江蘇省城市供水安全動態監控系統關鍵技術研究與應用

文｜江蘇省建設信息中心 孫王奇

項目背景與意義

江蘇經濟發達，同時也是全國水污染承載量最大的地區之一，加之地處江淮尾閭，上游客水污染、本地城鎮化工業化快速發展帶來的工業污染、生活污染、農業面源污染交織，全省集中式飲用水源地原水水質不容樂觀。近年來因水源突發污染影響的供水安全事故日增，水源突發性污染已嚴重威脅城市供水安全，直接影響到人民群眾的身體健康和社會穩定。因此，江蘇省住房城鄉建設廳從2008年底開始研究建立水質在線監測平臺，動態監控供水水質情況和變化趨勢，保障城市供水安全。

總體技術架構

江蘇省城市供水安全動態監控系統建設采用分布式應用設計理念，共享省級主管部門和供水企業數據采集與監視控制系統、實驗室信息管理系統、視頻監控系統等已建系統的軟件、硬件和網絡資源，構建省、市、縣（市、區）一體化監控平臺。省級硬件平臺采用虛擬化技術，整合已有硬件和網絡資源，形成可靈活配置擴展的基礎設施虛擬資源池。按照統一數據標準和交換標準，形成水質信息、供水企業基礎信息、GIS信息、視頻信息等數據資源層，在此基礎上，構建省、市、縣一體化應用系統。

功能實現和關鍵技術研究

核心功能

水質監控：實現全省城市供水企業實驗室水質檢測數據和太湖流域城市供水企業在線水質檢測數據從源頭到龍頭的全流程監測監控。包括水源水日報11項、出廠水日報11項、管網水半月報6項、水源水月報29項、出廠水月報42項、管網末梢水月報42項、出廠水半年報106項實驗室水質檢測數據和11項在線水質檢測數據。

水質異常分析：通過應用滑動平均算法和自回歸滑動平均模型，對水質異常情況進行分析。實現自動篩選可疑數據，并提供人工干預，對可疑數據進行處理，排除脈沖噪聲、設備故障等外在因素干擾，提升水質安全預警預報的準確性。

圖1 江蘇省城市供水安全動態監控系統水質指標趨勢分析

水質預警預報：通過與國家水質標準自動比對和水質異常分析，實現水質指標異常報警和所屬流域下游供水企業的預警預報。并與手機等移動終端聯動報警，基于GIS地圖整合報警供水企業的地理位置、水質指標、取水口視頻、企業基礎信息等圖文和視頻數據，為提高城市供水安全預警和應急處置能力提供技術支撐。

水質趨勢分析：通過同期水質指標比對、上下游水質指標比對、實驗室人工檢測指標和水質檢測設備自動檢測指標比對等綜合水質數據分析，實現對水質變化趨勢的預測預判，為建立污染源擴散、水質變化趨勢等模型提供理論基礎，為水質預警、科學決策等提供技術支撐。（見圖1）

水質報告：基于系統中的數據，實現全省供水能力、全省深度處理規模、全省重點流域水質超標情況、太湖水質報告等各類可定制統計報表和水質報告的自動生成，提升主管部門信息化管理水平和效能。

水質共享：通過建立城市供水水質信息共享平臺，實現重點流域上下游水質信息共享，為有效防范流域性水源污染所引發的供水危機提供技術支撐。同時，與全國城市供水信息系統實現數據對接和共享。

視頻監控：通過在太湖流域重點水源地設立視頻監控點，實現對無錫、蘇州等8個市、區供水企業取水口進行實時視頻監控，并利用移動偵測等視頻識別技術，對過往船舶等異常情況進行預警預報。

關鍵技術研究

江蘇省城市供水數據標準編制

由于系統需要整合省級主管部門和供水企業SCADA、LIMS、視頻監控等已有硬件、網絡和系統資源。為解決全省城市供水企業異構系統之間數據采集和交換問題，研究編制《江蘇省城市供水基礎數據與水質數據信息規范》，包括供水企業、水源地、取水口、供水基礎設施、處理工藝、安全保障等基礎數據和實驗室水質檢測數據、在線水質檢測數據信息規范，供水企業、水質指標編碼規則，數據交換接口規范等，為建立水質數據共享平臺奠定基礎。

數據模型在水質檢測及預警中的應用

在對實際水質檢測數據分析過程中，發現存在工藝操作、設備故障、脈沖噪聲等較多誤報現象。為實現快速準確預警，需進一步完善水質異常檢測及預警方法。本系統采用基于信息處理的數據分析方法，包括滑動平均算法：

和自回歸滑動平均模型：

結合GIS、Flex（Web應用框架）等技術，對水質監控信息進行多維動態分析，分析研究水質在不同時間序列的數據中所隱含的變化規律，初篩并處理可疑數據，實現對復雜多變的水環境進行較為準確的異常檢測和預報預警。

數據采集、傳輸與網絡安全保障

供水企業中控系統部署在內部局域網，涉及到生產、調度、應急等重要信息系統，為實現從企業中控系統中采集在線水質檢測數據。同時確保數據采集過程中企業內網的安全，在供水企業部署前置系統，通過前置服務器、物理隔離設備、防火墻，將企業內網與互聯網物理隔離，在前置服務器與省級服務器之間通過VPN設備建立虛擬專網，實現數據專網加密傳輸。

項目應用和效益

系統投入正式運行以來，應用面已覆蓋全省13個市級主管部門、77家自來水公司、143座水廠。其中實驗室水質檢測數據監控已實現全覆蓋，在線水質檢測數據監控已實現太湖流域全覆蓋。2014年，全省供水企業實驗室水質檢測數據中的水源水日報和出廠水日報年均上報率達98.33%和99.78%。其中太湖流域實驗室水質數據上報率和在線水質數據監控率均達到100%。截至2014年底，系統已形成包括50多萬條實驗室水質檢測數據，240多萬條在線水質檢測數據的水質數據庫，為江蘇省城市供水年度發展報告，太湖水質報告的編制和城市供水安全預警預報，水質模型分析，科學決策提供了強有力的數據支撐。

總結與展望

系統建成以來，對提升城市供水主管部門監管水平，保障城市供水安全發揮了重要作用。下階段，逐步擴大在線水質檢測數據監控的應用范圍，將系統在太湖流域的應用模式在長江、淮河等其他流域推廣應用，實現全省城市供水在線水質監控全覆蓋。積極探索與環保、海事、水利等部門研究建立水源水質監測信息、水源地?；反靶畔ⅰ⑺谋O測信息等數據共享平臺。制定應急處理預案，構建跨部門、跨領域的預警監控和應急處理體系，共同為江蘇省水資源保護，讓百姓喝上優質安全飲用水，提供更科學有效的信息化監管手段。