基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村配水系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)踐探索

摘要：隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，飲用水安全配置已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，直接關(guān)系到民眾健康和社會(huì)穩(wěn)定。但是，水質(zhì)監(jiān)測(cè)和凈化能力不達(dá)標(biāo)，缺乏現(xiàn)代管理和技術(shù)，導(dǎo)致部分農(nóng)村地區(qū)配水問題嚴(yán)重?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的融合應(yīng)用，探索農(nóng)村配水系統(tǒng)構(gòu)建與實(shí)施的路徑，從而逐步達(dá)成農(nóng)村飲用水安全保障的根本目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；農(nóng)村配水；系統(tǒng)構(gòu)建；實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TV213.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）11-0073-03

Construction and practical exploration of rural water distribution system based on Internet of Things

LI Zehui1， ZUO Qiang2

（1. Hangzhou Wentuo Intelligent Technology Co.， Ltd.， Hangzhou 310012， China;

2. Huanghuai Laboratory， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： With the continuous development of rural economy， the safe allocation of drinking water has become a focus of social attention， directly related to public health and social stability. However， the inadequate water quality monitoring and purification capabilities， as well as the lack of modern management and technology， have led to serious water distribution problems in some rural areas. Based on the integration application of Internet of Things technology， the path of constructing and implementing rural water distribution systems is explored， thus gradually achieving the fundamental goal of ensuring rural drinking water safety.

Keywords： Internet of Things; rural water distribution; system construction; practice

近年來，我國(guó)農(nóng)村飲用水安全工程不斷推進(jìn)，居民用水質(zhì)量有所改善，但我國(guó)農(nóng)村飲用水安全管理體系仍存短板，集中配水效率未達(dá)既定標(biāo)準(zhǔn)，制約農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。這就需要相關(guān)部門重視智能農(nóng)村配水系統(tǒng)建設(shè)，結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化管理策略，以增強(qiáng)農(nóng)村配水的安全性與穩(wěn)定性[1]。物聯(lián)網(wǎng)是指通過信息傳感設(shè)備，按照約定協(xié)議將任何物體與網(wǎng)絡(luò)相連，物體通過信息傳播媒介進(jìn)行信息交換和通信，從而實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤和監(jiān)管等功能。物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的農(nóng)村配水系統(tǒng)依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)配水全鏈條進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)收集、智能解析及遠(yuǎn)程操控，旨在促進(jìn)水資源的優(yōu)化配置、高效利用與精細(xì)化管理。該系統(tǒng)集成傳感器、控制器和網(wǎng)絡(luò)通信模塊等，全面感知并智能處理水源、水質(zhì)、水量與設(shè)備狀態(tài)等信息。

1 物聯(lián)網(wǎng)在農(nóng)村配水中的應(yīng)用

1.1 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)在配水管理中展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景，能夠精確監(jiān)測(cè)并控制配水流程的各個(gè)環(huán)節(jié)。水質(zhì)傳感器作為監(jiān)測(cè)水質(zhì)的重要工具，能即時(shí)捕捉水源地、水處理廠及水庫(kù)等區(qū)域的水質(zhì)參數(shù)，有效識(shí)別水質(zhì)污染或有害物質(zhì)超標(biāo)等異常情況。水位傳感器則融入自動(dòng)化水位調(diào)控體系，持續(xù)追蹤水源、水庫(kù)及蓄水設(shè)施的水位波動(dòng)，確保配水量的穩(wěn)定充足。溫度傳感器專注于水溫的監(jiān)控，不僅保障水質(zhì)安全，還預(yù)防因極端溫度變化導(dǎo)致的管道損害，如防凍裂措施[2]。壓力傳感器則緊盯配水網(wǎng)絡(luò)的壓力狀態(tài)，迅速識(shí)別并響應(yīng)壓力異常，從而保證配水穩(wěn)定性。流量傳感器能夠精準(zhǔn)追蹤水流量的動(dòng)態(tài)變化，為水資源管理提供科學(xué)依據(jù)。此外，水泵監(jiān)測(cè)傳感器通過監(jiān)測(cè)泵機(jī)的工作效能、運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)及電氣參數(shù)等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防潛在故障，從而維護(hù)配水系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 通信技術(shù)

無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙及ZigBee等無線通信技術(shù)在農(nóng)村配水系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)、水壓及水量等數(shù)據(jù)的即時(shí)采集與無線傳輸，提升數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性與便捷性。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)配水設(shè)備的互聯(lián)互通，通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)整合傳感器與各類設(shè)備的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與智能調(diào)控，涵蓋泵站、水質(zhì)監(jiān)測(cè)站及水位傳感器等，同時(shí)促進(jìn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與傳輸，輔助管理人員進(jìn)行精準(zhǔn)分析與前瞻規(guī)劃。云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用則極大提升農(nóng)村配水?dāng)?shù)據(jù)管理的效率與規(guī)模，集中存儲(chǔ)并分析水質(zhì)監(jiān)測(cè)、水量統(tǒng)計(jì)等海量數(shù)據(jù)，為配水管理的即時(shí)調(diào)整與優(yōu)化提供強(qiáng)大支撐。全球定位技術(shù)則助力配水車輛的實(shí)時(shí)追蹤與高效調(diào)度，使運(yùn)輸計(jì)劃更加靈活合理，適應(yīng)農(nóng)村配水需求的動(dòng)態(tài)變化。

1.3 數(shù)據(jù)分析和處理

通過對(duì)歷史配水?dāng)?shù)據(jù)的匯集與深度剖析，能夠預(yù)測(cè)未來的配水需求趨勢(shì)，輔助配水管理者實(shí)施更為科學(xué)合理的配水規(guī)劃與資源調(diào)配策略，有效規(guī)避配水過剩或短缺的風(fēng)險(xiǎn)。此外，該過程還賦能對(duì)配水系統(tǒng)運(yùn)作狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)控與解析，使管理者能夠迅速識(shí)別并應(yīng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行挑戰(zhàn)，確保配水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，它還能智能預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況，及時(shí)介入，以遏制潛在影響的擴(kuò)散。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧農(nóng)村配水系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)根植于互聯(lián)網(wǎng)的堅(jiān)實(shí)技術(shù)，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算和人工智能等信息技術(shù)，構(gòu)建農(nóng)村配水系統(tǒng)框架。系統(tǒng)覆蓋農(nóng)村配水的每個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)區(qū)域內(nèi)各個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和配水設(shè)施的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)廠站管理的集中化與自動(dòng)化，減少人工干預(yù)。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的智能化剖析，發(fā)現(xiàn)潛在風(fēng)險(xiǎn)，為日常管理提供數(shù)據(jù)支持。該系統(tǒng)滿足管理者多元化的需求，提高農(nóng)村配水管理效率和服務(wù)質(zhì)量，引領(lǐng)農(nóng)村配水向智能化邁進(jìn)。

智慧農(nóng)村配水系統(tǒng)架構(gòu)的核心組件有終端設(shè)備層、邊緣計(jì)算層、信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)服務(wù)層及應(yīng)用服務(wù)層。終端設(shè)備層涵蓋監(jiān)測(cè)裝置與傳輸設(shè)備，構(gòu)成系統(tǒng)運(yùn)作的基石。邊緣計(jì)算層則依托物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)，匯集快速掃碼、遠(yuǎn)程操控、邊緣智能處理及設(shè)備協(xié)同等先進(jìn)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集與傳輸功能。信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施層為系統(tǒng)提供硬件支撐。平臺(tái)服務(wù)層為軟件支撐，運(yùn)維管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、業(yè)務(wù)中臺(tái)和人工智能賦能平臺(tái)等共性服務(wù)組件融入模型分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村配水全鏈條的數(shù)據(jù)監(jiān)控、深度分析、流程優(yōu)化和智能決策。應(yīng)用服務(wù)層是架構(gòu)實(shí)現(xiàn)服務(wù)的基礎(chǔ)功能，開展農(nóng)村配水安全全過程的精細(xì)化監(jiān)管。

用戶可通過多樣化的訪問渠道，獲得統(tǒng)一且便捷的業(yè)務(wù)操作與服務(wù)入口。這樣既提升用戶體驗(yàn)，又保證各級(jí)用戶能夠隨時(shí)隨地掌握農(nóng)村配水安全的監(jiān)管動(dòng)態(tài)。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)作為專注于城鄉(xiāng)配水業(yè)務(wù)的智能控制平臺(tái)，具有數(shù)據(jù)處理和傳輸功能，接入能力強(qiáng)，兼容市場(chǎng)主流監(jiān)測(cè)設(shè)備，為智慧農(nóng)村配水系統(tǒng)的全面應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)村配水管理改善措施

3.1 構(gòu)建智慧農(nóng)村配水系統(tǒng)

首先，規(guī)劃智慧農(nóng)村配水系統(tǒng)的總體框架。此框架的搭建主要基于物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村配水全鏈條及區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)與配水設(shè)施的全面集成與智能監(jiān)控，確保配水管理的智能化與高效性。通過大數(shù)據(jù)的深度挖掘與分析，技術(shù)人員能夠精準(zhǔn)預(yù)測(cè)并識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)，為風(fēng)險(xiǎn)防控策略的制定提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)為調(diào)度指揮提供科學(xué)的決策依據(jù)。智慧農(nóng)村配水系統(tǒng)總體框架細(xì)分為設(shè)備層、邊緣處理層、信息技術(shù)基礎(chǔ)層、平臺(tái)服務(wù)層及應(yīng)用服務(wù)層，實(shí)現(xiàn)服務(wù)渠道多樣化。系統(tǒng)給管理層、決策者與數(shù)據(jù)維護(hù)者創(chuàng)設(shè)全面便捷的業(yè)務(wù)操作和數(shù)據(jù)訪問入口，增強(qiáng)用戶對(duì)農(nóng)村配水安全監(jiān)管情況的了解度與掌控力。其次，要構(gòu)建智慧農(nóng)村配水系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，該架構(gòu)由調(diào)度中心、網(wǎng)絡(luò)傳輸層及數(shù)據(jù)采集端組成。系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集和分析運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)快速傳輸，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化、智能化管理。最后，智慧農(nóng)村配水系統(tǒng)通過構(gòu)建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效匯聚與處理，保障系統(tǒng)運(yùn)行的流暢與穩(wěn)定，進(jìn)而優(yōu)化農(nóng)村配水安全工程的實(shí)施效果。技術(shù)人員要重視系統(tǒng)安全性建設(shè)，通過綜合運(yùn)用系統(tǒng)監(jiān)控、數(shù)據(jù)加密、備份、入侵防御、訪問控制、安全審計(jì)、漏洞監(jiān)測(cè)、補(bǔ)丁更新及防毒軟件等措施，構(gòu)建全方位、多層次的安全防護(hù)體系，確保設(shè)備、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)應(yīng)用的安全無虞。

3.2 加強(qiáng)農(nóng)村配水安全工程管理

首要任務(wù)是確立農(nóng)村配水安全工程管理主體，搭建配水自動(dòng)化系統(tǒng)，運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)管理模式。要加強(qiáng)專業(yè)培訓(xùn)，提高管理者的專業(yè)素養(yǎng)與應(yīng)急響應(yīng)能力，同時(shí)建立健全應(yīng)急管理體系，包括預(yù)案編制、應(yīng)急資源配置及人員部署，確保在緊急情況下能夠迅速且有效地采取行動(dòng)。為達(dá)成農(nóng)村配水系統(tǒng)的全面監(jiān)控與狀態(tài)評(píng)估，要精心挑選適宜的監(jiān)測(cè)參數(shù)與監(jiān)測(cè)手段。常見的監(jiān)測(cè)參數(shù)涵蓋水位、水質(zhì)參數(shù)、流量及壓力等，這些參數(shù)可通過先進(jìn)的傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)處理層面，可運(yùn)用數(shù)據(jù)分析與模型預(yù)測(cè)技術(shù)，基于歷史數(shù)據(jù)設(shè)定正常運(yùn)行閾值，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與閾值的比對(duì)，評(píng)估配水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。一旦監(jiān)測(cè)值偏離安全范圍，系統(tǒng)將自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)機(jī)制，提示工作人員采取必要的調(diào)整與維護(hù)措施。

3.3 全過程管控的信息化管理平臺(tái)

綜合性的信息化管理平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)配水設(shè)施的全鏈條監(jiān)管，其架構(gòu)設(shè)計(jì)囊括多個(gè)功能模塊，各自承載差異化的職責(zé)與效能。具體而言，水廠及泵站的生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)管采用數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，核心在于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)控水源、水廠、泵站等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，旨在保障配水穩(wěn)定與安全。管網(wǎng)監(jiān)測(cè)調(diào)度體系則聚焦于配水管網(wǎng)性能的全方位監(jiān)控與管理，涵蓋流量、壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)的自動(dòng)化采集與監(jiān)控，并融入智能調(diào)度策略，以優(yōu)化水資源在管網(wǎng)內(nèi)的分配，促進(jìn)均衡配水與高效利用。管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)維護(hù)模塊專注于系統(tǒng)數(shù)據(jù)的深度整合與維護(hù)，針對(duì)管道布局、材質(zhì)特性、直徑尺寸和延伸長(zhǎng)度等關(guān)鍵信息實(shí)施精準(zhǔn)記錄與更新，通過可視化手段提升管網(wǎng)運(yùn)維效率與安全性。視頻監(jiān)控集成系統(tǒng)則致力于構(gòu)建配水設(shè)施周邊環(huán)境的安全屏障，通過視頻監(jiān)控技術(shù)確保設(shè)施周邊環(huán)境的穩(wěn)定與安全。遠(yuǎn)程抄表解決方案集成水表遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)抄表及用戶用水?dāng)?shù)據(jù)的即時(shí)收集與傳輸功能，精準(zhǔn)追蹤用戶用水量，優(yōu)化用水管理。配水綜合信息管理平臺(tái)作為中央樞紐，集成上述所有模塊，提供全面的系統(tǒng)監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析服務(wù)，旨在提升配水系統(tǒng)的整體運(yùn)行效能與管理精細(xì)化水平。針對(duì)農(nóng)村飲用水領(lǐng)域，特別設(shè)計(jì)繳費(fèi)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅簡(jiǎn)化用戶繳費(fèi)流程，還強(qiáng)化對(duì)繳費(fèi)信息的集中處理與深度分析，提高農(nóng)村飲用水收費(fèi)效率與精確度，為用戶帶來更為便捷的繳費(fèi)體驗(yàn)。

4 應(yīng)用實(shí)踐

浙江省永康市“智慧水務(wù)”城鄉(xiāng)一體化管控平臺(tái)形成以地理信息系統(tǒng)為核心的城市水務(wù)物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)全市城鄉(xiāng)供水工程實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控、在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警和智慧監(jiān)管。為保證城鄉(xiāng)飲用水水質(zhì)，永康市加強(qiáng)水源、出廠水和管網(wǎng)末梢水的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，建立完善規(guī)模水廠化驗(yàn)室和水質(zhì)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，城鄉(xiāng)供水工程主要水質(zhì)指標(biāo)均實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

智慧水務(wù)平臺(tái)持續(xù)對(duì)永康市農(nóng)村供水保障工程開展全方位、全覆蓋、無遺漏的排查，進(jìn)一步摸清全市城鄉(xiāng)飲水現(xiàn)狀，形成全市農(nóng)村飲水工程維修養(yǎng)護(hù)管控平臺(tái)建設(shè)方案。同時(shí)，打破數(shù)據(jù)壁壘，構(gòu)建供水“一張網(wǎng)”，強(qiáng)化部門聯(lián)動(dòng)，整合水源、水廠、管網(wǎng)和用戶數(shù)據(jù)資源，將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)集中匯聚到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)從源頭到龍頭的數(shù)據(jù)接入，形成永康市農(nóng)村供水系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)。打通數(shù)據(jù)孤島、信息孤島，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工分析，滿足橫向、縱向數(shù)據(jù)需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在線共通共享。數(shù)據(jù)顯示，智慧水務(wù)平臺(tái)的運(yùn)行預(yù)計(jì)可為當(dāng)?shù)毓?jié)約33%的人力成本，降低5%～15%的管網(wǎng)漏損率，提升約20%的年經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)村供水運(yùn)行與檢測(cè)領(lǐng)域的探索意義深遠(yuǎn)，有助于提升供水品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)供水自動(dòng)化控制，保障民眾飲水健康和生產(chǎn)用水充足。要加強(qiáng)技術(shù)和管理模式創(chuàng)新，加強(qiáng)跨領(lǐng)域合作，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水的多元化，為民眾提供更加高效、便捷、安全的供水服務(wù)，為農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。智慧農(nóng)村供水系統(tǒng)正是響應(yīng)農(nóng)村供水環(huán)境深刻變革的產(chǎn)物，它深度融合現(xiàn)代信息技術(shù)，精準(zhǔn)對(duì)接農(nóng)村居民對(duì)供水安全的迫切需求?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，應(yīng)推進(jìn)農(nóng)村供水安全高效管理，加強(qiáng)服務(wù)保障能力，有效解決當(dāng)前農(nóng)村供水監(jiān)管面臨的諸多挑戰(zhàn)，最終全面保障農(nóng)村供水安全。

參考文獻(xiàn)

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2 粟文馨，梁珊珊，覃曉蕓，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)村家用水池水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作，2024（1）：65-68.