城市智慧排水信息化建設(shè)初探

蔣 磊

（煙臺(tái)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264006）

0 引言

城市排水部門負(fù)責(zé)全市地下管網(wǎng)、污水廠、雨污水泵站等排水設(shè)施的運(yùn)行監(jiān)管。隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，配套地下城市管網(wǎng)、雨污水泵站、污水處理廠等進(jìn)入高速建設(shè)期。地下城市管網(wǎng)、雨污水泵站、污水處理廠等設(shè)施由于建設(shè)年代不同、分布距離較廣、設(shè)備多樣化等因素，導(dǎo)致工藝水平和實(shí)際處理水量參差不齊、人工監(jiān)管效果不理想、統(tǒng)一監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)難度較大等情況日益突出。

為科學(xué)有序、精確高效、精簡(jiǎn)節(jié)約地對(duì)排水設(shè)施運(yùn)行加以監(jiān)管，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和應(yīng)急搶險(xiǎn)的反應(yīng)速度和處理能力，保障城市排水設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提升監(jiān)管水平，對(duì)城區(qū)管網(wǎng)、污水廠、污水雨水泵站、積水點(diǎn)等排水設(shè)施建立統(tǒng)一綜合信息化管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管統(tǒng)一化、預(yù)警及時(shí)化、考核數(shù)字化的智慧排水系統(tǒng)。對(duì)城市排水綜合業(yè)務(wù)監(jiān)管、風(fēng)險(xiǎn)管控、指標(biāo)考核能力有大幅度的提升。

通過(guò)智慧排水業(yè)務(wù)平臺(tái)，對(duì)排水綜合業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)度指揮，為城市內(nèi)澇、汛期應(yīng)急指揮提供分析參考。對(duì)排水運(yùn)行數(shù)據(jù)積累，形成數(shù)據(jù)庫(kù)。監(jiān)管部門數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)挖據(jù)，能有效進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)處理和分析，根據(jù)結(jié)果能輔助指導(dǎo)監(jiān)管。

圖1 智慧水務(wù)管控中心示意圖Fig.1 Schematic diagram of intelligent water management and control center

1 系統(tǒng)框架

1.1 智慧水務(wù)綜合管控中心

1）硬件基礎(chǔ)設(shè)施，包括機(jī)房設(shè)備（例如：服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備等），采集層設(shè)備（流量計(jì)、壓力計(jì)等傳感器），傳輸層設(shè)備（路由器、交換機(jī)、RTU 終端）。各個(gè)應(yīng)用模塊，包括綜合門戶子系統(tǒng)、廠站監(jiān)管子系統(tǒng)、工程建設(shè)子系統(tǒng)、排水戶管理子系統(tǒng)、應(yīng)急指揮子系統(tǒng)、考核評(píng)估子系統(tǒng)、安全管理子系統(tǒng)、用戶權(quán)限子系統(tǒng)。具體內(nèi)容包括：功能應(yīng)用區(qū)域劃分，工作站數(shù)量和工作站應(yīng)用的分布，網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、指揮系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)的布置。

2）基礎(chǔ)軟件組成及系統(tǒng)搭建

系統(tǒng)軟件組成：Linux 系統(tǒng)或windows server 系統(tǒng)，以及系統(tǒng)搭建的配套應(yīng)用軟件。數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的選型，要考究要達(dá)到最大檢索速度的要求和能力。服務(wù)前端采用的框架包括后端利用Spring 技術(shù)、負(fù)載均衡、集群技術(shù)、緩存技術(shù)等，需要充分考慮高并發(fā)線程支持最大程度等。

1.2 管網(wǎng)GIS系統(tǒng)

1）包含管網(wǎng)GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)勘探和數(shù)據(jù)采集，GIS 數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，配套與GIS 軟件相關(guān)模塊的應(yīng)用，例如：巡檢管理系統(tǒng)、排水戶管理系統(tǒng)、排水案件管理系統(tǒng)、排水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)、排水管網(wǎng)巡查系統(tǒng)等模塊。

2）管網(wǎng)的養(yǎng)護(hù)流程、巡檢流程、終端設(shè)備采用等。

3）積水點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案及設(shè)備選型。

1.3 智慧水務(wù)所監(jiān)管的污水廠和雨污水泵站

智慧水務(wù)關(guān)于污水廠實(shí)施的內(nèi)容包括對(duì)能耗、藥耗能達(dá)到的節(jié)約度；進(jìn)出水質(zhì)的監(jiān)控；對(duì)污水處理廠運(yùn)行的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)；雨水和污水泵站自動(dòng)化改造，增加安防設(shè)備，完善感知層設(shè)備，實(shí)現(xiàn)少人值守或無(wú)人值守。

1.4 其它應(yīng)用

在完成上述功能的基礎(chǔ)上，完善工程建設(shè)系統(tǒng)以及考核指標(biāo)體系的建立，制定動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)等。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.2 Network architecture

2 具體措施

圍繞行業(yè)監(jiān)管，建設(shè)統(tǒng)一排水行業(yè)信息監(jiān)管平臺(tái)，構(gòu)建靈活可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)平臺(tái)。通過(guò)逐步完善“智慧排水”基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)服務(wù)能力，逐步打造優(yōu)秀的智慧排水平臺(tái)。通過(guò)平臺(tái)，可促進(jìn)排水行業(yè)的發(fā)展，提高行業(yè)監(jiān)管水平和管理效率。

2.1 水務(wù)綜合監(jiān)控

1）水廠監(jiān)控中心，配備SCADA 監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)各管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、污水井監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及水廠生產(chǎn)狀況進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控，主要采集液位、壓力、流量、溫度、水質(zhì)以及水泵等相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2）對(duì)污水處理廠設(shè)備監(jiān)控，主要采集自控儀表和變頻器等電氣設(shè)備數(shù)據(jù)，并對(duì)污水水泵電機(jī)、電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、濃縮脫水機(jī)等設(shè)備進(jìn)行控制。

3）對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站的監(jiān)控，通過(guò)在線水質(zhì)儀表（COD、氨氮、pH、水溫、濁度、電導(dǎo)率、溶解氧等）實(shí)時(shí)監(jiān)控河流河道口、關(guān)鍵企業(yè)排水口等水質(zhì)狀況。

2.2 生產(chǎn)調(diào)度管理

1）根據(jù)用戶需求量和管網(wǎng)能力及水泵效果，制定生產(chǎn)計(jì)劃；再根據(jù)用水負(fù)荷，動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃。

2）模擬仿真生產(chǎn)過(guò)程，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。針對(duì)流量、壓力、水質(zhì)等的異常進(jìn)行報(bào)警，指導(dǎo)生產(chǎn)調(diào)度，確保安全、穩(wěn)定供水。

3）根據(jù)年度、月度生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析能耗情況，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行，逐步降低能耗。

2.3 安全報(bào)警管理

1）對(duì)工藝參數(shù)異常、水質(zhì)不合格、水網(wǎng)超負(fù)荷等生產(chǎn)異常報(bào)警。

2）管網(wǎng)漏水/爆管報(bào)警，按照一定的計(jì)算方法，確定漏水可以區(qū)域，并根據(jù)嚴(yán)重程度進(jìn)行不同級(jí)別的報(bào)警。

3）環(huán)保報(bào)警，包括：超標(biāo)排放報(bào)警、環(huán)境污染報(bào)警等。

2.4 管網(wǎng)GIS管理

1）建立管網(wǎng)GIS 模型，并進(jìn)行可視化展示。

2）實(shí)現(xiàn)在線管網(wǎng)巡檢及遠(yuǎn)程運(yùn)維。

3）計(jì)算并分析管網(wǎng)參數(shù)，進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化。

2.5 水質(zhì)和環(huán)保管理

1）水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)，對(duì)涉水區(qū)域全過(guò)程水質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，包括：排污水、回用水。

2）對(duì)排污口、重點(diǎn)排污戶、河道出水口等的水質(zhì)化驗(yàn)分析，以及對(duì)排放的污水水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析，按照指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。對(duì)于未達(dá)標(biāo)的情況，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行報(bào)警提示。

2.6 設(shè)備管理

1）對(duì)水務(wù)相關(guān)的設(shè)備設(shè)施，實(shí)現(xiàn)從檔案、維護(hù)保養(yǎng)、檢維修、檢定、報(bào)廢等全生命周期的管理。

2）實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程管控與運(yùn)維。

3）通過(guò)自控系統(tǒng)及上位SCADA 系統(tǒng)，將工藝設(shè)備運(yùn)行情況記錄并在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行記錄，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、維保情況、能耗情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)控。

2.7 安全應(yīng)急指揮管理

1）針對(duì)安全隱患進(jìn)行上報(bào)，并進(jìn)行分析、評(píng)估，制定改進(jìn)措施和應(yīng)急預(yù)案。

2）通過(guò)涉水區(qū)域流程圖、GIS 跟蹤、視頻監(jiān)控、移動(dòng)應(yīng)用等多種方式，實(shí)現(xiàn)安全應(yīng)急事件的綜合監(jiān)控。

3）建立應(yīng)急預(yù)案庫(kù)，為緊急事件發(fā)生時(shí)提供指導(dǎo)。

2.8 水務(wù)數(shù)據(jù)管理

1）對(duì)水務(wù)相關(guān)信息進(jìn)行深度挖掘與統(tǒng)計(jì)分析，包括：生產(chǎn)情況、能耗、設(shè)備運(yùn)行、水質(zhì)、環(huán)境質(zhì)量等。

2）建立水務(wù)資產(chǎn)臺(tái)賬，將數(shù)據(jù)納入信息化系統(tǒng)，有效準(zhǔn)確地對(duì)資產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

3）建立全市排水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括管網(wǎng)的長(zhǎng)度、坐標(biāo)、材質(zhì)，以及后期的維護(hù)保養(yǎng)情況，對(duì)市區(qū)管網(wǎng)進(jìn)行有效管控。

2.9 排水客戶管理

1）系統(tǒng)支持對(duì)排水戶入網(wǎng)申請(qǐng)、管網(wǎng)驗(yàn)收、排水許可等業(yè)務(wù)的跟蹤記錄，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的相互關(guān)聯(lián)及信息共享，有效提高排水戶管理效率及其自動(dòng)化程度。

2）排水戶管理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)排水戶清單的查看，對(duì)排水戶的基本信息進(jìn)行查詢和管理，同時(shí)將排水戶信息與GIS地圖相關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)排水戶屬性信息和空間信息的統(tǒng)一查詢管理。同時(shí)，支持按照排水戶所屬污水廠、排水企業(yè)類型、排放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3）排水許可管理功能實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)內(nèi)發(fā)放的排水許可證基本信息的統(tǒng)一查看與數(shù)量的統(tǒng)計(jì)分析，并且對(duì)轄區(qū)內(nèi)排水許可證發(fā)放總量、排水許可證發(fā)放率等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以圖、表形式進(jìn)行展示。

4）排口在線監(jiān)測(cè)查詢功能實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)排水戶排水水質(zhì)、水量的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查看，支持對(duì)不同污染源企業(yè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、不同時(shí)間段、不同污染物的數(shù)據(jù)報(bào)警，查詢、分析、報(bào)表定制功能。

2.10 移動(dòng)應(yīng)用

1）智慧排水系統(tǒng)提供可手持終端的App，實(shí)現(xiàn)與工作站同步的管理功能。

2）移動(dòng)終端可以結(jié)合GIS 地理信息系統(tǒng)，標(biāo)出涉水區(qū)域的實(shí)際地理位置，以及各區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)的真實(shí)地理位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、能耗值、報(bào)警信息等。

3）移動(dòng)端支持用戶服務(wù)功能，可以查看進(jìn)出水質(zhì)、故障報(bào)警，保修流程。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)智慧系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化、電子化辦公、自控自動(dòng)化，助推污水處理廠業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化；簡(jiǎn)化管理流程，減少人工量，保障水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，保障人員、設(shè)備安全生產(chǎn)，穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，優(yōu)化運(yùn)行。對(duì)即將出現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)情況進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)，運(yùn)行參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整，保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。通過(guò)智慧排水系統(tǒng)的運(yùn)行和使用，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程支持，運(yùn)營(yíng)人員效率得以提高，能協(xié)助水廠精細(xì)化運(yùn)營(yíng)，電耗藥耗明顯降低。