規模化農村供水信息化工程建設

周華 廬山市水利局 九江市廬山市 332800

王嘉龍 胡燕 江西武大揚帆科技有限公司 南昌市 330029

0 概述

農村飲用水安全工程是落實和實施鄉村振興戰略的一項重要工程，既能改善農村生活環境，又能提高農村農民的生活質量，是一項惠及千萬農村農戶的民生工程。隨著新信息技術的普及和推廣，智能物聯網、5G移動寬帶網絡、云計算和邊緣計算機等信息技術的深入應用，各行業信息化技術更高階段的智慧化發展已成為必然趨勢。借助“智慧城市”、“智慧水務”等外部大環境，積極圍繞城鄉供水管理信息化，通過信息化建設，建設“智慧水利”，促進和帶動城鄉供水現代化管理，才能提升縣一級水利局城鄉供水管理水平和公共服務能力，保障農村供水安全可持續發展。

1 建設內容

農村飲水工程信息化工程建設內容主要是建立農村飲水工程信息化系統，對供水泵房、供水管線等相關設施設備進行改造，或加裝物聯網采集設備，對農村飲水工程的水質、水量、水位及入戶段用水量等信息進行采集，運用5G等通信網絡，把所采集的信息及時、準確地傳輸到管理調度中心的數據庫中進行處理，既可以保證相關信息采集的精度和傳輸的時效性，又可以提高信息采集、傳輸、處理的自動化水平[1]。

農村飲水工程信息化系統主要采集城鄉供水各環節的信息，從取水口到輸水管道，再到供水處理廠和用戶等環節的信息，對水源信息，水質、供水信息，用水信息等進行實時地監測和監控。

（1）原水井監控系統

對供水泵房內原水井進行水位水溫監測，對深井泵出水側進行壓力監測及耗電量分析監測.系統采集乾安縣農村水源并、原水管、供水管的位置信息，同時匯總原水監管相關的關鍵信息，包括：今日總取水域、今日總能耗量、本月 水質采樣、水源并運行情況等。

（2）供水泵房自控系統設計

針對供水泵房設計遠程自動化生產系統。以PLC智能設備為控制主體，以現場總線為核心，以工控機和PLC為系統編程，建設一體化信息系統管理平臺。

（3）管線監測系統

主管線壓力及流量監測：采用智能超聲波水表實時監控主管線流量及壓力數 據，并實時上傳至管理中心[2]。

（4）入戶端工程

為用戶安裝卡式水表。現有機械水表只是簡單的記錄流信, 按月抄表繳費，工作量較大，精確度不夠高。其除了有基本的水計量功能外，還具備節水、防盜拆、防凍、遠程閉鎖等功能，并能實現遠程監控和抄表。

（5）井房視頻監測系統

針對自來供水泵房設立遠程視頻監控系統，分為戶內生產運行監控和戶外安全管理監控。

（6）通信系統

通信系統負責連接供水工程的各級調度、管理機構。為農村飲水各項生產活動提供視頻、語音、數據等各類通訊服務保障。

（7）總控中心設計

總控中心設在縣水利局辦公樓內，一般在原有機房基礎上進行升級改造。

（8）應用軟件設計

農村安全飲水工程項目應用軟件分為三類：數據匯聚平臺、運行管理平臺，智能應用平臺。

2 系統架構設計

農村飲水信息化系統平臺系統架構設計根據業務需求以及未來業務擴展需求綜合考慮。其主要關鍵就是運用新一代信息技術，通過智能物聯網采集設備實時監測水務狀態信息，通過5G等通信網絡，將海量信息傳輸到數據庫，并及時進行分析與處理，為水源、凈水、供水、用水等整個管理過程提供服務管理和并輔助決策，從而提高水務管理水平與服務質量[3]。

以縣水利局為一級中心，實現縣水利局對整個縣域農村安全飲用水工程的全程監控，各個供水泵房對各自供水業務鏈的全程隨時隨地可控的目的。系統架構圖如下：

圖1 系統架構圖

農村飲水安全信息化系統平臺由二大體系構成：分層支持體系和兩大保障體系共，分層支持體系主要包括硬件設施、信息采集傳輸、計算機網絡、應用支撐、業務應用和應用交互層；兩個保障體系主要包括標準規范體系和信息安全體系。

2.1 分層支持體系

（1）硬件設施

硬件設施是農村飲水信息化系統平臺基礎，包括網絡網絡設備、服務器、存儲設備、安全設備及等硬件設施，是支撐各類業務應用運行和各類數據存儲的基礎，根據實際情況，新建或在己有基礎之上進行擴充。

（2）信息采集傳輸

信息采集傳輸是采集、傳輸農村飲水信息化系統的基礎設施，主要是通過學習智能采集設備采集農村飲水工程運行管理過程中水源、管網、供水、用水等的各類數據信息。

（3）計算機網絡

為農村飲水信息化系統提供信息傳輸通信服務，根據系統應用范圍、重要性和安全性，計算機網絡系統可以親朋建或在己有的基礎上進行擴建。

（4）應用支撐

為農村飲水信息化系統提供統一的運行環境、技術架構、通用服務和集成服務。依據國家及水利部有關規范標準體系要求，接入接收的各類數據資源，建設智慧水務管理系統數據庫，建設水務數據存儲和管理平臺，為智慧水務業務應用提供數據訪問、數據存儲、數據備份、數據挖掘等各項數據管理服務。應用支撐服務包含與農村飲水業務應用緊密相關的各類服務。應用支撐服務包括：GIS一張圖服務、應用模型管理、報表及圖表服務、統一用戶管理等。

（5）業務應用

業務應用是農村飲水信息化系統的核心，包括業務管理、統計分析、決策調度、信息服務和應急管理等。

（6）應用交互

應用交互是系統與用戶相互交流的層面，主要包括面向社會公眾的服務門戶和面向業務人員的信息管理門戶[4]。

2.2 兩大保障體系

（1）安全保障

安全保障體系是系統安全保障的基礎，包括網絡信息安全及用戶權限配置等。以農村飲水信息化系統的信息安全保護為重點，建立完善系統網絡安全縱深防御體系，保障系統的應用安全。同時，加強系統及信息安全監測預警能力和恢復能力等。

（2）標準規范

標準規范體系是支撐農村飲水信息化系統平臺建設和運行的基礎，是系統擴充和升級需要，是實現信息共享的需要，統一的標準既可以節省項目建設成本和建設效率。從管理制度標準完善、運維體系標準完善、人才隊伍建設制度等方面，確保管理系統平臺的安全可靠運行。

3 農村安全飲水信息化平臺

利用物聯網、移動互聯網、3S、人工智能等技術實現對已建農村安全飲水工程信息化程度的整體提升，使得整個供水管網系統形成即時反應、統一指揮決策、協調運作的體系，可以為發生不同情況時做出相應的處理結果與輔助決策建議，以更加精細和動態的控制方式管理管網的整個運行、管埋和服務流程。實現對農村安全飲水管網設施全面、動態化管理，實時監控管網，達到生產自動化，運行管理可視化及事故處理便捷化。

農村安全飲水信息化系統以“一張圖”的形式運行，主要包括水源井監管、供水泵房監控、管網監控、安防管理、貧困人口飲水管理、營收管理六大系統，為農村供水決策管理提供科學精準的數據支撐。

平臺通過“一張圖”的方式，直觀展示農村供水各個環節監測點的實時監測數據，整合農村供水過程中水源井、供水泵房、管網等關鍵調度記錄，把控供水調度安全路局，確保以更加精細和動態的方式管理農村飲水的生產、輸配和服務流程，從而實現農村供水從水源井到入戶端水龍頭的智慧調度。

（1）水源監管

實現水源信息自動采集和傳輸，分類入庫，使大量繁雜的農村飲水信息分類清晰明確，為水源保護的決策提供數據支撐。基于區域水源基本信息和地理信息，實現統一入庫、實時更新、檔案管理和在線查詢等功能[5]，包括水源類型、所處的地理位置、水文地質條件、供水數量、開采方式、水源井保護區、污染源空間分布等。

（2）供水泵房監控

整合供水泵房生產數據，實現供水泵房生產、工藝、設備、業務等實時監控與分析，引入智能用量預測，全方位保障供水泵房生產運行規范化，確保供水保質保量的同時降低能耗，提高供水泵房的生產效率，優化供水泵房供水指揮決策。系統能夠在電子地圖上展示供水泵房、關鍵點壓力、供水管網的位置分布和供應關系，并展示今日供水量、今日用電量、出廠水監測、清水池液位等關鍵指標。點擊供水泵房，可查看供水泵房生產工藝以及各個環節監測數據，點擊地圖上的關鍵點，可查看該監測點的歷史壓力數據及變化趨勢，能緩為供水泵房生產及管網運行維護提供數據吃撐。

（3）管網監控

以輸水管網GIS數據和SCADA監測數據為基礎，對農村安全飲水工程管網輸配水過程的水量、水壓、水質進行實時監測，采集獲取信息數據，經水量預測模型分析，獲取模擬結果,實現預警和降低風險，提高處置效率，保障農村供水安全。

（4）安防管理

安防管理針對農村供水各個環節進行監管，采用視頻監控、門禁系統、紅外電子圍欄等方式，確保控制和減少水源井、供水泵房、管網等供水環節中各種事故的發生率，降低各類重大異常事件的發生概率，為農村飲水安全營造-個安全、和諧的供水環境。

（5）貧困人口飲水管理

飲水是否安全達標是評估農村貧困人口的指標之一，掌握貧困人口信息和相關工程信息，建立貧困人口飲水長效管理機制，對貧困人口建檔立卡，動態掌控飲水情況，精細化管理貧困人口飲水安全。

（6）營收管理

營收管理將報裝、營業收費、客戶服務等流程規范化，運用計算機進行統一信息化管理，實現事過留痕，所有的操作日志記錄在案，透明監管整個營收流程；實現部門之間各業務高效流轉，大大提升管理人員的工作效率，為農村提供優質服務。

4 結束語

農村安全飲水信息化建設的目的是為了實現縣水利局對農村供水自動化管理，以信息化的手段解決農村飲水監管過程中面臨的各種問題實現對農村安全飲水水源井、供水泵房及管網等各個環節的實時監控，有效的解決農村飲水安全監能力薄弱的問題。系統平臺以標準化供水服務、智能化調度、精細化管理為建設目標，實現對供水管網的動態化管理，能夠減少維護人員，降低運行成本，有效提高供水保證率。同時，通過對工程各個環節的嚴格監控，能夠及時發現存在的隱患，并第一時間進行排查和解決，大幅降低了安全風險。