城市智慧排水信息化建設初探

蔣 磊

（煙臺工程職業(yè)技術學院，山東 煙臺 264006）

0 引言

城市排水部門負責全市地下管網(wǎng)、污水廠、雨污水泵站等排水設施的運行監(jiān)管。隨著城市化進程的發(fā)展，配套地下城市管網(wǎng)、雨污水泵站、污水處理廠等進入高速建設期。地下城市管網(wǎng)、雨污水泵站、污水處理廠等設施由于建設年代不同、分布距離較廣、設備多樣化等因素，導致工藝水平和實際處理水量參差不齊、人工監(jiān)管效果不理想、統(tǒng)一監(jiān)管標準難度較大等情況日益突出。

為科學有序、精確高效、精簡節(jié)約地對排水設施運行加以監(jiān)管，提高應對突發(fā)事件和應急搶險的反應速度和處理能力，保障城市排水設施的安全穩(wěn)定運行，提升監(jiān)管水平，對城區(qū)管網(wǎng)、污水廠、污水雨水泵站、積水點等排水設施建立統(tǒng)一綜合信息化管理平臺，實現(xiàn)監(jiān)管統(tǒng)一化、預警及時化、考核數(shù)字化的智慧排水系統(tǒng)。對城市排水綜合業(yè)務監(jiān)管、風險管控、指標考核能力有大幅度的提升。

通過智慧排水業(yè)務平臺，對排水綜合業(yè)務進行統(tǒng)一的調(diào)度指揮，為城市內(nèi)澇、汛期應急指揮提供分析參考。對排水運行數(shù)據(jù)積累，形成數(shù)據(jù)庫。監(jiān)管部門數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)挖據(jù)，能有效進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)處理和分析，根據(jù)結果能輔助指導監(jiān)管。

圖1 智慧水務管控中心示意圖Fig.1 Schematic diagram of intelligent water management and control center

1 系統(tǒng)框架

1.1 智慧水務綜合管控中心

1）硬件基礎設施，包括機房設備（例如：服務器、交換機、存儲設備等），采集層設備（流量計、壓力計等傳感器），傳輸層設備（路由器、交換機、RTU 終端）。各個應用模塊，包括綜合門戶子系統(tǒng)、廠站監(jiān)管子系統(tǒng)、工程建設子系統(tǒng)、排水戶管理子系統(tǒng)、應急指揮子系統(tǒng)、考核評估子系統(tǒng)、安全管理子系統(tǒng)、用戶權限子系統(tǒng)。具體內(nèi)容包括：功能應用區(qū)域劃分，工作站數(shù)量和工作站應用的分布，網(wǎng)絡會議、指揮系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)的布置。

2）基礎軟件組成及系統(tǒng)搭建

系統(tǒng)軟件組成：Linux 系統(tǒng)或windows server 系統(tǒng)，以及系統(tǒng)搭建的配套應用軟件。數(shù)據(jù)庫軟件的選型，要考究要達到最大檢索速度的要求和能力。服務前端采用的框架包括后端利用Spring 技術、負載均衡、集群技術、緩存技術等，需要充分考慮高并發(fā)線程支持最大程度等。

1.2 管網(wǎng)GIS系統(tǒng)

1）包含管網(wǎng)GIS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)勘探和數(shù)據(jù)采集，GIS 數(shù)據(jù)模型構建，配套與GIS 軟件相關模塊的應用，例如：巡檢管理系統(tǒng)、排水戶管理系統(tǒng)、排水案件管理系統(tǒng)、排水管網(wǎng)養(yǎng)護系統(tǒng)、排水管網(wǎng)巡查系統(tǒng)等模塊。

2）管網(wǎng)的養(yǎng)護流程、巡檢流程、終端設備采用等。

3）積水點監(jiān)測系統(tǒng)的方案及設備選型。

1.3 智慧水務所監(jiān)管的污水廠和雨污水泵站

智慧水務關于污水廠實施的內(nèi)容包括對能耗、藥耗能達到的節(jié)約度；進出水質的監(jiān)控；對污水處理廠運行的動態(tài)評價；雨水和污水泵站自動化改造，增加安防設備，完善感知層設備，實現(xiàn)少人值守或無人值守。

1.4 其它應用

在完成上述功能的基礎上，完善工程建設系統(tǒng)以及考核指標體系的建立，制定動態(tài)評價的標準等。

圖2 網(wǎng)絡架構Fig.2 Network architecture

2 具體措施

圍繞行業(yè)監(jiān)管，建設統(tǒng)一排水行業(yè)信息監(jiān)管平臺，構建靈活可擴展的數(shù)據(jù)平臺。通過逐步完善“智慧排水”基礎網(wǎng)絡和大數(shù)據(jù)服務能力，逐步打造優(yōu)秀的智慧排水平臺。通過平臺，可促進排水行業(yè)的發(fā)展，提高行業(yè)監(jiān)管水平和管理效率。

2.1 水務綜合監(jiān)控

1）水廠監(jiān)控中心，配備SCADA 監(jiān)控平臺，對各管網(wǎng)監(jiān)測點、污水井監(jiān)測點以及水廠生產(chǎn)狀況進行統(tǒng)一監(jiān)控，主要采集液位、壓力、流量、溫度、水質以及水泵等相關的實時數(shù)據(jù)。

2）對污水處理廠設備監(jiān)控，主要采集自控儀表和變頻器等電氣設備數(shù)據(jù)，并對污水水泵電機、電動鼓風機、濃縮脫水機等設備進行控制。

3）對水質監(jiān)測站的監(jiān)控，通過在線水質儀表（COD、氨氮、pH、水溫、濁度、電導率、溶解氧等）實時監(jiān)控河流河道口、關鍵企業(yè)排水口等水質狀況。

2.2 生產(chǎn)調(diào)度管理

1）根據(jù)用戶需求量和管網(wǎng)能力及水泵效果，制定生產(chǎn)計劃；再根據(jù)用水負荷，動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計劃。

2）模擬仿真生產(chǎn)過程，實時監(jiān)測。針對流量、壓力、水質等的異常進行報警，指導生產(chǎn)調(diào)度，確保安全、穩(wěn)定供水。

3）根據(jù)年度、月度生產(chǎn)計劃進行動態(tài)調(diào)控，通過歷史數(shù)據(jù)進行預測分析能耗情況，優(yōu)化生產(chǎn)運行，逐步降低能耗。

2.3 安全報警管理

1）對工藝參數(shù)異常、水質不合格、水網(wǎng)超負荷等生產(chǎn)異常報警。

2）管網(wǎng)漏水/爆管報警，按照一定的計算方法，確定漏水可以區(qū)域，并根據(jù)嚴重程度進行不同級別的報警。

3）環(huán)保報警，包括：超標排放報警、環(huán)境污染報警等。

2.4 管網(wǎng)GIS管理

1）建立管網(wǎng)GIS 模型，并進行可視化展示。

2）實現(xiàn)在線管網(wǎng)巡檢及遠程運維。

3）計算并分析管網(wǎng)參數(shù)，進行管網(wǎng)優(yōu)化。

2.5 水質和環(huán)保管理

1）水質在線監(jiān)測，對涉水區(qū)域全過程水質進行動態(tài)監(jiān)測，包括：排污水、回用水。

2）對排污口、重點排污戶、河道出水口等的水質化驗分析，以及對排放的污水水質進行化驗分析，按照指標標準進行判定。對于未達標的情況，在系統(tǒng)內(nèi)進行報警提示。

2.6 設備管理

1）對水務相關的設備設施，實現(xiàn)從檔案、維護保養(yǎng)、檢維修、檢定、報廢等全生命周期的管理。

2）實現(xiàn)設備遠程管控與運維。

3）通過自控系統(tǒng)及上位SCADA 系統(tǒng)，將工藝設備運行情況記錄并在歷史數(shù)據(jù)庫進行記錄，對設備運行狀態(tài)、維保情況、能耗情況等進行實時跟蹤與監(jiān)控。

2.7 安全應急指揮管理

1）針對安全隱患進行上報，并進行分析、評估，制定改進措施和應急預案。

2）通過涉水區(qū)域流程圖、GIS 跟蹤、視頻監(jiān)控、移動應用等多種方式，實現(xiàn)安全應急事件的綜合監(jiān)控。

3）建立應急預案庫，為緊急事件發(fā)生時提供指導。

2.8 水務數(shù)據(jù)管理

1）對水務相關信息進行深度挖掘與統(tǒng)計分析，包括：生產(chǎn)情況、能耗、設備運行、水質、環(huán)境質量等。

2）建立水務資產(chǎn)臺賬，將數(shù)據(jù)納入信息化系統(tǒng)，有效準確地對資產(chǎn)數(shù)據(jù)進行管理。

3）建立全市排水管網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫，包括管網(wǎng)的長度、坐標、材質，以及后期的維護保養(yǎng)情況，對市區(qū)管網(wǎng)進行有效管控。

2.9 排水客戶管理

1）系統(tǒng)支持對排水戶入網(wǎng)申請、管網(wǎng)驗收、排水許可等業(yè)務的跟蹤記錄，實現(xiàn)業(yè)務的相互關聯(lián)及信息共享，有效提高排水戶管理效率及其自動化程度。

2）排水戶管理功能實現(xiàn)對排水戶清單的查看，對排水戶的基本信息進行查詢和管理，同時將排水戶信息與GIS地圖相關聯(lián)，實現(xiàn)排水戶屬性信息和空間信息的統(tǒng)一查詢管理。同時，支持按照排水戶所屬污水廠、排水企業(yè)類型、排放量進行統(tǒng)計分析。

3）排水許可管理功能實現(xiàn)對轄區(qū)內(nèi)發(fā)放的排水許可證基本信息的統(tǒng)一查看與數(shù)量的統(tǒng)計分析，并且對轄區(qū)內(nèi)排水許可證發(fā)放總量、排水許可證發(fā)放率等指標進行統(tǒng)計分析，以圖、表形式進行展示。

4）排口在線監(jiān)測查詢功能實現(xiàn)重點排水戶排水水質、水量的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)查看，支持對不同污染源企業(yè)監(jiān)測點、不同時間段、不同污染物的數(shù)據(jù)報警，查詢、分析、報表定制功能。

2.10 移動應用

1）智慧排水系統(tǒng)提供可手持終端的App，實現(xiàn)與工作站同步的管理功能。

2）移動終端可以結合GIS 地理信息系統(tǒng)，標出涉水區(qū)域的實際地理位置，以及各區(qū)域監(jiān)測點的真實地理位置，實時監(jiān)測其運行參數(shù)、運行狀態(tài)、能耗值、報警信息等。

3）移動端支持用戶服務功能，可以查看進出水質、故障報警，保修流程。

3 結語

通過智慧系統(tǒng)建設，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化、電子化辦公、自控自動化，助推污水處理廠業(yè)務的標準化、規(guī)范化；簡化管理流程，減少人工量，保障水質穩(wěn)定達標，保障人員、設備安全生產(chǎn)，穩(wěn)定達標，優(yōu)化運行。對即將出現(xiàn)水質超標情況進行應急響應，運行參數(shù)動態(tài)調(diào)整，保證水質達標排放。通過智慧排水系統(tǒng)的運行和使用，實現(xiàn)遠程支持，運營人員效率得以提高，能協(xié)助水廠精細化運營，電耗藥耗明顯降低。