基于智慧化的高速公路站區污水管控平臺的建設與應用

師建飛

（山西省交通環境保護中心站（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

目前我國部分現行的污水處理廠管控平臺系統缺乏整體性，各業務系統相互隔離，縱向上未形成穩固的信息根基，橫向上未構筑互補的信息橋梁，信息溝通存在缺陷，信息出現孤島問題。各數據之間總體上呈現出松散的弱相關關系，沒有進行數據廣泛互聯與更深層次的挖掘，從而導致資源消耗、運維成本高昂現象，加劇了落后的生產管理方式與日益增長的污水處理需求之間的矛盾。

針對上述問題，利用計算機智慧管控系統高效化、標準化、網絡化的手段與技術，通過大數據挖掘和分析、物聯網、自動化控制、3D建模等技術，在不同地點設置在線監測站點，將分層分級數據有機統一在大數據中心，形成統一數據、統一運維、統一管理的綜合管控體系，預期達到環保達標、降本增效、精細管理、決策支撐的目標，可為同類分散型項目管控提供借鑒和示范作用。

1 站區智慧污水管控平臺系統架構

站區智慧污水管控平臺系統架構包括設備工況監控系統、污水在線環境監測系統、數據分析及決策支持系統、運維管理系統、GIS地圖系統、基礎資料系統、系統設置功能等7個子系統，把不同地域的處理設備有機統一起來，形成全流程大數據系統，將設備、數據可視化，具備設備遠程化維護和智能化運行的功能，實現全程控制、智能分析、節能降耗、環保達標的目的[1]。

1.1 設備工況遠程管控與應急處理系統

污水處理設備工況監控系統的主要目的：通過實時數據采集系統對一體化污水處理設備風機、水泵、液位等關鍵設備運行情況運程監測和周邊影像實時采集，遠程分析得到一體化污水處理設備有無異常情況的反饋；通過一體化污水處理設備遠程開關控制對關鍵或故障設備進行關?；蛑貑ⅲ赃_到優化處理工藝、降低能耗、維持設備正常運行等效果。

實時數據采集系統主要負責從污水處理設備PLC通過RS485或其他總線通訊實時采集現場設備運行數據和控制數據[2]。

周邊影像系統主要通過各個不同攝像頭對設備重要部位的實時監控，讓管理人員遠程觀看設備的運行情況和周邊影像，使管理人員能更直觀地了解設備實時狀況。

1.2 污水在線環境監測系統

典型站區通過電磁流量計、濁度傳感器、氨氮pH二合一傳感器等對污水處理設備進出口pH值、氨氮、懸浮物含量、日進水量、日出水量等關鍵指標進行在線監測和統計分析，了解和掌握不同處理工藝、不同處理量狀態下的污水設備處理效果和水質達標情況，建立監測指標并制定指標閾值，臨界前發布信息提醒。傳感器的安裝構思總圖如圖1[3]。

圖1 傳感器安裝構思總圖（單位：mm）

1.3 數據分析及決策支持系統

根據行業管理、日常運維、工藝選型、科技研發的不同需求，對污水處理設備的能耗、處理效率、監測達標率、故障率進行綜合分析，形成科學有效的設備性能分析報告；形成年度污水的產生量和污水處理波形圖，準確掌握污染源占比變化情況，獲取人流量峰谷值以及季節環境對于污染物處理的影響，為環境保護措施制定提供有力的數據支撐。

1.4 運維管理系統

通過下發各種工單的形式安排、督促運維人員的日常工作和突發性工作，實現設備警告管理人員對運維工作人員的管理[4]。

1.5 GIS地圖系統

通過利用模型、空間和網絡技術、數據庫集成等技術，形成直觀的“交通環境一張圖”和站點3D模型。通過點擊標記進入直觀了解污水設備的工作全流程。

1.6 基礎資料系統

主要構架分設備資料和文檔資料管理，建立設備臺賬和檔案，編制技術手冊和培訓資料，為進一步提高工作效率提供有力工具。

1.7 系統設置功能

通過姓名、手機號等賬號管理、角色分配、部門和員工管理、權限分配管理等模塊對使用者系統集中管理。

2 站區智慧污水管控平臺建設與應用

2.1 站區平臺建設

樹立“全生命周期”新理念，通過對大量交通環境數據的管理、分析、挖掘功能，從規劃、設計、建設、運營、管理、服務全過程提供數據支撐和決策支持[5]。

圖2 大數據中心遠景規劃圖

圖3 站區智慧綜合管控平臺系統圖

2.2 站區平臺應用

站區平臺應用功能包括：3D模型視圖、數據分析、智能曝氣、污水中樞，手機App應用。

2.2.1 3D模型視圖

實現對系統模型和信息全方位的3D可視化展示。提供對高速公路站區污水處理系統的模型、監測和數據、能耗和工單統計、環境和水質監測、報警信息的顯示；提供組合水池、化糞池、一體化設備等構筑物系統模型中的空間詳情和相關系統工藝參數、設備運行狀態和數據信息的瀏覽查看，并通過3D視圖呈現運行狀態，為運維人員提供信息，方便運維。平臺模型視圖如圖4所示。

圖4 平臺模型視圖

2.2.2 智能分析

通過數據挖掘算法剖析歷史數據，找出運維主體的規律、各類特性畫像和關系，構建知識圖譜，實現對設備設施利用率和完好率、能耗和環境效益、設施等數據的科學化和數字化分析，依據動態分析結果做出決策。

2.2.3 智慧曝氣

ASM經典活性污泥數學模型是國際水協（IWA）主推的模型，基于此模型，系統考慮入水水質及污水處理系統運行情況，以理論需氧量計算公式為核心，動態計算單位時間所需曝氣量。通過建立基于大數據，采用“前饋＋模型＋反饋”的多因子曝氣控制方式，比常規控制方法節電7%～10%，同時有效地保證了收費站出水水質達標穩定性和節能降耗雙目標的實現。

2.2.4 移動應用

管理和運維等使用人員按照授權通過手機App登錄微信小程序實現系統的查看和遠程控制功能，適時查看設備信息、監測數據、視頻監控、系統模型等數據，并通過查看數據判斷運行狀態，及時發起控制任務，現場和遠程全方位溝通協調，做出處理決策。

圖5 手機App界面圖

3 站區智慧污水管控平臺效益分析

3.1 降本增效

高速公路運營站區污水處理系統工程建設點多面廣，且建設地點小、散、遠的特點導致其建成后運營維護對人力、物力、財力要求非常高，通過智慧環保綜合管控系統能使設備實現智能化數據連接和數據共享，通過大數據技術實現海量設備數據的分析與工作模型數據共享，遠程管理方式減輕勞動強度，改善作業環境。同時在運營維護過程中能提前發現設備潛在的故障，變大修為小修，大幅降低維修成本，縮短維修時間，有效維護設備的精密度，延長其使用壽命，保證污水處理效果，從整體上降低成本，提高效率。

3.2 決策支持

樹立“全生命周期”新理念，通過智慧環保綜合管控系統采集的各種基礎數據，借助交通流分配和預測等關鍵基礎理論模型，對大量交通環境數據進行管理分析和功能挖掘，為規劃、設計、建設、運維等全過程提供數據支撐和決策支持。

3.3 示范引領

智慧環保綜合管控系統建成后形成以“交通環境一張圖”為展現模式，直觀呈現分布式治理系統成果，實現大數據和綠色交通的深度融合，將對全國交通運輸同類項目起到示范和引領作用。

4 結論

利用計算機智慧管控系統的大數據分析控制，對線長、點多和地域分散的站區進行高效化、標準化、網絡化的集中統一管理，形成系統集成科學、環保指標達標、降耗降本增效、集約精細管理的成果，通過系統創新拓展和推廣，為同類分散型項目管控提供借鑒和示范作用，實現低能耗、低污染、高質量和高效益目標。