酒泉市農(nóng)村飲水工程計(jì)量設(shè)施及智能化管理系統(tǒng)應(yīng)用

王春艷，李廷祿

酒泉市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，甘肅酒泉 735000

近年來(lái)，國(guó)家大力推進(jìn)民生工程，進(jìn)一步推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略進(jìn)程，農(nóng)村飲水工程建設(shè)初期標(biāo)準(zhǔn)不高，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，管網(wǎng)漏損嚴(yán)重，造成水資源浪費(fèi)[1-2]。而農(nóng)村人口分布分散，上門(mén)收費(fèi)難度大，飲水計(jì)量、收費(fèi)智能化水平落后[3-4]。為解決農(nóng)村飲水計(jì)量收費(fèi)及農(nóng)村飲水工程可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，很多地區(qū)開(kāi)始建立農(nóng)村飲水計(jì)量智能化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、快捷、精準(zhǔn)收集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，有效控制了水資源浪費(fèi)，取得了一定成效[5-7]。

1 酒泉市農(nóng)村飲水安全工程的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1 工程現(xiàn)狀

酒泉市農(nóng)村飲水安全工程經(jīng)過(guò)十幾年的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村飲水安全從“量”到“質(zhì)”的跨越式發(fā)展，尤其是2005年以來(lái)，國(guó)家加大對(duì)農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)的投入力度，農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)得到長(zhǎng)足發(fā)展。農(nóng)村飲水安全普及率達(dá)到98%，入戶率100%。

1.2 存在的問(wèn)題

（1）計(jì)量設(shè)施陳舊落后。農(nóng)村飲水安全工程現(xiàn)有計(jì)量設(shè)備較為陳舊、落后，安裝的水表均為機(jī)械式水表，且村口無(wú)計(jì)量設(shè)備，計(jì)量設(shè)施簡(jiǎn)陋，管理方式較為落后。

（2）水費(fèi)收繳困難。戶用水表計(jì)量不準(zhǔn)確，有些水表無(wú)法計(jì)量或者損壞，沒(méi)有信息化監(jiān)控，無(wú)法有效及時(shí)感知設(shè)備異常，造成水費(fèi)無(wú)法應(yīng)收盡收，對(duì)于不交水費(fèi)的用水戶，不能及時(shí)停水，未形成有效的制約機(jī)制[8-9]。

（3）管網(wǎng)漏損嚴(yán)重，漏損率較高。村口沒(méi)有安裝計(jì)量裝置，村內(nèi)的戶用表計(jì)量不準(zhǔn)確，無(wú)法通過(guò)大表+小表以及平臺(tái)計(jì)算出村內(nèi)漏損，更無(wú)法定位支線漏水，管網(wǎng)漏損的問(wèn)題無(wú)法得到有效解決，導(dǎo)致用戶成本增加、水資源浪費(fèi)。

（4）工程運(yùn)行管理難度大，效率低下。農(nóng)村飲水安全工程管網(wǎng)長(zhǎng)，管道發(fā)生滲漏后不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，加大了用水戶的用水成本，工程無(wú)法達(dá)到良性的發(fā)展趨勢(shì)，增大了管理難度。

（5）信息化建設(shè)不足。農(nóng)村飲水工程信息化建設(shè)與現(xiàn)代化管理工作的要求已不相適應(yīng)，制約了項(xiàng)目管理水平的提高，各級(jí)水利行業(yè)主管部門(mén)也難以及時(shí)、準(zhǔn)確和全面地掌握農(nóng)村飲水安全工程的發(fā)展趨勢(shì)[10-12]。

（6）用戶用水滿意度低。農(nóng)村環(huán)境容易造成水表冬凍夏泡，加之用水戶比較分散，用水問(wèn)題不能得到及時(shí)解決，易給用戶造成極大不方便，用戶滿意度低。

2 解決方案

結(jié)合項(xiàng)目區(qū)現(xiàn)狀，為加快推進(jìn)農(nóng)村飲水安全水資源管理現(xiàn)代化進(jìn)程，提出農(nóng)村飲水安全工程水利信息化建設(shè)的總體目標(biāo)：

（1）通過(guò)計(jì)量設(shè)施改造，實(shí)現(xiàn)用水戶用水精準(zhǔn)計(jì)量，水費(fèi)應(yīng)收盡收。

（2）通過(guò)更換具備無(wú)線通信和閥控的計(jì)量水表，實(shí)現(xiàn)微信、APP遠(yuǎn)程繳費(fèi)、遠(yuǎn)程控制。

（3）建立信息化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)量設(shè)施數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化采集，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控計(jì)量設(shè)施，以及用戶用水?dāng)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為經(jīng)營(yíng)和決策提供數(shù)據(jù)化支撐。

（4）村口安裝大表，通過(guò)大表+小表的方式計(jì)算損耗，通過(guò)平臺(tái)分析定位漏損支線，有效減少漏損。統(tǒng)一定價(jià)，依靠云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)繳費(fèi)，讓老百姓喝放心水，交明白費(fèi)。

（5）依靠科技手段，有效監(jiān)控農(nóng)村飲水安全工程的運(yùn)行，節(jié)省人力和物力，使工程發(fā)揮應(yīng)有的作用，更好地為老百姓服務(wù)。

（6）農(nóng)村飲水安全工程的管控能力得到大幅提升，依靠現(xiàn)代化技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合信息化建設(shè)，將工程進(jìn)行有效管理，給居民提供及時(shí)周到的服務(wù)[13-14]。

3 總體框架

隨著各地對(duì)農(nóng)村飲水安全“一戶一表”工程改造的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)自來(lái)水智能化控制、自動(dòng)化管理的需求越來(lái)越迫切。為了實(shí)現(xiàn)智能管控，最大化發(fā)揮人力資源的利用效益，以“大服務(wù)、全服務(wù)”的理念，為用戶提供運(yùn)行維護(hù)，開(kāi)創(chuàng)平臺(tái)運(yùn)行全方位服務(wù)，基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)于一體，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、移動(dòng)數(shù)據(jù)遙信技術(shù)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自控技術(shù)融為一體，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程采集、傳輸、診斷和分析，創(chuàng)建了自動(dòng)化、信息化、智能化于一體的云平臺(tái)。包括水源地監(jiān)控系統(tǒng)、水廠監(jiān)控系統(tǒng)、泵站監(jiān)控系統(tǒng)、管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、用水分析系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、收費(fèi)計(jì)量和報(bào)警分析系統(tǒng)等組成。解決了依靠人工參與運(yùn)維管控方式的弊端，通過(guò)信息化自動(dòng)診斷和報(bào)警，節(jié)省了人力，提高了效率。

3.1 云平臺(tái)架構(gòu)

3.1.1 云計(jì)算架構(gòu) 云計(jì)算服務(wù)類型分為3類，即基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（LaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）?；A(chǔ)設(shè)施，即服務(wù)向云計(jì)算提供虛擬化計(jì)算資源，如虛擬機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)（圖1）。

3.1.2 云服務(wù)架構(gòu) 通過(guò)非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合，采用分布式緩存和存儲(chǔ)技術(shù)，引入容器化技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行環(huán)境隔離與動(dòng)態(tài)服務(wù)管理，為水源、水廠、泵站、管網(wǎng)和末端用水計(jì)量提供各種可靠性服務(wù)，確保數(shù)據(jù)安全、訪問(wèn)快捷。

3.2 手機(jī)APP管理軟件

手機(jī)App主要提供的是移動(dòng)巡檢功能，即巡檢員手持移動(dòng)巡檢設(shè)備，在按照巡檢任務(wù)執(zhí)行巡檢，并在移動(dòng)端填寫(xiě)巡檢情況，上傳巡檢記錄，圖片等相關(guān)的信息。其包括兩部分內(nèi)容：巡檢任務(wù)執(zhí)行和事件上報(bào)。同時(shí)移動(dòng)端還支持記錄巡檢員執(zhí)行巡檢期間的行動(dòng)軌跡，并將行動(dòng)軌跡上傳至巡檢服務(wù)端。當(dāng)巡檢人員在巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某些風(fēng)險(xiǎn)隱患或者其他事件時(shí)，可以上報(bào)事件。

3.3 自動(dòng)化遠(yuǎn)程抄表、數(shù)據(jù)共享

用水戶水表井中安裝物聯(lián)網(wǎng)智能水表計(jì)量用水量，所有采集數(shù)據(jù)通過(guò)4G、NB-LOT無(wú)線上傳至云平臺(tái)?？筛鶕?jù)行政村、儀表設(shè)備類型、儀表地址篩選用戶，查詢用水戶實(shí)時(shí)和剩余用水量、累計(jì)用水量等信息[15-16]。用水戶也可隨時(shí)查詢剩余用水量及水費(fèi)余額，當(dāng)用水戶水費(fèi)較少時(shí)，可設(shè)置自動(dòng)提醒繳費(fèi)通知，提醒用水戶及時(shí)繳納水費(fèi)，以免影響用水。

3.4 分類、多維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

可按行政鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村的日、月、季、年用水量統(tǒng)計(jì)用水量，按單用水戶的日、月、季、年水量統(tǒng)計(jì)用水量；用水量交費(fèi)統(tǒng)計(jì)可以利用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)；按行政村統(tǒng)計(jì)漏損統(tǒng)計(jì)分析，即按照村口計(jì)量—用水戶總計(jì)量進(jìn)行分析。

3.5 智能收費(fèi)、繳費(fèi)，可遠(yuǎn)程控制水表閥門(mén)

遠(yuǎn)程通過(guò)手機(jī)APP可以實(shí)現(xiàn)用水戶水表用水量、剩余水量數(shù)據(jù)查詢，水表設(shè)備工作狀態(tài)分析，行政用水分析，水表地理位置信息顯示，水表報(bào)警信息查詢，還可以通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程充值、充值記錄查詢、水表閥門(mén)遠(yuǎn)程控制等功能。

3.6 管網(wǎng)漏損分析、大數(shù)據(jù)分析

通過(guò)村口大表數(shù)據(jù)和村內(nèi)用戶表數(shù)據(jù)，分析漏損率，對(duì)于支線安裝表計(jì)，分析支線漏損率，并可通過(guò)數(shù)據(jù)分析定位漏損的支線。

依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，有6個(gè)維度的分析模塊：用水分析、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)運(yùn)行、運(yùn)行分析、數(shù)據(jù)服務(wù)、航拍展示，每個(gè)模塊可以從總體上清晰地了解運(yùn)行情況。例如：有側(cè)重整體各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)/縣用水從總量、各地區(qū)用量、人均用水量等多角度分析；有側(cè)重于數(shù)據(jù)是否有異常分析，如通訊異常、3 d及多天通訊不上數(shù)據(jù)、用戶用水徒增等。其他功能則是從用戶關(guān)閥、欠費(fèi)、老年用戶特殊服務(wù)等方面進(jìn)行分析，幫助決策者和管理者快速掌握總體運(yùn)行和用水情況[17-19]。

3.7 水利“一張圖”

可以將各管網(wǎng)的測(cè)量經(jīng)緯度導(dǎo)入平臺(tái)，展示出各管網(wǎng)走勢(shì)和運(yùn)行數(shù)據(jù)；村口大表可以在地圖標(biāo)注并可以和實(shí)際數(shù)據(jù)展示；每個(gè)表井的位置可以標(biāo)注，點(diǎn)擊表井會(huì)展示此表井的所有用戶的運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過(guò)地圖和用戶數(shù)據(jù)結(jié)合的方式直觀展示，方便現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)定位，實(shí)現(xiàn)一張圖可總覽運(yùn)行。

4 解決問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 4G通信技術(shù)

4G信號(hào)強(qiáng)，覆蓋農(nóng)村，通過(guò)4G技術(shù)有效保證了設(shè)備通訊成功率，通過(guò)自動(dòng)抄表節(jié)省大量人力物力。

4.2 水表實(shí)現(xiàn)滴水計(jì)量

多用戶物聯(lián)網(wǎng)超聲水表利用超聲相差測(cè)流技術(shù)實(shí)現(xiàn)水流的高精度、高靈敏度測(cè)量，實(shí)現(xiàn)滴水微流量的計(jì)量統(tǒng)計(jì)，解決供水管網(wǎng)的跑冒滴漏監(jiān)測(cè)難題，計(jì)量傳感器管路內(nèi)部無(wú)任何機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)及磨損結(jié)構(gòu)，使多用戶超聲水表的計(jì)量更準(zhǔn)確，使用壽命更長(zhǎng)。

4.3 子母表+軟件分段計(jì)算實(shí)現(xiàn)，降低漏損率

在干支線安裝子母表，通過(guò)軟件平臺(tái)的分段計(jì)量和大數(shù)據(jù)的分析計(jì)算技術(shù)，有效定位漏損點(diǎn)，及時(shí)排查降低漏損率。

4.4 保障在惡劣環(huán)境中運(yùn)行

超聲水表利用動(dòng)態(tài)壓力平衡技術(shù)，解決了水表在水下受壓滲水失效問(wèn)題，使多用戶超聲水表可以長(zhǎng)期浸水運(yùn)行，完全適用于各種惡劣環(huán)境。水表默認(rèn)30 d進(jìn)行1次閥門(mén)防銹動(dòng)作，防止閥門(mén)被水垢封住。動(dòng)作時(shí)間可刷卡設(shè)定，根據(jù)不同地區(qū)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.5 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)支付（微信、支付寶）、遠(yuǎn)程控制閥門(mén)

水表支持遠(yuǎn)程支付，通過(guò)微信小程序、APP、網(wǎng)頁(yè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程下將充值水量發(fā)送至水表，方便快捷，解決老百姓的充值麻煩的問(wèn)題。

4.6 大數(shù)據(jù)分類數(shù)據(jù)分析

利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析，從各個(gè)維度分析用水?dāng)?shù)據(jù)，能精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)水資源用水管理，為管理決策提供數(shù)據(jù)支撐，通過(guò)數(shù)據(jù)有效決策。

4.7 實(shí)現(xiàn)分體刷卡，太陽(yáng)能充電

刷卡終端安裝在地上，基表安裝在表井內(nèi)，卡直接在地上終端刷卡，并且刷卡終端自帶太陽(yáng)能板，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能充電并且反補(bǔ)給井池內(nèi)基表，延長(zhǎng)終端、基表內(nèi)的電池使用年限。

5 工程效果分析

新的管理模式依靠科技手段，通過(guò)云平臺(tái)的大數(shù)據(jù)分析和異常數(shù)據(jù)推送，可以高效及時(shí)地對(duì)管轄范圍的用戶進(jìn)行服務(wù)，減少人力和物力投入的情況下，使得農(nóng)村供水管理得更加及時(shí)、快捷，真正管控并解決好村級(jí)供水運(yùn)營(yíng)中“降損、收費(fèi)、服務(wù)、維護(hù)”問(wèn)題，真正打通農(nóng)村供水管理“最后一公里”。

5.1 高質(zhì)量服務(wù)，老百姓滿意

用戶通過(guò)微信小程序網(wǎng)上繳費(fèi)和網(wǎng)上查詢用水，解決了用戶的繳費(fèi)問(wèn)題，老百姓滿意度高。

5.2 收費(fèi)透明且信息化，漏損問(wèn)題得到解決

政府制定統(tǒng)一的用水價(jià)格，采用智慧云平臺(tái)統(tǒng)一管理收費(fèi)，避免了價(jià)格不一和不透明的高水價(jià)問(wèn)題。通過(guò)現(xiàn)代化的技術(shù)手段和信息化平臺(tái)，讓用戶繳費(fèi)更加便捷，并且能隨時(shí)隨地查詢自己的用水信息，實(shí)現(xiàn)了老百姓繳明白費(fèi)、喝放心水。

鎮(zhèn)級(jí)中心的現(xiàn)場(chǎng)工作人員會(huì)定期巡線，發(fā)現(xiàn)村內(nèi)管網(wǎng)破壞后會(huì)及時(shí)維修。通過(guò)后臺(tái)大數(shù)據(jù)分析和村口表+支線大表+小表的方式定位漏損點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)利用專業(yè)化設(shè)備查找和及時(shí)維修漏損點(diǎn)，依靠科技的手段減少漏損。

5.3 保障工程的長(zhǎng)效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)智能化管理

通過(guò)后臺(tái)的大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)處理定位設(shè)備通訊異常、報(bào)警、用水異常等情況，用心、精準(zhǔn)服務(wù)老百姓，保證了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，為老百姓用水提供了有效保障。

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)抄表和數(shù)據(jù)分類管理，對(duì)數(shù)據(jù)的采集實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，收費(fèi)數(shù)據(jù)由軟件后臺(tái)自動(dòng)計(jì)算，對(duì)用水進(jìn)行分析，對(duì)異常進(jìn)行報(bào)警，無(wú)須現(xiàn)場(chǎng)抄表、人工計(jì)算收費(fèi)、人工報(bào)表等各種煩瑣復(fù)雜的勞動(dòng)，節(jié)省了人力和物力。