泰順縣農(nóng)村飲用水工程數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)踐

周 鵬，藍(lán) 迅

（1.泰順縣水利局，浙江 溫州 325599；2.浙江禹貢信息科技有限公司，浙江 杭州 310052）

1 前言

我國城鎮(zhèn)供水從21世紀(jì)初就不同程度地開始致力于信息化系統(tǒng)的建設(shè)，在長期的探索、開發(fā)應(yīng)用過程中，積累了豐富的建設(shè)和使用經(jīng)驗(yàn)。隨著整個社會的數(shù)字化改革與各類新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，水務(wù)行業(yè)的需求也在隨之發(fā)生變化，管理的思路也在不斷創(chuàng)新，自動化和信息化技術(shù)在水務(wù)企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營、管理中的應(yīng)用越來越深入和廣泛。目前雖然城鎮(zhèn)供水水廠的信息化、自動化及數(shù)字化水平有大幅提升，但是農(nóng)村飲用水工程的信息化、自動化及數(shù)字化水平相對落后，以泰順縣農(nóng)村飲用水工程--泰順仕陽鎮(zhèn)的仕陽水廠為例，探索和實(shí)踐農(nóng)村飲用水工程數(shù)字化系統(tǒng)。

2 建設(shè)思路

本次建設(shè)的系統(tǒng)的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)在技術(shù)上適度超前，能在一定時期內(nèi)保持先進(jìn)水平，同時，充分考慮實(shí)際需求和信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，通過嚴(yán)密、有機(jī)的組合，實(shí)現(xiàn)最佳的性能價格比，節(jié)約工程投資，同時保證系統(tǒng)功能完整，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須具有較高的可靠性，有著完善的災(zāi)備方案。同時還考慮到周邊信息通信環(huán)境的現(xiàn)狀和技術(shù)的發(fā)展趨勢，采用標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。具有更新、擴(kuò)充和升級的可能，可以方便地?cái)U(kuò)展系統(tǒng)功能，以滿足今后的發(fā)展。

3 建設(shè)內(nèi)容

3.1 水位采集系統(tǒng)建設(shè)

建設(shè)1處水位采集監(jiān)測站，通過超聲波水位計(jì)進(jìn)行采集水位數(shù)據(jù)，采集的水位數(shù)據(jù)通過GPRS傳輸，采用自報(bào)形式上報(bào)實(shí)時水位信息，供電采用市電供電方式[1]。

水位采集監(jiān)測站由1套立桿、1套水位采集監(jiān)測和1套市電供電系統(tǒng)建設(shè)。其中水位采集監(jiān)測包含超聲波水位計(jì)、終端機(jī)RTU、設(shè)備柜和流量通信卡。立桿高度1.5～3 m,挑臂0.5～1 m；終端機(jī)硬件配置4路或以上PI、DI、AI、3路以上DO和2路串口。超聲波水位計(jì)的量程采用0～20 m，輸出4～20 mA微電源，接口為RS485，精確度達(dá)到0.25%，防護(hù)等級達(dá)到IP65。

3.2 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)

在線水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)是本次縣農(nóng)村飲用水工程首次采用的先進(jìn)系統(tǒng)，可以檢測濁度、余氯、pH等關(guān)鍵指標(biāo)。本次建設(shè)1處水質(zhì)在線監(jiān)測站點(diǎn)，具體指標(biāo)如表1所示。

表1 在線多參數(shù)水質(zhì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

3.3 水質(zhì)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室

目前千噸萬人以上水廠必須建立水質(zhì)化驗(yàn)室,本次建設(shè)和實(shí)踐的仕陽水廠水質(zhì)采集實(shí)驗(yàn)室，具備了日常常規(guī) 9 項(xiàng)檢測能力，包括：色度、渾濁度、臭和味、肉眼可見、pH、耗氧量、菌落總數(shù)、總大腸菌群和消毒劑余量等。為了方便攜帶，采用了專業(yè)用于規(guī)模水廠9項(xiàng)檢測的便攜式水質(zhì)綜合檢測箱，檢測項(xiàng)目完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求的9項(xiàng)檢測能力，測量范圍為0.00～14.00 pH，基本誤差在±0.03 pH，±0.2%FS之間。消毒劑余量檢測部分可基于 DPD 比色法直接測量水中的余氯、總氯和二氧化氯，配制有余氯，二氧化氯，總氯試劑包，測量范圍為余氯/總氯0.00～5.00 mg/L，二氧化氯0.00～10.00 mg/L。渾濁度檢測部分采用了 850 nm 波長，滿足了 ISO 7027 標(biāo)準(zhǔn)，測量范圍為0～200 NTU，示值誤差：±8%。耗氧量檢測部分耗氧量采用了國標(biāo)中規(guī)定的酸性高錳酸鉀法測定耗氧量，量程為0.01～99.99 mlL步進(jìn)量10 μl，精度R=0.2%、CV=0.07%。色度檢測部分采用了低漂移、高精度電路系統(tǒng)，測量范圍為0～50 度（Hazen，Pt-Co，PCU，毫克鉑/升），基本誤差≤ ±5%F.S。微生物檢測部分采用濾膜計(jì)數(shù)法檢測總大腸菌群和菌落總數(shù)，在同一膜片上可以采集大量樣品，從而提高細(xì)菌學(xué)分析法的準(zhǔn)確性。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)化信息管理軟件

軟件主要分手機(jī)端巡檢系統(tǒng)和電腦端的信息管理軟件。由于農(nóng)村水廠的地理位置偏僻，手機(jī)APP端軟件是必須的。本次建設(shè)配置了第五代巡檢系統(tǒng)，在手持終端可巡查檢查整個水廠的情況，可以為日常巡查、專業(yè)檢查和特別檢查提供了移動端數(shù)字化服務(wù)[2]。

移動巡查儀器采用安卓操作系統(tǒng)，八核CPU，6 GB運(yùn)行內(nèi)存，全網(wǎng)通，支持WIFI、藍(lán)牙、NFC、GPS定位。

電腦端軟件主要包含水質(zhì)監(jiān)測模塊、視頻管理模塊、巡查管理模塊和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入和展示模塊。

（1）水質(zhì)監(jiān)測模塊：實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)展示和報(bào)警提示功能。

（2）視頻管理模塊：實(shí)現(xiàn)了單視頻展示和視頻控制功能。

（3）巡查管理模塊：實(shí)現(xiàn)了巡查軌跡總覽、巡查員、巡查配置等功能。

（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入和展示模塊：實(shí)現(xiàn)了手動錄入窗口，歷史數(shù)據(jù)展示等[3]。

為了電腦端軟件運(yùn)行，建設(shè)了3個工作站，采用了8 GBDDR3內(nèi)存500 G硬盤，2 G顯卡，23寸顯示器。

3.5 綜合展示系統(tǒng)建設(shè)

綜合展示系統(tǒng)是各類信息進(jìn)行匯聚的主要設(shè)備系統(tǒng)，也是對數(shù)據(jù)監(jiān)控和報(bào)警的的重要窗口，也是值班人員對全廠進(jìn)行安全監(jiān)控防護(hù)的重要平臺。綜合展示系統(tǒng)顯示單元技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 綜合展示系統(tǒng)顯示單元技術(shù)指標(biāo)

4 應(yīng)用實(shí)踐

本次建設(shè)與實(shí)踐從2019年10月開始建設(shè)，建設(shè)歷時兩個月。系統(tǒng)上線運(yùn)行兩年多來，運(yùn)行穩(wěn)定，操作方便，安全可靠，系統(tǒng)發(fā)揮了設(shè)計(jì)的總體目標(biāo)。

目前系統(tǒng)已經(jīng)采集水位實(shí)時數(shù)據(jù)2萬多條。水質(zhì)自動采集設(shè)備運(yùn)行良好，有效監(jiān)控了水廠的濁度、余氯、pH等關(guān)鍵指標(biāo)。便攜式實(shí)驗(yàn)室設(shè)備實(shí)用方便，對水質(zhì)的檢測發(fā)揮了重要作用，數(shù)據(jù)可以線下錄入平臺中，通過平臺自動判斷是否超標(biāo)，達(dá)到水質(zhì)全方位檢測監(jiān)控，為農(nóng)村飲用水的安全保障發(fā)揮了重要作用[4]。同時配備的APP移動巡查系統(tǒng)和手持儀使用方面，發(fā)現(xiàn)問題閉環(huán)解決，平臺中可以配置巡查人員和巡查規(guī)定時間，巡查軌跡可以在線記錄，責(zé)任明確，達(dá)到了管理效率的提升作用。視頻監(jiān)控正常起到安全防護(hù)作用，綜合展示系統(tǒng)運(yùn)行正常，為整個水廠的運(yùn)行值班提供了數(shù)據(jù)決策支持和安全防護(hù)工具。

5 結(jié)束語

本次泰順縣農(nóng)村飲用水工程數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)與實(shí)踐是農(nóng)村飲用水工程數(shù)字化改革的大膽嘗試，在建設(shè)和實(shí)踐過程中得到如下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

（1）不要參照大水廠建設(shè)一個大而全的系統(tǒng)，需要結(jié)合實(shí)際需要，對平臺需要哪些核心功能進(jìn)行建設(shè)，如視頻、水位、水質(zhì)等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行選擇建設(shè)即可，大大節(jié)約了數(shù)字化建設(shè)成本。

（2）對水質(zhì)的在線檢測選擇濁度、余氯、pH等關(guān)鍵指標(biāo)，其他指標(biāo)采用線下采樣實(shí)驗(yàn)室分析后錄入平臺，既實(shí)現(xiàn)了對關(guān)鍵指標(biāo)監(jiān)控，又實(shí)現(xiàn)了對水質(zhì)的整體數(shù)字化監(jiān)管，同時節(jié)約了水質(zhì)檢測的成本。

（3）軟件系統(tǒng)建設(shè)選擇實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)測、關(guān)鍵指標(biāo)報(bào)警和APP巡查管理系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)，對一些小水廠不需要的功能明確剔除，使得系統(tǒng)簡單、實(shí)用、操作方便，符合農(nóng)村飲用水工程人員的專業(yè)管理水平，避免了系統(tǒng)復(fù)雜，不會用，用不起的問題，提高了管理效率。

泰順縣仕陽水廠的農(nóng)村飲用水工程數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)具有推廣價值，值得同類工程推廣應(yīng)用。