基于Web的農(nóng)村污水生態(tài)治理設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江蘇合信環(huán)境發(fā)展有限公司 王衛(wèi)兵

針對(duì)農(nóng)村污水處理站的日常監(jiān)管等難題。本文開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了基于Web的農(nóng)村污水生態(tài)治理設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用面向服務(wù)的B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，前端展現(xiàn)采用網(wǎng)頁(yè)發(fā)布方式，后臺(tái)云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集通訊服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和Web服務(wù)。系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)平臺(tái)操作和手機(jī)終端操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)農(nóng)村污水處理設(shè)施在線管控，為實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興、建設(shè)美麗新農(nóng)村的環(huán)境保護(hù)提供了解決思路。

農(nóng)村污水治理是改善農(nóng)村人民居住環(huán)境的重點(diǎn)，也是鄉(xiāng)村振興、建設(shè)美麗新農(nóng)村的重要組成部分。近幾年，各地區(qū)生態(tài)環(huán)境局積極爭(zhēng)取上級(jí)資金，助推街鎮(zhèn)建設(shè)農(nóng)村污水治理設(shè)施，通過(guò)因地制宜、統(tǒng)籌推進(jìn)，切實(shí)改善轄區(qū)農(nóng)村人居環(huán)境，助力鄉(xiāng)村振興。但是，隨著農(nóng)村污水處理設(shè)施的增多，如何加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村污水處理站的日常監(jiān)管？如何確保農(nóng)村污水處理設(shè)施正常運(yùn)行效率？等一系列問(wèn)題困擾著一線監(jiān)管部門(mén)，也一直阻礙了減少農(nóng)村面源污染、全面助力鄉(xiāng)村生態(tài)振興的大局。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于Web的農(nóng)村污水生態(tài)治理設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)的主要目標(biāo)是建立一個(gè)統(tǒng)一、通用、開(kāi)放的基于Web瀏覽方式的平臺(tái)軟件，使用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一采集分散式污水設(shè)施站點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)4G/5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控指令的傳輸。系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化圖形表示、規(guī)范數(shù)據(jù)定義、統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口、統(tǒng)一功能實(shí)現(xiàn)等。通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成圖形、報(bào)表等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢、分析，解決了環(huán)境主管部門(mén)對(duì)污水處理設(shè)施的在線管控。

1 開(kāi)發(fā)平臺(tái)

1.1 Net技術(shù)

本系統(tǒng)平臺(tái)是基于.Net技術(shù)搭建的，.Net是一種用于構(gòu)建多種應(yīng)用的免費(fèi)開(kāi)源開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它是微軟當(dāng)代的操作平臺(tái)，它允許人們?cè)谄渖蠘?gòu)建各種應(yīng)用方式，使人們盡可能通過(guò)簡(jiǎn)單的方式，多樣化地、最大限度地從網(wǎng)站獲取信息，解決網(wǎng)站之間的協(xié)同工作，并打破計(jì)算機(jī)、設(shè)備、網(wǎng)站、各大機(jī)構(gòu)和工業(yè)間的障礙—即所謂的“數(shù)字孤島”，從而實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)的全部潛能，搭建起第三代互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

1.2 SQL Server

SQL是英文Structured Query Language的縮寫(xiě)，意思為結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言。SQL語(yǔ)言的主要功能就是同各種數(shù)據(jù)庫(kù)建立聯(lián)系，進(jìn)行溝通。SQL被作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，SQL Server是由Microsoft開(kāi)發(fā)和推廣的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。SQL Server是真正的客戶機(jī)/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，它使用圖形化用戶界面，使系統(tǒng)管理和數(shù)據(jù)庫(kù)管理更加直觀、簡(jiǎn)單、便于操作；它具有豐富的編程接口工具，為用戶進(jìn)行程序設(shè)計(jì)提供了更大的選擇余地，對(duì)Web技術(shù)的支持，使用戶能夠很容易地將數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)發(fā)布到Web頁(yè)面上。

1.3 響應(yīng)式布局

響應(yīng)式布局的概念是指在Web中的網(wǎng)頁(yè)能自動(dòng)識(shí)別屏幕寬度并隨之相應(yīng)調(diào)整出智能的網(wǎng)站設(shè)計(jì)。響應(yīng)式布局的實(shí)質(zhì)就是讓用戶可以使用各種不同的設(shè)備瀏覽網(wǎng)站，都能得到較好的視覺(jué)效果的方法。比方說(shuō)，一個(gè)用戶先后使用計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)瀏覽相同的網(wǎng)站，雖然智能手機(jī)的屏幕尺寸遠(yuǎn)小于計(jì)算機(jī)的顯示器，但是用戶卻沒(méi)有感到任何的差異，這就是響應(yīng)式布局帶來(lái)的好處。隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，人們也越來(lái)越多地的使用各種不同的移動(dòng)設(shè)備來(lái)上網(wǎng)瀏覽網(wǎng)站，因此響應(yīng)式布局的優(yōu)點(diǎn)就更加明顯了。在響應(yīng)式布局的網(wǎng)站設(shè)計(jì)中，一個(gè)網(wǎng)站可以兼容多個(gè)終端，比如計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)以及各種移動(dòng)設(shè)備，使用戶體驗(yàn)到舒適的上網(wǎng)感覺(jué)。因此，響應(yīng)式布局的網(wǎng)站設(shè)計(jì)更加人性化，更加符合時(shí)代的發(fā)展和人們上網(wǎng)的需求。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要采用面向服務(wù)的B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，前端展現(xiàn)采用網(wǎng)頁(yè)發(fā)布方式，后臺(tái)云服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集通訊服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和Web服務(wù)。系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通迅平臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站點(diǎn)組成。

在云服務(wù)器建立遠(yuǎn)程通訊軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各終端進(jìn)行遠(yuǎn)程在線監(jiān)控；負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站點(diǎn)發(fā)送定時(shí)指令輪詢，接收數(shù)據(jù)與解析。按設(shè)定時(shí)間參數(shù)統(tǒng)一存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成圖形、報(bào)表等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢、分析，生成各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

云服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站采用無(wú)線GPRS通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站點(diǎn)包含PLC控制柜、GPRS通訊模塊。

3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 運(yùn)行監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

運(yùn)行監(jiān)控模塊以監(jiān)控畫(huà)面、報(bào)表、圖像的形式動(dòng)態(tài)顯示現(xiàn)場(chǎng)處理點(diǎn)的工藝過(guò)程、參數(shù)、設(shè)備工況，可以顯示當(dāng)前監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，主要功能包括：數(shù)據(jù)采集、水樣采集監(jiān)測(cè)結(jié)果、設(shè)施設(shè)備維護(hù)記錄，包括提升泵、填料、管道、流量計(jì)、管道閥門(mén)、一體化設(shè)備、調(diào)節(jié)池等維護(hù)（維修、更換）記錄，注明時(shí)間、單位、人員、價(jià)格，若設(shè)備與原設(shè)計(jì)不同時(shí)還要注明。污泥清淘記錄、綠化養(yǎng)護(hù)記錄、預(yù)留前端綜合收集池內(nèi)輸送泵維護(hù)記錄。

建立工藝流程二維三維的流程圖，可以實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)處理運(yùn)行過(guò)程中各種設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)、檢測(cè)參數(shù)、流量、PH、電流等數(shù)據(jù)，通過(guò)點(diǎn)擊圖或模型上對(duì)應(yīng)的設(shè)備、設(shè)施，顯示其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并輔以直方圖和曲線圖、棒圖等多種方式來(lái)展示設(shè)備設(shè)施的歷史狀態(tài)，方便工作人員對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史查詢和對(duì)比分析，如圖1所示。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)Fig.1 Monitoring system

3.2 電子地圖監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)提供基于電子地圖的運(yùn)行監(jiān)測(cè)功能，通過(guò)電子地圖顯示各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)處理點(diǎn)的地理位置信息，針對(duì)不同類型的監(jiān)測(cè)點(diǎn)可以配置不同的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的實(shí)時(shí)通訊，獲取實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)地圖和列表等方式進(jìn)行展示。

3.3 數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)通過(guò)曲線、餅圖、表格及動(dòng)畫(huà)形式進(jìn)行顯示，通過(guò)大屏幕，網(wǎng)頁(yè)的形式展示出來(lái)如圖2所示。分析項(xiàng)目包括：（1）處理水質(zhì)（CODCr 、NH4—N、T P、SS等4項(xiàng)指標(biāo)）達(dá)標(biāo)情況，不達(dá)標(biāo)原因自動(dòng)分析（可按不同時(shí)間段）； （2）按時(shí)間段對(duì)運(yùn)行成本進(jìn)行有效分析（采集電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)等數(shù)據(jù)按時(shí)間合計(jì)分析）；（3）設(shè)備負(fù)荷運(yùn)行比例（實(shí)際值與設(shè)計(jì)處理規(guī)模比較），可選擇項(xiàng)目從高到低排列等。

圖2 統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 Statistical chart

3.4 智能手機(jī)客戶端設(shè)計(jì)

通過(guò)手機(jī)App開(kāi)發(fā)，可以查看各個(gè)站點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、傳感器信息、實(shí)時(shí)流速以及在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也可以查看站點(diǎn)實(shí)時(shí)圖像信息；智能手機(jī)客戶端可以查看站點(diǎn)分析報(bào)表，例如水質(zhì)報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行報(bào)表等，如圖3所示。

圖3 監(jiān)控圖Fig.3 Monitoring chart

4 系統(tǒng)測(cè)試

通過(guò)對(duì)軟件的開(kāi)發(fā)，測(cè)試成本也包括了大量的測(cè)試工作，通過(guò)測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)有部分程序出現(xiàn)錯(cuò)誤。本系統(tǒng)測(cè)試主要包括以下部分：

（1）功能測(cè)試：對(duì)系統(tǒng)的軟件功能進(jìn)行測(cè)試是功能測(cè)試的主要目的，根據(jù)測(cè)試才能夠反映出系統(tǒng)是否能夠更好地應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中；（2）強(qiáng)度測(cè)試及性能測(cè)試：這個(gè)部分主要是測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否達(dá)到了預(yù)期的功能，是否還有其他的功能實(shí)現(xiàn)；（3）安全測(cè)試：安全測(cè)試反應(yīng)了系統(tǒng)是否能夠隨時(shí)進(jìn)行使用和運(yùn)行。再就是對(duì)數(shù)據(jù)方面的安全測(cè)試，模塊測(cè)試的主要方式是代碼審查和軟件測(cè)試，也叫做單元測(cè)試。就是為了能夠讓系統(tǒng)中的每個(gè)模塊都能正常運(yùn)行，在測(cè)試過(guò)程中，都是在查找編碼和設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的一些小錯(cuò)誤。

5 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞農(nóng)村污水處理設(shè)施運(yùn)維等困難，提出了Web的農(nóng)村污水處理設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)中采用的開(kāi)發(fā)工具和軟件、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)紀(jì)測(cè)試等進(jìn)行介紹。系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成圖形、報(bào)表等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢、分析，解決了環(huán)境主管部門(mén)對(duì)污水處理設(shè)施的在線管控，具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值。