安吉縣農(nóng)村飲用水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

金浪濱，許方照，湯杭森，蔣元中，丁揚(yáng)威，屠佳佳

（1.杭州定川信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣電子技術(shù)系，浙江 杭州 310053）

1 項(xiàng)目現(xiàn)狀

安吉縣位于浙江省西北部，隸屬湖州市，地勢(shì)由西南向東北傾斜，由高到低，依次分為山地、丘陵、平原3個(gè)地貌單元。域內(nèi)植被覆蓋率高，水土保持良好，氣候溫和，四季分明，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，是全國(guó)首個(gè)生態(tài)縣。縣域面積為1 886 km2，轄16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（開發(fā)區(qū)），人口44.70萬，其中農(nóng)村人口35.75萬。近年來，《浙江省農(nóng)村飲用水達(dá)標(biāo)提標(biāo)行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）》中提出相關(guān)部門要各負(fù)其責(zé)，密切配合，共同做好農(nóng)村飲用水達(dá)標(biāo)提標(biāo)工作，水利部門具體負(fù)責(zé)鄉(xiāng)鎮(zhèn)和單村供水工程建設(shè)與長(zhǎng)效管護(hù)工作。在該行動(dòng)計(jì)劃的指導(dǎo)下，安吉縣圍繞水量、水質(zhì)、用水方便程度和供水保證率4項(xiàng)指標(biāo)，以“水源工程、聯(lián)網(wǎng)供水、鎮(zhèn)村聯(lián)網(wǎng)、村級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化水站、水質(zhì)檢測(cè)中心”等項(xiàng)目建設(shè)為抓手，投入4.1億元，建成2座城市水廠、6座鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠、80座村級(jí)供水站，新增農(nóng)村受益人口36.01萬，逐步形成“集聚區(qū)規(guī)模供水為主、偏遠(yuǎn)村水站供水為輔”的城鄉(xiāng)供水一體化模式，全面提升農(nóng)村供水保障能力。

2 存在問題

2018年底，浙江省農(nóng)飲水工程達(dá)標(biāo)提標(biāo)行動(dòng)對(duì)農(nóng)村飲用水工程的信息化管理提出新的要求，需要對(duì)水廠和供水站的供水水質(zhì)、水量、水壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水工程在線監(jiān)測(cè)，推進(jìn)水廠、管網(wǎng)信息化管理。目前安吉縣內(nèi)仍有部分農(nóng)村飲用水供水站暫時(shí)無法達(dá)到信息化建設(shè)要求。以本次達(dá)標(biāo)提升工程建設(shè)涉及的81座供水站為例，這些供水站普遍存在工作情況監(jiān)測(cè)不及時(shí)和視頻監(jiān)控能力不足的問題。其中部分供水站缺少自動(dòng)化控制設(shè)備，水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)和記錄等依靠人工完成；而已經(jīng)安裝自動(dòng)化控制設(shè)備的供水站，由于設(shè)備陳舊，水站監(jiān)測(cè)頻次低、采樣誤差大、數(shù)據(jù)分散，不能及時(shí)反映污染變化，同樣無法滿足水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)，現(xiàn)有的大部分供水站未安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，無法實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況[1-2]。由于各個(gè)供水站分布分散，監(jiān)控和視頻未進(jìn)行統(tǒng)一管理，運(yùn)行管理人員無法及時(shí)掌控所有水站的加藥流程、凈水流程及供水站安全情況等，存在一定的安全隱患。

3 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

為解決安吉縣部分農(nóng)村供水站監(jiān)控不及時(shí)和視頻監(jiān)控能力不足的問題，設(shè)計(jì)一套農(nóng)村飲用水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，總體結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

監(jiān)控中心是農(nóng)飲水自動(dòng)化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)匯集及視頻監(jiān)控核心中樞。通過構(gòu)建安吉縣農(nóng)村飲用水監(jiān)控中心，將各個(gè)農(nóng)飲水站點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的交換機(jī)通過VPN網(wǎng)絡(luò)連接至監(jiān)控中心交換機(jī)，對(duì)分散的農(nóng)村飲用水站點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

監(jiān)控系統(tǒng)主要分為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)2部分。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)接農(nóng)飲水站點(diǎn)現(xiàn)地控制層的PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)供水站凈水工藝設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)信息查詢、報(bào)表導(dǎo)出等功能[3-4]。視頻監(jiān)控系統(tǒng)在各供水站點(diǎn)中的重要設(shè)備和重點(diǎn)區(qū)域安裝攝像頭，采集圖像信息存儲(chǔ)在本地硬盤錄像機(jī)，由監(jiān)控中心視頻綜合管理平臺(tái)進(jìn)行調(diào)用，并對(duì)視頻信息進(jìn)行存儲(chǔ)，為供水站的運(yùn)行控制提供圖像信息依據(jù)以及事故分析和追溯。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠同時(shí)投影到拼接大屏，直觀展示供水站工況[5]。

3.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（見圖2）能夠在監(jiān)控中心遠(yuǎn)程調(diào)度全縣的農(nóng)村供水站點(diǎn)，通過安裝在現(xiàn)場(chǎng)的水位計(jì)、流量計(jì)以及水質(zhì)儀表，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)信息，如流量、流速、濁度等，以及出廠水質(zhì)參數(shù)信息，如余氯、濁度、pH值、清水池液位、加藥桶液位等。通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析，判斷水站是否正常運(yùn)行，水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。若水質(zhì)異常，控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)報(bào)警提醒操作人員，并根據(jù)水站運(yùn)行狀況給出解決方法。水質(zhì)和運(yùn)行數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)處理后存入監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器，集中上傳至農(nóng)村飲用水安全管理平臺(tái)，用戶可以查詢當(dāng)前數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、系統(tǒng)信息等[6]。

圖2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)圖

本項(xiàng)目農(nóng)村飲用水站點(diǎn)按類型分為單村供水站和聯(lián)村供水站。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)只采集單村供水站水質(zhì)數(shù)據(jù)而不進(jìn)行控制；聯(lián)村供水站除數(shù)據(jù)采集外，增加自動(dòng)化控制功能。系統(tǒng)通過對(duì)接聯(lián)村供水站預(yù)留的控制接口可以遠(yuǎn)程設(shè)置各項(xiàng)控制參數(shù)并控制制水設(shè)備，如進(jìn)水閥門、出水閥門、排泥閥門、抽水水泵、加藥水泵、反沖水泵等。

3.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)狀況進(jìn)行定期巡視及安全保衛(wèi)，根據(jù)各供水站需要監(jiān)視的區(qū)域和設(shè)備不同，布置不同數(shù)量的槍機(jī)和球機(jī)。視頻攝像機(jī)安裝完成后將視頻信息存儲(chǔ)到本地硬盤錄像機(jī)，經(jīng)過VPN網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控系統(tǒng)通過綜合平臺(tái)進(jìn)行展示和管理，根據(jù)需要對(duì)視頻信息進(jìn)行存儲(chǔ)[7]。

視頻布置主要分為4類：?jiǎn)未逅镜囊曨l系統(tǒng)建設(shè)、聯(lián)村水站的視頻系統(tǒng)建設(shè)、示范點(diǎn)視頻系統(tǒng)建設(shè)和水源地視頻監(jiān)視。視頻監(jiān)視點(diǎn)布置見表1~4。其中，單村供水站的位置較偏遠(yuǎn)，需要監(jiān)視位置相對(duì)較少，在現(xiàn)場(chǎng)布置3處視頻監(jiān)視點(diǎn)；聯(lián)村水站的重要性和安保等級(jí)更高，在現(xiàn)場(chǎng)布置6處視頻監(jiān)視點(diǎn)；從聯(lián)村水站中選擇1個(gè)水站作為示范點(diǎn)，在重要的部位布置人臉抓拍槍機(jī)，共布置7處視頻監(jiān)視點(diǎn)；最后在重要水源地部署視頻監(jiān)視點(diǎn)，每個(gè)水源地部署1個(gè)視頻監(jiān)視點(diǎn)。

表1 單村水站視頻點(diǎn)部署情況表

表2 聯(lián)村水站視頻點(diǎn)部署情況表

表3 示范站點(diǎn)視頻點(diǎn)部署情況表

表4 水源地視頻監(jiān)視點(diǎn)部署情況表

4 結(jié) 語

安吉縣農(nóng)村飲用水自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)通過VPN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村飲用水供水站運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻圖像數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、傳輸，數(shù)據(jù)經(jīng)過系統(tǒng)處理后在監(jiān)控中心進(jìn)行集中展示存儲(chǔ)。運(yùn)行管理人員能夠通過自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)掌握全部供水站的運(yùn)行情況，了解供水站水質(zhì)信息，通過對(duì)接聯(lián)村供水站預(yù)留的控制接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)村供水站的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，進(jìn)一步提升水站安全性。監(jiān)控系統(tǒng)通過將分散的農(nóng)村飲用水供水站進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)水站數(shù)據(jù)與農(nóng)村飲用水安全管理平臺(tái)的對(duì)接，大大提高安吉縣農(nóng)村飲用水管理的安全可靠性和便捷性。