農村生活污水治理設施在線監控系統的設計與故障分析

文/吳天飛

根據上級部門對諸暨市農村生活污水治理設施運維年度考核要求，在線監控設備按照紹興市建設局26 號文件“對設計日處理量30噸、受益農戶100 戶以上和位于水環境功能較高區域的農村生活污水治理設施且穩定連續排放廢水的，要安裝處理水量計量和運行狀況監控系統，并及時傳輸監控信息，監控探頭需覆蓋終端建設區域并能夠清晰反映出水水量大小及水質狀況。

通過網絡采集各個農村生活污水治理設施的運行工況，在線實時監測各站點電泵電流和污水流量等指標變化情況并計算累計流量，并上傳至監控中心數據庫，在監控中心可以查詢各站點的實時數據和歷史數據，生成統計報表，給決策部門提供參考數據。同時按照浙江省農村生活污水治理設施運維監管服務縣分平臺接口規范，將諸暨市各站點在線監控數據和在線監控圖片同步到浙江省運維監管平臺。

為保證設備能夠安全穩定運行，使其充分發揮作用，實時監測設備的運行狀態和自動檢測設備故障狀況，并結合對采集數據進行智能化分析，在設備故障產生初期，給出準確的、快速的診斷結果，為檢修和運行人員爭取更多的故障處理時間與主動性，提高監控設備的可靠性，降低維修成本，減少經濟損失。

1 系統架構設計

本系統前端站點系統包括網絡彩色攝像機、攝像機補光燈、檢測模塊、控制模塊、電流互感器、485 總線和現場單片機，檢測模塊通過電流互感器與泵電源線連接，通過電流數據檢測泵的工況，控制模塊與紅外補光燈連接，控制補光燈的打開和關閉，檢測模塊、控制模塊和流量計通過485 總線與單片機連接，單片機和網絡彩色攝像機通過環保專網接入環保局監控中心。環保局監控中心包括監控主機、交換機、磁盤陣列和查詢終端，監控中心平臺軟件和數據部署在監控主機上，查詢終端供維護人員操作和查詢。通過浙江省農村生活污水治理設施運維監管服務縣分平臺接口，及時下載數據字典、巡檢模板和設施信息等基礎信息，通過增量同步方式上傳運維信息和在線監控圖片。如圖1所示。

2 軟件功能設計

2.1 主界面功能

顯示監控區域行政地圖，可對地圖進行放大、縮小、拖動等基礎操作功能。地圖標識各站點地理位置和名稱，站點不同網絡狀態以不同顏色標注顯示。單擊站點可顯示泵的運行狀態和流量計的實時流量數據以及所在站點攝像機數量和名稱，鼠標選擇攝像機圖標可顯示實時視頻或查看錄像。

2.2 基礎數據管理

基礎數據管理主要包括區域管理和站點管理。區域是指不同的管理地域，是為了管理方便把不同的站點分到對應的區域里，一般指不同的鄉鎮。站點是指安裝了農村生活污水治理設施的地點，它有一套完整設備組成，歸屬于不同的鄉鎮。

圖1

2.3 在線監控功能

在線實時監測污水液位、污水流量、水泵電流等變化情況。對污水液位、污水流量、水泵電流設置閥值，與視頻監控聯動，超過閥值觸發視頻事件錄像。

2.4 視頻監控功能

在終端建設區域和污水排水口安裝高清攝像頭，實時記錄站點設施運行情況和排放口排放過程，具備實時視頻監控、攝像機云鏡控制、錄像檢索回放、錄像備份下載和定時抓拍等基礎功能，同時具備電子地圖，支持在線實時監測系統互動功能，接收和處理報警，控制解碼上電視墻等高級應用。

2.5 數據查詢及報表功能

可隨意統計查詢任意時間段內的監控指標數據，可查詢任何時間點的系統預警信息和設備故障報警信息，以報表格式打印。可實現遠程查詢和打印。

2.6 報警功能

可預設報警閥值，監控平臺以彈出界面等方式顯示實時系統報警信息和設備故障報警信息，根據報警閥值，觸發事件錄像，可對報警信息進行確認或說明處置情況。支持聲光報警、短信報警和電話語音報警等多種形式報警形式。

2.7 省級平臺對接功能

通過浙江省農村生活污水治理設施運維監管服務縣分平臺接口，下載數據字典、巡檢模板和設施信息等基礎信息，通過增量同步方式上傳運維信息和在線監控圖片。

3 浙江省農村生活污水治理設施運維監管服務縣分平臺接口

浙江省農村生活污水治理設施運維監管服務縣分平臺接口規范為符合數據同步條件的企業平臺開放服務，提供統一的HTTP 接口調用與交互規范，僅適用于由企業服務器端發起調用請求，包括POST 提交數據以及GET 請求數據。接口上傳的數據包括以下內容：培訓記錄、水質檢測記錄、設施巡檢記錄、設施故障信息、清掏記錄、終端水質監測記錄、運維企業人員信息、運維企業設備信息、運維設備區域信息、運維化驗室信息、運維合同信息、運維區域信息和在線監控圖片。接口下載的數據包括以下內容：數據字典、巡檢模板和設施信息。

4 故障檢測分析

根據視頻廠商提供的二次開發接口開發的程序對前端攝像機和中心磁盤陣列設備進行檢測，應用各站點下位機自動檢測接入的傳感器和通信線路故障，并結合上位機對監測數據進行智能化分析，發現超標或異常進行預警。各種故障預警信息在軟件主界面電子地圖上標注顯示，并以短信等多種報警形式向運維人員進行報警，自動統計設備出現故障的種類和頻率，并對故障數據進行故障趨勢分析和故障占比分析。

4.1 前端攝像機設備

檢測設備的在線、離線情況；自動檢測線路信號衰減情況，根據攝像機的數據流偏離正常流量值定性判斷通訊信號衰減程度；自動檢測前端設備正常工況下的數據流量，對數據流量偏小的予以提示；自動檢測圖像預覽失敗情況，判斷預覽失敗原因；自動檢測視頻信號丟失的異常情況；自動識別設備硬件錯誤的識別碼，判斷設備硬件運行情況；自動檢測圖像模糊、亮度異常、對比度異常、飽和度異常、色調異常等圖像失真情況。

4.2 中心磁盤陣列設備

自動檢測設備的在線、離線情況；自動檢測磁盤陣列宕機情況；自動檢測登陸磁盤陣列失敗情況，判斷登陸失敗原因；自動檢測硬件異常情況，包括Flash 卡異常、硬Raid 錯誤、通道盤丟失、磁盤Smart 異常、CPU 異常、風扇異常等；檢查配置錯誤信息和檢查單個監控點的存儲空間是否有重復；檢查錄像文件的保留天數，未達到設定值將觸發報警。

4.3 其它設備

下位機自動檢測自動檢測接入的傳感器和線路故障，自動檢測傳感器在線、離線情況，自動檢測傳感器信號衰減程度，自動檢測傳感器異常狀況，自動檢測線路故障，對檢測的故障實時發送至上位機。上位機檢測下位機的在線、離線情況，若下位機因停電等原因關機時，系統將循環執行遠程喚醒直至其開機。實時接收下位機發送的故障信息，并結合運維記錄對采集的監測數據進行智能化分析，一旦發現超標或異常進行預警。各種故障預警信息在軟件主界面電子地圖上定位并顯示故障信息，能以短信和語音電話等多種報警形式向運維人員進行報警。自動統計設備出現故障的種類和頻率，并對故障數據進行故障趨勢分析和故障占比分析。

5 結束語

農村生活污水治理設施在線監控系統就是利用傳感器技術、視頻監控技術、GIS 技術、單片機技術和故障檢測等核心技術于一體的智慧監管系統，本系統將電子地圖、視頻監控、數據處理、故障分析、預警功能和運維功能于一體，實現了數據顯示直觀、預警準確和運維及時等功能。系統根據視頻廠商提供的二次開發接口開發的程序對前端攝像機和中心磁盤陣列設備進行檢測，應用各站點下位機自動檢測接入的傳感器和通信線路故障，并結合上位機對監測數據進行智能化分析，保證了運維的及時性和效率。通過浙江省農村生活污水治理設施運維監管服務縣分平臺接口，及時下載數據字典、巡檢模板和設施信息等基礎信息，通過增量同步方式上傳運維信息和在線監控圖片。實踐證明，農村生活污水治理設施在線監控和故障分析為污水治理設施的長效運行和有效監管提供了技術支持，并降低了運維和監管的成本，提高了運維和監管的效率，有利于政府行政管理部門的有效監督和長效管理，具有良好的發展前景。