寧夏彭陽縣“互聯(lián)網(wǎng)+人飲”關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用與實踐

杜玉斌

(寧夏回族自治區(qū)彭陽縣王洼產(chǎn)業(yè)園區(qū)管理委員會，寧夏 彭陽 756500)

1 概 述

彭陽縣位于寧夏東南部邊緣，六盤山東麓，西連寧夏原州區(qū)，東、南、北分別環(huán)臨甘肅省鎮(zhèn)原縣、平?jīng)鍪泻铜h(huán)縣。現(xiàn)轄4鎮(zhèn)8鄉(xiāng)156個行政村6個居民委員會，總?cè)丝?5.03萬，以農(nóng)業(yè)經(jīng)濟為主。近年來，彭陽縣把農(nóng)村飲水安全工程管理當作水利可持續(xù)發(fā)展的助推器，狠抓工程運行管理，針對點多面廣、跑冒滴漏嚴重、管理成本高、供水保障率差、群眾意見大、水費收繳難等問題，謀出路、想辦法、補短板，從2012年開始，大膽采用云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，借助“智慧寧夏”水利云、“寬帶寧夏”等公共資源，運用互聯(lián)網(wǎng)思維、信息化手段、社會化服務(wù)推動人飲工程管理服務(wù)轉(zhuǎn)型，積極探索“移動互聯(lián)網(wǎng)+人飲”管理新模式，取得了節(jié)水、減員、降本、增效的突出效果，形成了自來水“從源頭到龍頭”的自動化信息運行管護體系。

2 自動控制設(shè)計

2.1 自動化監(jiān)控體系總體拓撲圖

信息采集與傳輸系統(tǒng)，包括工程的自動化采集控制、泵站采集控制控制、蓄水池水位采集控制、泵站前池進水閥控制、供水管網(wǎng)流量壓力采集控制、主要供水支管流量采集及閘閥控制、用水戶水表數(shù)據(jù)采集及閥門控制。網(wǎng)絡(luò)測試，彭陽全縣12個鄉(xiāng)鎮(zhèn)156個行政村721個自然村均有GPRS信號覆蓋，設(shè)計采用布設(shè)通信信號增強器(微型直放站)、增強型天線、“新四通”工程3種方案提供網(wǎng)絡(luò)通信支持。自動化設(shè)備及采集傳輸系統(tǒng)的拓撲圖見圖1。

圖1 信息采集傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 通信與計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

本系統(tǒng)由上位機服務(wù)器、Web應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、消息列隊服務(wù)器、流煤體服務(wù)器、帶GPRS/GSM模塊的采集器、流量計、液位傳感器、水質(zhì)儀器等組成(見圖2)。

圖2 計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖

2.3 泵站水池監(jiān)測與控制

泵站、調(diào)蓄池、減壓池采集控制設(shè)備通過液位傳感器實時采集液位信息上報云平臺，根據(jù)設(shè)備自身控制邏輯或云平臺邏輯判斷是否開啟電動閥門給蓄水池供水，當蓄水池水位達到蓄水上限時關(guān)閉閥門，同時根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)進行上下限值、控制、電量、通信等的報警、預(yù)警，避免蓄水池蓄水人工操作、傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)控制過程中發(fā)生的不及時或無監(jiān)管的供水損失，保證蓄水池的蓄水全程遠程監(jiān)測與控制(見圖3)。

圖3 泵站水池監(jiān)測與控制系統(tǒng)架構(gòu)

2.4 管網(wǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制

供水管網(wǎng)監(jiān)測體系需要通過遠程監(jiān)測、控制等自動化設(shè)施建設(shè),實現(xiàn)壓力、流量的快速采集傳輸，實現(xiàn)對重要分水節(jié)點的水情在線監(jiān)測、聯(lián)合控制邏輯，當出現(xiàn)水管破裂、用水戶停水、設(shè)備檢修，管網(wǎng)整改等問題時能夠通過判斷全局的供水情況進行控制，保證供水工程的正常運轉(zhuǎn)。

2.5 入戶水表計量

彭陽縣位于黃土高原丘陵溝壑區(qū)，農(nóng)村供水管網(wǎng)復(fù)雜，用水區(qū)域比較分散，對較集中的農(nóng)村用水戶采用光電直讀水表，分散的用水戶采用射頻卡水表，設(shè)置集中供水點的偏遠地區(qū)同樣采用射頻磁卡水表，實時對管網(wǎng)進行監(jiān)測，同時實時繳費，降低人工成本，提高繳費率。

2.6 設(shè)備設(shè)計及選型

a.數(shù)據(jù)采集器。針對彭陽縣農(nóng)村飲水工程特點，結(jié)合實際使用條件、環(huán)境、運行維護、工程造價等因素，選用無線采集器(具體技術(shù)參數(shù)比較見表1)。

表1 無線采集器與其他同類產(chǎn)品技術(shù)性能比較

b.液位傳感器。通過國內(nèi)外先進的隔離型擴散硅敏感原件的壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標準電信號。根據(jù)彭陽農(nóng)村飲水工程水質(zhì)情況，選用結(jié)構(gòu)精巧、調(diào)校簡單、安裝靈活的JYB系列投入式靜壓液位變送器，采用為4～20mA、0～5V、0～10mA等標準信號輸出方式。

c.管道壓力傳感器。采用進口的硅壓阻壓力敏感芯片，封裝到316L不銹鋼外殼，外加壓力從不銹鋼膜片通過硅油傳遞到敏感芯片上。傳感器的放大模塊采用進口集成IC，抗干擾防雷擊，通過電腦調(diào)節(jié)，數(shù)字標定后轉(zhuǎn)化成標準的模擬信號，數(shù)據(jù)高效精準。

d.超聲波流量計。測量精度1%，工作電源85～264VAC/8～36VDC，功耗50mA，通信協(xié)議MODBUS協(xié)議、M-BUS協(xié)議、FUJI擴展協(xié)議，數(shù)據(jù)儲存選配內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲器(SD卡)，可儲存時間、瞬時流量、累計流量、信號狀態(tài)等。

e.光電直讀遠傳水表。由光電無源直讀模塊和旋翼式多流水表組成，光電無源直讀模塊負責水表字輪讀數(shù)光電采集、處理及傳輸，旋翼式多流水表采集管道流量。該表可通過RS485或MBUS總線傳輸數(shù)據(jù)，計數(shù)器結(jié)構(gòu)分液封結(jié)構(gòu)和干式結(jié)構(gòu)，液封結(jié)構(gòu)的字輪機構(gòu)采用特種液體封裝，可長期保持表盤示值清晰，讀數(shù)永不污染；干式結(jié)構(gòu)的計數(shù)機構(gòu)真空密封，表度盤字輪不受水質(zhì)影響，讀數(shù)永久清晰(機械部分示值參數(shù)見表2，電子技術(shù)參數(shù)見表3)。

表2 機械部分示值參數(shù)

續(xù)表

表3 光電直讀遠傳水表電子技術(shù)參數(shù)

3 信息化系統(tǒng)設(shè)計

3.1 總體架構(gòu)

彭陽人飲信息化是寧夏“智慧水利”的重要組成部分，是新形勢下寧夏人飲工程信息化建設(shè)的先行試點。信息化總體架構(gòu)分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、平臺層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、公共服務(wù)層、用戶層以及標準化規(guī)范和保障體系(見圖4)。

圖4 彭陽人飲信息化總體架

3.2 供水工程自動化監(jiān)控子系統(tǒng)

供水工程自動化監(jiān)控子系統(tǒng)具有自動化監(jiān)控設(shè)備接入、自動化監(jiān)控數(shù)據(jù)整編、報警預(yù)警、遠程控制、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、已建水廠自動化集成、視頻監(jiān)控、新增設(shè)備信息及參數(shù)初始化8個一級功能，日志管理、報警管理、聯(lián)動控制等29個二級功能。

3.3 水費計收管理子系統(tǒng)

水費計收管理系統(tǒng)通過遠程抄表，代替8個抄表組員工的人工工作量，可大量節(jié)省管理成本，系統(tǒng)支持IC卡水費預(yù)繳，支付寶、微信和移動服務(wù)商代繳等多種繳費方式，極大方便用水戶完成水費繳費。系統(tǒng)主要功能包括用戶管理、水價管理、水費管理、收費管理和統(tǒng)計分析5個一級功能，用戶基本信息管理、用戶用水信息管理、用水計量、水費計算等11個二級功能。

3.4 工程管理子系統(tǒng)

工程管理子系統(tǒng)負責彭陽人飲工程各類建筑物、管網(wǎng)、自動化設(shè)備的基礎(chǔ)信息管理、工程建設(shè)信息管理，基于信化應(yīng)用平臺的“一工程一平臺”，提供各類建筑物、管網(wǎng)、自動化設(shè)備的全生命周期的管理。工程管理子系統(tǒng)主要由工程規(guī)劃管理、工程建設(shè)管理、工程運行管理和工程維護管理4個一級功能和項目立項、設(shè)計管理、日常巡查等18個二級功能組成。

3.5 彭陽人飲移動APP

建設(shè)彭陽人飲移動APP可以集成各個業(yè)務(wù)科室的工作，簡化操作步驟，提高工作效率，優(yōu)化工作內(nèi)容，節(jié)約勞動力，實時掌握整個供水工程情況，實現(xiàn)彭陽人飲業(yè)務(wù)信息化管理系統(tǒng)全覆蓋，包括移動門戶、移動一張圖、用水節(jié)水移動管理、工程移動管理、水費移動管理。

3.6 彭陽“人飲一張圖”

彭陽“人飲一張圖”具有數(shù)據(jù)生產(chǎn)、地理信息服務(wù)、一張圖交互、工程供水形勢解析、工程運行形勢解析、工程建設(shè)形勢解析、水費收繳形勢解析和公眾用水反饋解析8個二級功能。

3.7 指揮調(diào)度中心

彭陽農(nóng)村飲水指揮中心建設(shè)分為監(jiān)控中心裝飾工程、指揮中心信息化建設(shè)，包括大屏顯示系統(tǒng)、視頻配套系統(tǒng)、高保真擴聲系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)、配套弱電系統(tǒng)建設(shè)。

4 建設(shè)模式

彭陽農(nóng)村人飲工程采用設(shè)計施工總承包管理，項目總承包方為加強彭陽縣農(nóng)村飲水鞏固提升工程項目管理，完善管理制度，明確崗位責任，提高工作效率，使項目管理工作規(guī)范化、制度化、標準化，總包單位以“項目管理目標責任書”的形式，明確項目目標和項目經(jīng)理的職責、權(quán)限和利益。項目經(jīng)理根據(jù)公司法定代表人授權(quán)的范圍、時間和“項目管理目標責任書”中規(guī)定的內(nèi)容，對EPC總承包項目實行全過程、全面管理。

5 管理方式

5.1 強化運營管理責任

彭陽縣人民政府是農(nóng)村飲水工程的責任主體，對工程的安全有效運行負總責?？h水務(wù)局作為政府授權(quán)監(jiān)管部門，履行監(jiān)管職責，負責研究、制定工程運行管理的政策和制度，對工程運行管理、水價核定、計量收費、養(yǎng)護維修、水源保護、日常水質(zhì)監(jiān)測等工作進行指導(dǎo)和監(jiān)督，組織供水工程管理人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)與考核。

縣農(nóng)村供水管理有限公司是直接責任主體，負責對本轄區(qū)供水工程制定運行管護辦法和安全運行規(guī)章制度，落實管護人員及報酬，簽訂工程供用水及管護協(xié)議，負責對水源保護區(qū)、水池、提水站、輸配水管道、水過濾及消毒處理設(shè)施、管理房等設(shè)施進行管理，確保按供用水合同約定的水質(zhì)不間斷供水。

用水戶對供水設(shè)施運行管理情況進行監(jiān)督，負責入戶工程的管理，保證入戶管道等設(shè)施完好；積極履行飲用水義務(wù)并按時繳足水費；積極協(xié)助供水公司做好突發(fā)事件應(yīng)急處置工作。

5.2 健全水價形成機制

彭陽縣于2017年8月召開了用水價格聽證會，并于2018年5月調(diào)整了城鄉(xiāng)供水、污水處理費和農(nóng)業(yè)灌溉供水價格，中南部飲水工程水源成本價格為2.45元/m3，彭陽水源價格執(zhí)行0.7元/m3，工程水源價格與成本的差額為1.75元/m3，由區(qū)、縣按照5∶5比例分攤，終端城鄉(xiāng)水價最終確定為2.6元/m3。

6 取得成效

6.1 深化建管服改革，強化行業(yè)監(jiān)管責任

彭陽縣打破傳統(tǒng)的等靠要建管模式，2017年建立專門的水務(wù)投融資平臺，多元化籌資3.1億元，通過政企雙方共同出資成立彭陽縣農(nóng)村供水管理有限公司，協(xié)同負責全縣農(nóng)村供水工程運行管理，完善了公共服務(wù)供給模式，實現(xiàn)政府職能轉(zhuǎn)變、管理與市場化服務(wù)的有機結(jié)合。

6.2 創(chuàng)新模式補齊短板，破解“最后一百米”難題

工程采用球墨鑄鐵管、PPR管等新型材料，引進超聲波流量計、光電直讀遠傳水表、水質(zhì)一體化傳感器等自動化監(jiān)測設(shè)備，高標準建設(shè)，配套設(shè)施建筑物、聯(lián)戶表井，進行管網(wǎng)監(jiān)測改造，補齊了農(nóng)村供水工程建設(shè)短板，打通了“人飲工程最后一百米”。

6.3 利用“互聯(lián)網(wǎng)+”信息化技術(shù)，實現(xiàn)工程智能化管理

依托寧夏水利云和寬帶寧夏公共資源，基于全區(qū)“水慧通”統(tǒng)一應(yīng)用平臺，采用云化部署、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、智能視頻分析、供水調(diào)度、大數(shù)據(jù)故障預(yù)警、移動應(yīng)用服務(wù)、邊緣計算等新技術(shù)，對全縣農(nóng)村供水泵站、蓄水池、管網(wǎng)等進行了信息化改造，從水源到水龍頭實施自動化監(jiān)控，全程自動運行，管理人員從90人減少到40人，年減少人員工資120萬元，管網(wǎng)漏損率由40%降低到15%。工程供水量、供水人口、供水保證率、運行監(jiān)控等各類信息實時傳遞、展示、分析，數(shù)據(jù)更加準確全面，管理更加科學(xué)高效。

6.4 推進均等化服務(wù)，打造智慧人飲新格局

智能水表進村入戶和“彭陽智慧人飲”公眾號的開通運行，使群眾足不出戶便能隨時查看用水信息、申請停用水以及微信繳費，水費收繳率達90%以上，使群眾吃上“明白水、放心水”的同時，有效解決了水費收繳難問題，形成了水費收得回、服務(wù)跟得上、供水有保障的農(nóng)村飲水安全管理新格局，農(nóng)村飲水安全群眾滿意度達98%。

7 結(jié) 語

彭陽縣干旱缺水，成為了制約全縣經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。本文探討了彭陽縣農(nóng)村飲水安全工程管理方式方法，介紹了云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)思維、信息化手段、社會化服務(wù)等有效組合，推動了農(nóng)村供水工程管理服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究，走出了一條山區(qū)“互聯(lián)網(wǎng)+人飲”管理新路徑。