農村飲用水工程水質安全在線監測系統

邵紅艷，汪建宏

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

1 建設背景

根據《浙江省農村飲用水工程標準化管理驗收辦法》，筆者對農村飲用水工程水質安全在線監測系統進行設計與研究，對照《浙江省農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導則和技術要求》進行研發。

2 研發歷程

（1）第1代產品的問世

2011年9月《農村飲用水工程水質安全在線監測系統》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2012年開發完成，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，且簡便可操作。

（2）第2代產品的產生

繼續以臨江基地為依托，2013年研究開發了“農村飲用水工程水質安全控制系統”，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，并通過無線系統發送給中央處理系統，中央處理器利用專家系統分析，當需要補水時，中央處理器通過無線電系統發送控制指令給田間各電磁閥門，將相應閥門打開后，啟動水泵。

該系統與第1代產品比較，增加了信息傳感器，可以監測pH值、磷、氮等數據，同時拓展實現了數據從現地傳輸到上位機的環節，并與MIS管理系統實現了對接的功能。后來該系統得到杭州之江園林有限公司的支持，結合浙江樹人大學的產銷管理系統，不但在基地上可以實現智能化控制，而且將采集數據通過網絡傳輸到上位機，采集到產銷管理系統中顯示。

（3）第3代產品的升級

研究團隊繼續研究升級了第2代產品，開發了“智能自動控制系統”，該系統在第2代產品的基礎上，實現了WEB數據系統的開發，通過以太網實現自動控制，同時將視頻監控結合到系統中。該系統進行了太陽能和蓄電池結合供電的研究，能夠適用于偏遠山區工程。該系統在水來方科技有限公司的應用非常成功。

（4）第4代產品的誕生

在第3代產品的基礎上，將現地控制和云技術、物聯網技術、移動互聯技術結合，開發了“智慧自動控制云平臺”，實現溫度、壓力、水位、pH值等的現地控制、觸摸屏顯示、上位機監控、無線移動終端監控，同時實現遠程無線視頻監管。實現了云技術服務、數據分析和統計，遠程查詢和打印等協同服務。

該系統主要由前端采集部分、現地控制部分、上位機、通信網絡、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值等狀態數據，攝像頭采集視頻數據?，F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、組態軟件系統等，現場總線、PLC無線通信模塊、以太網、無線網絡、物聯網節點、視頻流傳輸網絡、移動互聯網、云數據服務空間等。移動終端可以采用手機、筆記本電腦、APAD等移動設備。該平臺具有以下特點：

1）先進性：該系統采用了最新的云技術、移動互聯技術、物聯網技術，使系統在智能灌溉領域達到國內先進水平。

2）實時性：該系統不但實現了現地控制系統的實時數據傳輸，同時實現了遠程實時無線傳輸和控制；不但實現狀態數據的實時傳輸和控制，而且實現了視頻數據的遠程無線傳輸和云臺控制。

3）物聯性：將視頻和狀態數據通過自主開發的物聯網節點進行物聯，結合無線網關、無線路由、移動互聯等技術，實現視頻和狀態集中到移動終端，采用相同軟件界面進行監視和控制。

4）可移動性：采用移動互聯技術，實現了隨時可監視，隨地可控制的要求。

5）云服務：數據存儲在云端，實現大數據存儲和多云端的安全備份和容災技術，實現既安全又大容量存儲的性能。

本平臺專業應用到智能領域，結合蓄電池和太陽能供電系統，也可應用到偏遠山區無電源的園區或基地。由于采用無線傳輸系統，可以應用到無光纖、無以太網的地區，但需要移動網絡覆蓋區域（視頻監控需要3G網絡覆蓋）。

主要配置參數：

1）各類傳感器按照實際需要配置，采集數據精確度小于0.01單位。

2）攝像裝置，帶無線傳輸模塊，視頻數據傳輸監視遠程實時性＜1 s。

3）上位機需要配置工控機，安裝組態王軟件，SQL或ORACLE數據庫；狀態數據傳輸顯示的LCU實時性 ＜0.2 s，上位機 ＜0.5 s；遠程 ＜1 s。狀態數據傳輸控制的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網絡。

5）物聯網節點，提供16點視頻接口（可拓展）、以太網口、電源口等。

6）現地控制柜：標配2 200×800×600（高×寬× 深 mm）。

7）云服務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通信模塊，觸摸屏，7寸標配。

3 主要功能介紹

農村飲用水工程運行監管系統主要功能：

（1）基本情況管理模塊：可以新增、修改和刪除農村飲用水工程點，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：顯示該地區所有農村飲用水工程的坐標點，且用不同的顏色，區分農村飲用水工程的基本情況。綠色表示基本點，黃色表示已經安裝了凈水設備、反沖洗設備和消毒設備，紅色表示已經安裝了實時監控、監管系統。

（3）實時監控監管模塊：工作人員通過現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，實時監控投加消毒劑情況等，實時監控水廠水質情況，這些數據通過采集設備將自動上傳到管理平臺。

（4）數據展示和統計模塊：顯示人員到場考勤情況，現場拍照情況，時間情況，通過報表直觀顯示，具有統計查詢和打印等功能。

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

（6）缺陷管理模塊：現場設備發現問題，工作人員可以通過手機版軟件，上報缺陷情況。

4 系統工作原理

系統工作原理如圖1所示，從圖可知，工作人員到現場時，首先現場的攝像設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、消毒和反沖洗的數據將通過RTU傳輸到系統管理平臺，通過平臺進行展示、統計、查詢等。同時系統平臺內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緯度等）等，通過云服務存儲數據和管理數據。

當工作人員未按時到現場操作，系統會按照設定的要求，短信提醒工作人員到現場進行操作，達到監督考核的目的。

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，信息總覽可以根據用戶的喜好，通過系統管理模塊進行定制。

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，可以對各個鄉鎮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，包括經緯度信息，設備情況信息等，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備，現在安裝了，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、分站點統計情況，包括巡查情況，消毒和反沖洗情況，未到位情況，設備缺陷情況等。

圖6 統計查詢界面

6 應用案例

表1 系統設備配置表

本系統在某農村飲用水工程浙江省東陽市某某供水有限公司進行應用，系統配置如表1所示。

7 結束語

農村飲用水工程水質安全在線監測系統的建設和應用，系統穩定可靠，實踐證明，是一款非常好的產品，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村飲用水公司提高管理水平，提升供水的經濟效益和社會效益。