農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全在線監(jiān)測系統(tǒng)

邵紅艷，汪建宏

（1. 浙江省金華市農(nóng)村水利管理處，浙江 金華 321000；2. 浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310009）

1 建設(shè)背景

根據(jù)《浙江省農(nóng)村飲用水工程標準化管理驗收辦法》，筆者對農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全在線監(jiān)測系統(tǒng)進行設(shè)計與研究，對照《浙江省農(nóng)村飲用水工程標準化管理驗收辦法》，且遵守《浙江省水利工程標準化運行管理平臺建設(shè)導(dǎo)則和技術(shù)要求》進行研發(fā)。

2 研發(fā)歷程

（1）第1代產(chǎn)品的問世

2011年9月《農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全在線監(jiān)測系統(tǒng)》課題得到省水利廳的支持和立項。由于該項目資金的限制，決定以臨江基地的6塊地作為實驗基地，只檢測并對其實行自動加水和停水。系統(tǒng)2012年開發(fā)完成，達到了保持值不變和自動化控制的目的。另外，在不同時期需要的目標值隨時可調(diào)，且簡便可操作。

（2）第2代產(chǎn)品的產(chǎn)生

繼續(xù)以臨江基地為依托，2013年研究開發(fā)了“農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全控制系統(tǒng)”，自動化控制工作原理：在合適位置安裝專用的傳感器，傳感器實時探測信息，并通過無線系統(tǒng)發(fā)送給中央處理系統(tǒng)，中央處理器利用專家系統(tǒng)分析，當需要補水時，中央處理器通過無線電系統(tǒng)發(fā)送控制指令給田間各電磁閥門，將相應(yīng)閥門打開后，啟動水泵。

該系統(tǒng)與第1代產(chǎn)品比較，增加了信息傳感器，可以監(jiān)測pH值、磷、氮等數(shù)據(jù)，同時拓展實現(xiàn)了數(shù)據(jù)從現(xiàn)地傳輸?shù)缴衔粰C的環(huán)節(jié)，并與MIS管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對接的功能。后來該系統(tǒng)得到杭州之江園林有限公司的支持，結(jié)合浙江樹人大學(xué)的產(chǎn)銷管理系統(tǒng)，不但在基地上可以實現(xiàn)智能化控制，而且將采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C，采集到產(chǎn)銷管理系統(tǒng)中顯示。

（3）第3代產(chǎn)品的升級

研究團隊繼續(xù)研究升級了第2代產(chǎn)品，開發(fā)了“智能自動控制系統(tǒng)”，該系統(tǒng)在第2代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了WEB數(shù)據(jù)系統(tǒng)的開發(fā)，通過以太網(wǎng)實現(xiàn)自動控制，同時將視頻監(jiān)控結(jié)合到系統(tǒng)中。該系統(tǒng)進行了太陽能和蓄電池結(jié)合供電的研究，能夠適用于偏遠山區(qū)工程。該系統(tǒng)在水來方科技有限公司的應(yīng)用非常成功。

（4）第4代產(chǎn)品的誕生

在第3代產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)地控制和云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)結(jié)合，開發(fā)了“智慧自動控制云平臺”，實現(xiàn)溫度、壓力、水位、pH值等的現(xiàn)地控制、觸摸屏顯示、上位機監(jiān)控、無線移動終端監(jiān)控，同時實現(xiàn)遠程無線視頻監(jiān)管。實現(xiàn)了云技術(shù)服務(wù)、數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計，遠程查詢和打印等協(xié)同服務(wù)。

該系統(tǒng)主要由前端采集部分、現(xiàn)地控制部分、上位機、通信網(wǎng)絡(luò)、移動終端等組成，前端采集部分包括各種傳感器和攝像頭，傳感器采集溫度、壓力、水位、pH值等狀態(tài)數(shù)據(jù)，攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)。現(xiàn)地控制部分包括PLC、電磁閥、觸摸屏、云臺等，上位機包括工控機、組態(tài)軟件系統(tǒng)等，現(xiàn)場總線、PLC無線通信模塊、以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點、視頻流傳輸網(wǎng)絡(luò)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云數(shù)據(jù)服務(wù)空間等。移動終端可以采用手機、筆記本電腦、APAD等移動設(shè)備。該平臺具有以下特點：

1）先進性：該系統(tǒng)采用了最新的云技術(shù)、移動互聯(lián)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使系統(tǒng)在智能灌溉領(lǐng)域達到國內(nèi)先進水平。

2）實時性：該系統(tǒng)不但實現(xiàn)了現(xiàn)地控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)傳輸，同時實現(xiàn)了遠程實時無線傳輸和控制；不但實現(xiàn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的實時傳輸和控制，而且實現(xiàn)了視頻數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸和云臺控制。

3）物聯(lián)性：將視頻和狀態(tài)數(shù)據(jù)通過自主開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點進行物聯(lián)，結(jié)合無線網(wǎng)關(guān)、無線路由、移動互聯(lián)等技術(shù)，實現(xiàn)視頻和狀態(tài)集中到移動終端，采用相同軟件界面進行監(jiān)視和控制。

4）可移動性：采用移動互聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)了隨時可監(jiān)視，隨地可控制的要求。

5）云服務(wù)：數(shù)據(jù)存儲在云端，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)存儲和多云端的安全備份和容災(zāi)技術(shù)，實現(xiàn)既安全又大容量存儲的性能。

本平臺專業(yè)應(yīng)用到智能領(lǐng)域，結(jié)合蓄電池和太陽能供電系統(tǒng)，也可應(yīng)用到偏遠山區(qū)無電源的園區(qū)或基地。由于采用無線傳輸系統(tǒng)，可以應(yīng)用到無光纖、無以太網(wǎng)的地區(qū)，但需要移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域（視頻監(jiān)控需要3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋）。

主要配置參數(shù)：

1）各類傳感器按照實際需要配置，采集數(shù)據(jù)精確度小于0.01單位。

2）攝像裝置，帶無線傳輸模塊，視頻數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)視遠程實時性＜1 s。

3）上位機需要配置工控機，安裝組態(tài)王軟件，SQL或ORACLE數(shù)據(jù)庫；狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸顯示的LCU實時性 ＜0.2 s，上位機 ＜0.5 s；遠程 ＜1 s。狀態(tài)數(shù)據(jù)傳輸控制的LCU實時性＜0.2 s，上位機＜0.5 s；遠程＜1 s。

4）移動終端支持3G網(wǎng)絡(luò)。

5）物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點，提供16點視頻接口（可拓展）、以太網(wǎng)口、電源口等。

6）現(xiàn)地控制柜：標配2 200×800×600（高×寬× 深 mm）。

7）云服務(wù)器按照實際需要決定空間。

8）PLC帶3D無線通信模塊和以太網(wǎng)通信模塊，觸摸屏，7寸標配。

3 主要功能介紹

農(nóng)村飲用水工程運行監(jiān)管系統(tǒng)主要功能：

（1）基本情況管理模塊：可以新增、修改和刪除農(nóng)村飲用水工程點，錄入各個工程點的基本情況，并可以在圖上顯示。

（2）一張圖管理模塊：顯示該地區(qū)所有農(nóng)村飲用水工程的坐標點，且用不同的顏色，區(qū)分農(nóng)村飲用水工程的基本情況。綠色表示基本點，黃色表示已經(jīng)安裝了凈水設(shè)備、反沖洗設(shè)備和消毒設(shè)備，紅色表示已經(jīng)安裝了實時監(jiān)控、監(jiān)管系統(tǒng)。

（3）實時監(jiān)控監(jiān)管模塊：工作人員通過現(xiàn)場控制箱上的按鈕簽到考勤，攝像裝置自動拍攝工作人員到場情況，自動記錄工作人員反沖洗操作時間，實時監(jiān)控投加消毒劑情況等，實時監(jiān)控水廠水質(zhì)情況，這些數(shù)據(jù)通過采集設(shè)備將自動上傳到管理平臺。

（4）數(shù)據(jù)展示和統(tǒng)計模塊：顯示人員到場考勤情況，現(xiàn)場拍照情況，時間情況，通過報表直觀顯示，具有統(tǒng)計查詢和打印等功能。

（5）提醒功能模塊：若工作人員未在規(guī)定時間內(nèi)到現(xiàn)場簽到、反沖洗和消毒操作，系統(tǒng)會通過短信提醒工作人員。

（6）缺陷管理模塊：現(xiàn)場設(shè)備發(fā)現(xiàn)問題，工作人員可以通過手機版軟件，上報缺陷情況。

4 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作原理如圖1所示，從圖可知，工作人員到現(xiàn)場時，首先現(xiàn)場的攝像設(shè)備會對工作人員進行拍照，接著工作人員按下控制箱的簽到按鈕進行簽到操作，然后按照要求進行巡查和反沖洗，系統(tǒng)會自動記錄消毒情況和反沖洗的時間。所有的圖像、簽到、消毒和反沖洗的數(shù)據(jù)將通過RTU傳輸?shù)较到y(tǒng)管理平臺，通過平臺進行展示、統(tǒng)計、查詢等。同時系統(tǒng)平臺內(nèi)有飲用水工程的基本信息、GIS管理信息（如飲用水工程所在經(jīng)緯度等）等，通過云服務(wù)存儲數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)。

當工作人員未按時到現(xiàn)場操作，系統(tǒng)會按照設(shè)定的要求，短信提醒工作人員到現(xiàn)場進行操作，達到監(jiān)督考核的目的。

圖1 平臺工作原理圖

5 主要操作界面

圖2～圖6為主要操作界面。

如圖2所示，信息總覽可以根據(jù)用戶的喜好，通過系統(tǒng)管理模塊進行定制。

圖2 信息總覽界面

圖3為高清天地圖，其中紅色點表示未安裝設(shè)備的工程，綠色為正常工程，紫色為異常工程，黃色為巡查未到位工程。

圖3 綜合地圖管理界面

通過圖4圖5，可以對各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水工程的單位信息，人員信息以及上級管理單位信息進行綜合管理。

圖4 組織管理之工程站點管理界面

圖5 組織管理之人員管理界面

（1）新增加工程：可以輸入工程單位信息，包括經(jīng)緯度信息，設(shè)備情況信息等，在綜合地圖上將新增展示。

（2）修改工程信息：比如，該工程原來未安裝設(shè)備，現(xiàn)在安裝了，可以修改其信息為已啟用。在綜合地圖上的圖標顏色也會隨之變化。

（3）人員崗位管理：可以通過該頁面對人員信息進行新增、刪除、修改等管理。

通過圖6，展開左邊目錄樹，可以查詢到總體情況、分站點統(tǒng)計情況，包括巡查情況，消毒和反沖洗情況，未到位情況，設(shè)備缺陷情況等。

圖6 統(tǒng)計查詢界面

6 應(yīng)用案例

表1 系統(tǒng)設(shè)備配置表

本系統(tǒng)在某農(nóng)村飲用水工程浙江省東陽市某某供水有限公司進行應(yīng)用，系統(tǒng)配置如表1所示。

7 結(jié)束語

農(nóng)村飲用水工程水質(zhì)安全在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實踐證明，是一款非常好的產(chǎn)品，它既符合了浙江省水利廳對水利工程標準化管理的要求，又能實實在在地幫助農(nóng)村飲用水公司提高管理水平，提升供水的經(jīng)濟效益和社會效益。