智慧污水管理綜合應用平臺的構想和實現

喻火亮

摘 要：人類活動對水資源、水環境和水生態方面的造成的影響也日益加重，有些地區的形勢已經日趨嚴峻。如何有效利用寶貴的水資源、保護日益損壞的水環境、維護不斷被破壞的水生態，已經成為城市發展必須面對的重要課題。近年來，在發達地區的部分城鎮，污水處理的應用管理已經從原來的經驗型逐漸走向數字化和信息化。在污水管理實現數字化和信息化的基礎上，如何更深一層進而實現精細化、智慧化，已經成為行業的焦點。該文結合具體的智慧污水管理平臺的實現案例，旨在探討智慧污水管理建設的思路、原則和方法。

關鍵詞：智慧 ?污水 ?感知 ?GIS

中圖分類號：X7 ? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1674-198X（2015）10（c）-0162-02

1 背景與現狀

隨著經濟發展，和生產、生活的規模不斷擴大，人類活動對水資源、水環境和水生態方面的造成的影響也日益加重，有些地區的形勢已經日趨嚴峻。如何有效利用寶貴的水資源、保護日益損壞的水環境、維護不斷被破壞的水生態，已經成為城市發展必須面對的重要課題。國務院于2015年4月頒布的《水十條》亦明確提出，“水環境保護事關人民群眾切身利益，事關全面建成小康社會，事關實現中華民族偉大復興中國夢。當前，我國一些地區水環境質量差、水生態受損重、環境隱患多等問題十分突出，影響和損害群眾健康，不利于經濟社會持續發展”。《水十條》要求：“加快城鎮污水處理設施建設與改造;全面加強配套管網建設;推進污泥處理處置”。但是隨著各個系統的逐步推行、建成和應用，新的問題也隨之而來。首先是各個系統之間彼此孤立、“老死不相往來”，形成企業內部“信息孤島林立”的現象，導致不同系統之間信息無法充分共享、不同信息無法相互作用、互相參考、形成合力;其次，隨著系統的應用推行，各個系統內日積月累，積累了大量的設施狀態數據和運行數據。這些數據并沒有有效的手段被充分利用，挖掘出有價值的信息，能為未來提供有效的、有意義的參考。（見圖1）

2 挑戰與契機

毫無疑問，已經迎來了行業變革、革新的契機。首先，從政策層面，正如之前所述，不論是《水十條》還是“十二五”規劃，都可以看出，國家、政府、乃至整個行業，都已經史無前例地對水資源、水環境和水生態給予了高度的關注、提出了明確的要求、建立了清晰的目標。其次，從技術層面，我們恰逢信息時代、新的概念、技術層出不窮、日新月異。“物聯網、空間信息處理、大數據、云計算”這些新的科技和技術都已經在一些領域和行業帶來了突破和變革。

3 概念與思路

3.1 概念

建設思路是基于地理信息系統（GIS）、物聯網和云計算技術，打造城市污水處理綜合運營管理平臺，為污水運營企業安全管理、生產運行、水質化驗、設備管理、日常辦公等關鍵業務提供統一業務信息管理平臺，對企業實時生產數據、視頻監控數據、工藝設計、日常管理等相關數據進行集中管理、統計分析、數據挖掘，為不同層面的生產運行管理者提供即時、豐富的生產運行信息，為輔助分析決策奠定良好的基礎，為企業規范管理、節能降耗、減員增效和精細化管理提供強大的技術支持，從而形成完善的城市污水處理信息化綜合管理解決方案。

污水處理綜合運營管理平臺，依托云計算技術構建、利用互聯網將各種廣域異構計算資源整合，以形成一個抽象的、虛擬的和可動態擴展的計算資源池，再通過互聯網向用戶按需提供計算能力、存儲能力、軟件平臺和應用軟件等服務。系統可以對污水處理企業的進、產、排三個主要環節進行監控，將下屬提升泵站和污水處理廠的水量、水位、水質、電耗、藥耗、設備狀態等信息通過云計算平臺進行收集、整合、分析和處理，建立各個環節的相互規約模型，分析生產環節水、電、藥的消耗與處理水排水、生產、排放之間的隱含關系找出污水處理廠的優化生產過程管理方案，實現對污水處理企業生產過程的實時控制與精細化管理，達到規范管理、節能降耗、減員增效的目的。

3.2 設計思路

（1）統籌規劃，持續建設。污水廠智慧管理平臺是一個技術復雜、綜合性的平臺，其建設不可能一蹴而就。平臺建設要在統一規劃下，兼顧當前急需與未來擴展，設計上要有很強的開放性和擴展性，有步驟的持續性建設。（2）充分利用現有資源。（3）污水廠智慧管理平臺建設是以各污水廠自控系統及相關數據為基礎，并對原有數據進行歸納、整理、分析后實現各個業務系統、應用系統及監控系統的完善。（4）以先進技術為支撐，以業務需求為導向，以實用為目標。以技術為支撐，保證系統建設在未來一段時間的先進性;以需求為導向，保證系統設計的科學性、合理性;以實用為目標，確保系統在體現特色的同時不能偏離實用性的主題。（5）充分借鑒，集成創新。平臺建設充分借鑒以往污水廠監管的建設經驗，取其精華去其糟粕，采用先進成熟的技術標準和方法，并根據本地實際因地制宜，形成一個技術先進、具有本地特色的智慧管理平臺。

4 案例與實現

基于上述的“智慧污水管理綜合應用平臺”的構想和設計，結合實際的污水處理廠的運營，我們開發并實現了一套智慧污水管理的綜合應用系統。

4.1 總體架構

該系統分為兩大部分四個層次，兩大部分為智慧應用管理平臺和污水處理廠的建設，四個層次分為污水廠聯網建設、數據中心建設、服務支撐平臺建設與綜合應用管理平臺建設。

4.2 系統架構

通過在污水廠建設的智能數據采集系統將污水廠自控系統的數據、視頻監控的數據等傳輸至污水廠智慧管理平臺中，通過污水廠智慧管理平臺的歸納、整理、分析后進行指導生產及管理決策（見圖2）。

4.3 技術路線

（1）基于SOA設計架構。SOA是基于開放的Internet標準和協議、支持對應用程序或應用程序組件進行描述、發布、發現和使用的一種應用架構。SOA支持將可重用的數據應用作為應用服務或功能進行單獨開發集成，并可以在需要時通過網絡訪問這些服務或功能。通過SOA，開發者可以對不同的服務或功能進行組合以完成一系列的業務邏輯與展現，最終可讓用戶像使用本地桌面業務組件一樣方便地調用服務或功能等各種資源。（2）C/S、B/S、M/S相結合的系統架構。由于項目中系統較多，用戶組織結構較復雜，為了確保系統更有針對性，滿足的實際應用場景和應用需求，采用B/S為主，C/S、B/S、M/S相結合的混合型系統架構。考慮到目前系統架構的潮流，以及用戶的操作習慣，本項目中系統以B/S架構為主。對于一些應用場景較特殊、對用戶權限要求比較嚴格的系統，則采用傳統的C/S架構。對于需要移動管理平臺等，采用M/S的架構。（3）GIS多源數據共享。建立GIS服務引擎，對外提供各類地理數據服務，包括三維地圖服務、GIS分析服務、專題圖服務等，實現GIS的“一張圖”。（4）SCADA平臺。該項目系統底層采用SCADA系統實現對現場端上傳數據的接收和處理。SCADA全稱為數據采集與監視控制系統。該系統能夠對監測站的監測儀器設備運行情況和監測數據進行定時和實時監控，實現數據的統一采集，并可通過多種傳輸方式將現場的監測信息傳輸到數據庫管理系統中，供前端WEB系統訪問。

5 結語

盡管水資源、水環境、水生態管理的形勢日益嚴峻，污水處理運營管理的挑戰也日趨艱巨，但政策上的關注、技術上的革新都為我們帶來了變革的契機。雖然邁出了探索智慧污水管理的一小步，但隨著整個行業攜手并進，相信很快就會成為行業發展的一大步。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國務院[Z].水污染防治行動計劃，2015.

[2] 楊凌波，曾思育，鞠宇平，等.我國城市污水處理廠能耗規律的統計分析與定量識別[J].給水排水，2008（10）：42-45.

[3] 李彥，馬麗輝.污水處理企業信息化建設淺析[J].西南給排水，2009（2）：40-43.