基于Web的農村污水生態治理設施監控系統設計

江蘇合信環境發展有限公司 王衛兵

針對農村污水處理站的日常監管等難題。本文開發設計了基于Web的農村污水生態治理設施監控系統，本系統采用面向服務的B/S架構設計，前端展現采用網頁發布方式，后臺云服務器實現數據采集通訊服務、數據存儲和Web服務。系統包括計算機平臺操作和手機終端操作，實現了對農村污水處理設施在線管控，為實現鄉村振興、建設美麗新農村的環境保護提供了解決思路。

農村污水治理是改善農村人民居住環境的重點，也是鄉村振興、建設美麗新農村的重要組成部分。近幾年，各地區生態環境局積極爭取上級資金，助推街鎮建設農村污水治理設施，通過因地制宜、統籌推進，切實改善轄區農村人居環境，助力鄉村振興。但是，隨著農村污水處理設施的增多，如何加強對農村污水處理站的日常監管？如何確保農村污水處理設施正常運行效率？等一系列問題困擾著一線監管部門，也一直阻礙了減少農村面源污染、全面助力鄉村生態振興的大局。

本系統設計基于Web的農村污水生態治理設施監控系統的主要目標是建立一個統一、通用、開放的基于Web瀏覽方式的平臺軟件，使用物聯網實現統一采集分散式污水設施站點的運行數據，通過4G/5G技術實現遠程監控指令的傳輸。系統采用標準化圖形表示、規范數據定義、統一數據接口、統一功能實現等。通過監控平臺，對現場數據進行分析，形成圖形、報表等進行統計、查詢、分析，解決了環境主管部門對污水處理設施的在線管控。

1 開發平臺

1.1 Net技術

本系統平臺是基于.Net技術搭建的，.Net是一種用于構建多種應用的免費開源開發平臺。它是微軟當代的操作平臺，它允許人們在其上構建各種應用方式，使人們盡可能通過簡單的方式，多樣化地、最大限度地從網站獲取信息，解決網站之間的協同工作，并打破計算機、設備、網站、各大機構和工業間的障礙—即所謂的“數字孤島”，從而實現因特網的全部潛能，搭建起第三代互聯網平臺。

1.2 SQL Server

SQL是英文Structured Query Language的縮寫，意思為結構化查詢語言。SQL語言的主要功能就是同各種數據庫建立聯系，進行溝通。SQL被作為關系型數據庫管理系統的標準語言，SQL Server是由Microsoft開發和推廣的關系數據庫管理系統。SQL Server是真正的客戶機/服務器體系結構，它使用圖形化用戶界面，使系統管理和數據庫管理更加直觀、簡單、便于操作；它具有豐富的編程接口工具，為用戶進行程序設計提供了更大的選擇余地，對Web技術的支持，使用戶能夠很容易地將數據庫中的數據發布到Web頁面上。

1.3 響應式布局

響應式布局的概念是指在Web中的網頁能自動識別屏幕寬度并隨之相應調整出智能的網站設計。響應式布局的實質就是讓用戶可以使用各種不同的設備瀏覽網站，都能得到較好的視覺效果的方法。比方說，一個用戶先后使用計算機和智能手機瀏覽相同的網站，雖然智能手機的屏幕尺寸遠小于計算機的顯示器，但是用戶卻沒有感到任何的差異，這就是響應式布局帶來的好處。隨著互聯網的不斷發展，人們也越來越多地的使用各種不同的移動設備來上網瀏覽網站，因此響應式布局的優點就更加明顯了。在響應式布局的網站設計中，一個網站可以兼容多個終端，比如計算機、智能手機以及各種移動設備，使用戶體驗到舒適的上網感覺。因此，響應式布局的網站設計更加人性化，更加符合時代的發展和人們上網的需求。

2 系統總體設計

系統主要采用面向服務的B/S架構設計，前端展現采用網頁發布方式，后臺云服務器實現數據采集通訊服務、數據存儲和Web服務。系統主要由監控中心、通迅平臺、現場監控站點組成。

在云服務器建立遠程通訊軟件、實時數據庫系統、監控平臺，對現場各終端進行遠程在線監控；負責對現場監控站點發送定時指令輪詢，接收數據與解析。按設定時間參數統一存儲到數據庫中。通過監控平臺，對現場數據進行分析，形成圖形、報表等進行統計、查詢、分析，生成各種統計報表。

云服務器與現場監控站采用無線GPRS通信方式進行數據傳輸。現場監控站點包含PLC控制柜、GPRS通訊模塊。

3 系統詳細設計

3.1 運行監控平臺設計

運行監控模塊以監控畫面、報表、圖像的形式動態顯示現場處理點的工藝過程、參數、設備工況，可以顯示當前監測的數據，主要功能包括：數據采集、水樣采集監測結果、設施設備維護記錄，包括提升泵、填料、管道、流量計、管道閥門、一體化設備、調節池等維護（維修、更換）記錄，注明時間、單位、人員、價格，若設備與原設計不同時還要注明。污泥清淘記錄、綠化養護記錄、預留前端綜合收集池內輸送泵維護記錄。

建立工藝流程二維三維的流程圖，可以實時顯示現場處理運行過程中各種設備設施的運行狀態、檢測參數、流量、PH、電流等數據，通過點擊圖或模型上對應的設備、設施，顯示其實時監測數據，并輔以直方圖和曲線圖、棒圖等多種方式來展示設備設施的歷史狀態，方便工作人員對生產數據進行歷史查詢和對比分析，如圖1所示。

圖1 監控系統Fig.1 Monitoring system

3.2 電子地圖監測平臺設計

系統提供基于電子地圖的運行監測功能，通過電子地圖顯示各個現場處理點的地理位置信息，針對不同類型的監測點可以配置不同的監測項目，通過與現場數據采集設備的實時通訊，獲取實時監測數據，通過地圖和列表等方式進行展示。

3.3 數據分析模塊設計

數據通過曲線、餅圖、表格及動畫形式進行顯示，通過大屏幕，網頁的形式展示出來如圖2所示。分析項目包括：（1）處理水質（CODCr 、NH4—N、T P、SS等4項指標）達標情況，不達標原因自動分析（可按不同時間段）； （2）按時間段對運行成本進行有效分析（采集電費、維護費等數據按時間合計分析）；（3）設備負荷運行比例（實際值與設計處理規模比較），可選擇項目從高到低排列等。

圖2 統計圖Fig.2 Statistical chart

3.4 智能手機客戶端設計

通過手機App開發，可以查看各個站點實時監測數據，如設備運行狀態、傳感器信息、實時流速以及在線水質監測數據，也可以查看站點實時圖像信息；智能手機客戶端可以查看站點分析報表，例如水質報表、設備運行報表等，如圖3所示。

圖3 監控圖Fig.3 Monitoring chart

4 系統測試

通過對軟件的開發，測試成本也包括了大量的測試工作，通過測試可以發現有部分程序出現錯誤。本系統測試主要包括以下部分：

（1）功能測試：對系統的軟件功能進行測試是功能測試的主要目的，根據測試才能夠反映出系統是否能夠更好地應用到實際當中；（2）強度測試及性能測試：這個部分主要是測試系統的設計是否達到了預期的功能，是否還有其他的功能實現；（3）安全測試：安全測試反應了系統是否能夠隨時進行使用和運行。再就是對數據方面的安全測試，模塊測試的主要方式是代碼審查和軟件測試，也叫做單元測試。就是為了能夠讓系統中的每個模塊都能正常運行，在測試過程中，都是在查找編碼和設計中出現的一些小錯誤。

5 結語

本文圍繞農村污水處理設施運維等困難，提出了Web的農村污水處理設施監控系統，對系統中采用的開發工具和軟件、系統總體設計方案、系統詳細設計紀測試等進行介紹。系統通過監控平臺，對現場數據進行分析，形成圖形、報表等進行統計、查詢、分析，解決了環境主管部門對污水處理設施的在線管控，具有一定的應用推廣價值。