基于物聯網的農村配水系統構建與實踐探索

摘要：隨著農村經濟的不斷發展，飲用水安全配置已經成為社會關注的焦點，直接關系到民眾健康和社會穩定。但是，水質監測和凈化能力不達標，缺乏現代管理和技術，導致部分農村地區配水問題嚴重。基于物聯網技術的融合應用，探索農村配水系統構建與實施的路徑，從而逐步達成農村飲用水安全保障的根本目標。

關鍵詞：物聯網；農村配水；系統構建；實踐

中圖分類號：TV213.4 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0073-03

Construction and practical exploration of rural water distribution system based on Internet of Things

LI Zehui1， ZUO Qiang2

（1. Hangzhou Wentuo Intelligent Technology Co.， Ltd.， Hangzhou 310012， China;

2. Huanghuai Laboratory， Zhengzhou 450003， China）

Abstract： With the continuous development of rural economy， the safe allocation of drinking water has become a focus of social attention， directly related to public health and social stability. However， the inadequate water quality monitoring and purification capabilities， as well as the lack of modern management and technology， have led to serious water distribution problems in some rural areas. Based on the integration application of Internet of Things technology， the path of constructing and implementing rural water distribution systems is explored， thus gradually achieving the fundamental goal of ensuring rural drinking water safety.

Keywords： Internet of Things; rural water distribution; system construction; practice

近年來，我國農村飲用水安全工程不斷推進，居民用水質量有所改善，但我國農村飲用水安全管理體系仍存短板，集中配水效率未達既定標準，制約農村經濟的持續發展。這就需要相關部門重視智能農村配水系統建設，結合實際情況優化管理策略，以增強農村配水的安全性與穩定性[1]。物聯網是指通過信息傳感設備，按照約定協議將任何物體與網絡相連，物體通過信息傳播媒介進行信息交換和通信，從而實現智能化識別、定位、跟蹤和監管等功能。物聯網驅動的農村配水系統依托物聯網技術，對配水全鏈條進行實時監控、數據收集、智能解析及遠程操控，旨在促進水資源的優化配置、高效利用與精細化管理。該系統集成傳感器、控制器和網絡通信模塊等，全面感知并智能處理水源、水質、水量與設備狀態等信息。

1 物聯網在農村配水中的應用

1.1 傳感器技術

傳感器技術在配水管理中展現出廣泛的應用前景，能夠精確監測并控制配水流程的各個環節。水質傳感器作為監測水質的重要工具，能即時捕捉水源地、水處理廠及水庫等區域的水質參數，有效識別水質污染或有害物質超標等異常情況。水位傳感器則融入自動化水位調控體系，持續追蹤水源、水庫及蓄水設施的水位波動，確保配水量的穩定充足。溫度傳感器專注于水溫的監控，不僅保障水質安全，還預防因極端溫度變化導致的管道損害，如防凍裂措施[2]。壓力傳感器則緊盯配水網絡的壓力狀態，迅速識別并響應壓力異常，從而保證配水穩定性。流量傳感器能夠精準追蹤水流量的動態變化，為水資源管理提供科學依據。此外，水泵監測傳感器通過監測泵機的工作效能、運行時長及電氣參數等，及時發現并預防潛在故障，從而維護配水系統的連續穩定運行。

1.2 通信技術

無線局域網、藍牙及ZigBee等無線通信技術在農村配水系統中發揮關鍵作用，實現水質、水壓及水量等數據的即時采集與無線傳輸，提升數據獲取的時效性與便捷性。物聯網技術進一步推動配水設備的互聯互通，通過互聯網平臺整合傳感器與各類設備的數據，實現遠程監控與智能調控，涵蓋泵站、水質監測站及水位傳感器等，同時促進數據的實時采集與傳輸，輔助管理人員進行精準分析與前瞻規劃。云計算技術的應用則極大提升農村配水數據管理的效率與規模，集中存儲并分析水質監測、水量統計等海量數據，為配水管理的即時調整與優化提供強大支撐。全球定位技術則助力配水車輛的實時追蹤與高效調度，使運輸計劃更加靈活合理，適應農村配水需求的動態變化。

1.3 數據分析和處理

通過對歷史配水數據的匯集與深度剖析，能夠預測未來的配水需求趨勢，輔助配水管理者實施更為科學合理的配水規劃與資源調配策略，有效規避配水過剩或短缺的風險。此外，該過程還賦能對配水系統運作狀態的連續監控與解析，使管理者能夠迅速識別并應對系統運行挑戰，確保配水系統穩定運行。同時，它還能智能預警系統運行中的異常情況，及時介入，以遏制潛在影響的擴散。

2 基于物聯網的智慧農村配水系統的總體架構設計

本設計根植于互聯網的堅實技術，基于物聯網、大數據、邊緣計算和人工智能等信息技術，構建農村配水系統框架。系統覆蓋農村配水的每個環節，對區域內各個監測站點和配水設施的數據進行采集與監控，實現廠站管理的集中化與自動化，減少人工干預。借助大數據技術，實現對數據的智能化剖析，發現潛在風險，為日常管理提供數據支持。該系統滿足管理者多元化的需求，提高農村配水管理效率和服務質量，引領農村配水向智能化邁進。

智慧農村配水系統架構的核心組件有終端設備層、邊緣計算層、信息技術基礎設施層、平臺服務層及應用服務層。終端設備層涵蓋監測裝置與傳輸設備，構成系統運作的基石。邊緣計算層則依托物聯網信息平臺，匯集快速掃碼、遠程操控、邊緣智能處理及設備協同等先進功能，實現數據收集與傳輸功能。信息技術基礎設施層為系統提供硬件支撐。平臺服務層為軟件支撐，運維管理系統、數據中心、業務中臺和人工智能賦能平臺等共性服務組件融入模型分析技術，實現對農村配水全鏈條的數據監控、深度分析、流程優化和智能決策。應用服務層是架構實現服務的基礎功能，開展農村配水安全全過程的精細化監管。

用戶可通過多樣化的訪問渠道，獲得統一且便捷的業務操作與服務入口。這樣既提升用戶體驗，又保證各級用戶能夠隨時隨地掌握農村配水安全的監管動態。物聯網平臺作為專注于城鄉配水業務的智能控制平臺，具有數據處理和傳輸功能，接入能力強，兼容市場主流監測設備，為智慧農村配水系統的全面應用奠定堅實基礎。

3 基于物聯網技術的農村配水管理改善措施

3.1 構建智慧農村配水系統

首先，規劃智慧農村配水系統的總體框架。此框架的搭建主要基于物聯網信息技術，旨在實現對農村配水全鏈條及區域內監測站點與配水設施的全面集成與智能監控，確保配水管理的智能化與高效性。通過大數據的深度挖掘與分析，技術人員能夠精準預測并識別潛在風險，為風險防控策略的制定提供堅實的數據支撐，同時為調度指揮提供科學的決策依據。智慧農村配水系統總體框架細分為設備層、邊緣處理層、信息技術基礎層、平臺服務層及應用服務層，實現服務渠道多樣化。系統給管理層、決策者與數據維護者創設全面便捷的業務操作和數據訪問入口，增強用戶對農村配水安全監管情況的了解度與掌控力。其次，要構建智慧農村配水系統的網絡架構，該架構由調度中心、網絡傳輸層及數據采集端組成。系統實時采集和分析運行數據，通過網絡平臺快速傳輸，實現科學化、智能化管理。最后，智慧農村配水系統通過構建統一的數據網絡，實現數據的高效匯聚與處理，保障系統運行的流暢與穩定，進而優化農村配水安全工程的實施效果。技術人員要重視系統安全性建設，通過綜合運用系統監控、數據加密、備份、入侵防御、訪問控制、安全審計、漏洞監測、補丁更新及防毒軟件等措施，構建全方位、多層次的安全防護體系，確保設備、數據、網絡及系統應用的安全無虞。

3.2 加強農村配水安全工程管理

首要任務是確立農村配水安全工程管理主體，搭建配水自動化系統，運用現代科學管理模式。要加強專業培訓，提高管理者的專業素養與應急響應能力，同時建立健全應急管理體系，包括預案編制、應急資源配置及人員部署，確保在緊急情況下能夠迅速且有效地采取行動。為達成農村配水系統的全面監控與狀態評估，要精心挑選適宜的監測參數與監測手段。常見的監測參數涵蓋水位、水質參數、流量及壓力等，這些參數可通過先進的傳感器技術實現實時監測。數據處理層面，可運用數據分析與模型預測技術，基于歷史數據設定正常運行閾值，通過實時監測數據與閾值的比對，評估配水系統的運行狀態。一旦監測值偏離安全范圍，系統將自動觸發警報機制，提示工作人員采取必要的調整與維護措施。

3.3 全過程管控的信息化管理平臺

綜合性的信息化管理平臺可以實現配水設施的全鏈條監管，其架構設計囊括多個功能模塊，各自承載差異化的職責與效能。具體而言，水廠及泵站的生產運行監管采用數據采集與監視控制系統，核心在于實時監測并調控水源、水廠、泵站等關鍵節點的運行狀態，旨在保障配水穩定與安全。管網監測調度體系則聚焦于配水管網性能的全方位監控與管理，涵蓋流量、壓力、溫度等關鍵參數的自動化采集與監控，并融入智能調度策略，以優化水資源在管網內的分配，促進均衡配水與高效利用。管網地理信息系統維護模塊專注于系統數據的深度整合與維護，針對管道布局、材質特性、直徑尺寸和延伸長度等關鍵信息實施精準記錄與更新，通過可視化手段提升管網運維效率與安全性。視頻監控集成系統則致力于構建配水設施周邊環境的安全屏障，通過視頻監控技術確保設施周邊環境的穩定與安全。遠程抄表解決方案集成水表遠程監控、自動抄表及用戶用水數據的即時收集與傳輸功能，精準追蹤用戶用水量，優化用水管理。配水綜合信息管理平臺作為中央樞紐，集成上述所有模塊，提供全面的系統監控與數據分析服務，旨在提升配水系統的整體運行效能與管理精細化水平。針對農村飲用水領域，特別設計繳費管理系統，該系統不僅簡化用戶繳費流程，還強化對繳費信息的集中處理與深度分析，提高農村飲用水收費效率與精確度，為用戶帶來更為便捷的繳費體驗。

4 應用實踐

浙江省永康市“智慧水務”城鄉一體化管控平臺形成以地理信息系統為核心的城市水務物聯網，對全市城鄉供水工程實施遠程監控、在線監測、實時預警和智慧監管。為保證城鄉飲用水水質，永康市加強水源、出廠水和管網末梢水的水質監測，建立完善規模水廠化驗室和水質監測機構，城鄉供水工程主要水質指標均實現在線監測。

智慧水務平臺持續對永康市農村供水保障工程開展全方位、全覆蓋、無遺漏的排查，進一步摸清全市城鄉飲水現狀，形成全市農村飲水工程維修養護管控平臺建設方案。同時，打破數據壁壘，構建供水“一張網”，強化部門聯動，整合水源、水廠、管網和用戶數據資源，將實時采集的數據集中匯聚到統一的數據庫，實現從源頭到龍頭的數據接入，形成永康市農村供水系統物聯網。打通數據孤島、信息孤島，對數據進行加工分析，滿足橫向、縱向數據需求，實現數據在線共通共享。數據顯示，智慧水務平臺的運行預計可為當地節約33%的人力成本，降低5%～15%的管網漏損率，提升約20%的年經濟效益。

5 結論

物聯網技術在農村供水運行與檢測領域的探索意義深遠，有助于提升供水品質，實現供水自動化控制，保障民眾飲水健康和生產用水充足。要加強技術和管理模式創新，加強跨領域合作，實現農村供水的多元化，為民眾提供更加高效、便捷、安全的供水服務，為農村可持續發展貢獻力量。智慧農村供水系統正是響應農村供水環境深刻變革的產物，它深度融合現代信息技術，精準對接農村居民對供水安全的迫切需求。基于物聯網技術，應推進農村供水安全高效管理，加強服務保障能力，有效解決當前農村供水監管面臨的諸多挑戰，最終全面保障農村供水安全。

參考文獻

1 劉 勝.基于物聯網的農村供水運行與檢測技術探究[J].農業開發與裝備，2023（3）：106-107.

2 粟文馨，梁珊珊，覃曉蕓，等.基于物聯網的農村家用水池水位監測系統設計[J].電子制作，2024（1）：65-68.