缺陷情況。

4 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作原理如圖1所示，從圖可知，工作人員到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，首先現(xiàn)場(chǎng)的攝像設(shè)備會(huì)對(duì)工作人員進(jìn)行拍照，接著工作人員按下控制箱的簽到按鈕進(jìn)行簽到操作，然后按照要求進(jìn)行巡查和反沖洗，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)記錄消毒情況和反沖洗的時(shí)間。所有的圖像、簽到、消毒和反沖洗的數(shù)據(jù)將通過(guò)RTU傳輸?shù)较到y(tǒng)管理平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行展示、統(tǒng)計(jì)、查詢等。同時(shí)系統(tǒng)平臺(tái)內(nèi)有飲用水工程的基本信息、GIS管理信息（如飲用水工程所在經(jīng)緯度等）等，通過(guò)云服務(wù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)。

當(dāng)工作人員未按時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)操作，系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)定的要求，短信提醒工作人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，達(dá)到監(jiān)督考核的目的。

圖1 平臺(tái)工作原理圖

5 主要操作界面

圖2～圖6為主要操作界面。

如圖2所示，信息總覽可以根據(jù)用戶的喜好，通過(guò)系統(tǒng)管理模塊進(jìn)行定制。

圖2 信息總覽界面

圖3為高清天地圖，其中紅色點(diǎn)表示未安裝設(shè)備的工程，綠色為正常工程，紫色為異常工程，黃色為巡查未到位工程。

圖3 綜合地圖管理界面

通過(guò)圖4圖5，可以對(duì)各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水工程的單位信息，人員信息以及上級(jí)管理單位信息進(jìn)行綜合管理。

圖4 組織管理之工程站點(diǎn)管理界面

圖5 組織管理之人員管理界面

（1）新增加工程：可以輸入工程單位信息，包括經(jīng)緯度信息，設(shè)備情況信息等，在綜合地圖上將新增展示。

（2）修改工程信息：比如，該工程原來(lái)未安裝設(shè)備，現(xiàn)在安裝了，可以修改其信息為已啟用。在綜合地圖上的圖標(biāo)顏色也會(huì)隨之變化。

（3）人員崗位管理：可以通過(guò)該頁(yè)面對(duì)人員信息進(jìn)行新增、刪除、修改等管理。

通過(guò)圖6，展開(kāi)左邊目錄樹(shù)，可以查詢到總體情況、分站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)情況，包括巡查情況，消毒和反沖洗情況，未到位情況，設(shè)備缺陷情況等。

圖6 統(tǒng)計(jì)查詢界面

6 應(yīng)用案例

表1 系統(tǒng)設(shè)備配置表

本系統(tǒng)在某農(nóng)村飲用水工程浙江省東陽(yáng)市某某供水有限公司進(jìn)行應(yīng)用，系統(tǒng)配置如表1所示。

7 結(jié)束語(yǔ)

農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實(shí)踐證明，是一款非常好的產(chǎn)品，它既符合了浙江省水利廳對(duì)水利工程標(biāo)準(zhǔn)化管理的要求，又能實(shí)實(shí)在在地幫助農(nóng)村飲用水公司提高管理水平，提升供水的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。