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村莊生活污水造成的環(huán)境污染不僅是村莊水源地潛在的安全隱患,還會加劇淡水資源的危機(jī),使耕地灌溉得不到有效保障,危害農(nóng)民的生存發(fā)展。以江蘇省為例，江蘇省自2007年以來，通過村莊環(huán)境整治行動、農(nóng)村環(huán)境連片整治、覆蓋拉網(wǎng)式農(nóng)村環(huán)境綜合整治和省級試點縣等工作，扎實推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理工作，截至2018年底，全省46個試點縣（市、區(qū)）完成了近9000個村莊生活污水處理設(shè)施建設(shè)，累計12000多個村莊建有生活污水處理設(shè)施。由于經(jīng)濟(jì)條件限制及環(huán)境保護(hù)意識的薄弱，我國農(nóng)村大部分地區(qū)現(xiàn)有的污水處理設(shè)施較為簡陋或不能正常運(yùn)行，根據(jù)《國家審計署發(fā)布2018年第2號公告》，江蘇省7個縣（市、區(qū)）在覆蓋拉網(wǎng)式農(nóng)村環(huán)境綜合整治項目中建設(shè)的195個污水處理設(shè)施有146個閑置，涉及投資10449.77萬元，亟需將已有農(nóng)村污水處理設(shè)備進(jìn)行集中管控。

1．農(nóng)污治理項目運(yùn)營管理的問題

以江陰農(nóng)污治理項目為例，其中運(yùn)維管理的問題主要為：①涉及1137個站點，遍及987平方公里面積，2960個自然村，由于站點多、面廣的原因，不能實時獲取站點運(yùn)行信息數(shù)據(jù)，設(shè)施出現(xiàn)故障問題不能及時發(fā)現(xiàn)，給處理站周邊的環(huán)境、物資帶來損失。②每次巡檢1000多個站點，巡檢質(zhì)量參差不齊，運(yùn)營人員對巡檢結(jié)果的管理困難。③出現(xiàn)設(shè)施故障后，傳統(tǒng)由運(yùn)營人員人工下發(fā)維修工單，運(yùn)維人員將近200人，組織協(xié)調(diào)難度大。④為避免擾民，大多站點都設(shè)置在鄉(xiāng)村較遠(yuǎn)的地方，根據(jù)地圖定位，經(jīng)常存在巡檢/維檢人員找不到站點導(dǎo)致漏檢的情況。

2．智慧農(nóng)污管理平臺的設(shè)計

2.1建設(shè)目標(biāo)

村莊污水運(yùn)營管理項目“三分在建、七分在管”，污水處理設(shè)施布局分散，要實現(xiàn)把處理設(shè)施管起來。村莊污水管理平臺的核心就是通過對污水處理設(shè)施的集中運(yùn)營管理，保證一體化處理站、提升泵站、凈化槽及其配套的液位傳感器等電氣元件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)污水處理項目高效、有序的運(yùn)營管理。

智慧農(nóng)污管理平臺的主要目標(biāo)是實現(xiàn)污水處理站點管理和設(shè)施運(yùn)維管理。站點管理通過工藝組態(tài)圖實時遠(yuǎn)程獲取全部站點的運(yùn)營信息，監(jiān)控運(yùn)營狀態(tài)、設(shè)備工況、累計處理污水水量等信息。運(yùn)維管理通過遠(yuǎn)程PC端和移動端App聯(lián)通，進(jìn)行運(yùn)維人員的巡檢、維修工作的規(guī)范化管理，設(shè)施產(chǎn)生的遠(yuǎn)程平臺工藝監(jiān)測未發(fā)現(xiàn)的非數(shù)據(jù)類問題和故障維修工作。

2.2平臺總體架構(gòu)

智慧農(nóng)污管理平臺采用面向服務(wù)架構(gòu)、分層架構(gòu)體系，從邏輯上分為感知執(zhí)行層、傳輸網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層、交互展示層。具體框架如圖1所示。

圖1　農(nóng)污智慧管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

感知執(zhí)行層：利用各種感知設(shè)備、技術(shù)手段和方法，實現(xiàn)對處理站水量、能耗、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)的實時監(jiān)測，并支持化驗數(shù)據(jù)、工程信息等信息的人工錄入。

傳輸網(wǎng)絡(luò)層：主要是將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，傳輸方式分為有線和無線兩大類，包括物聯(lián)網(wǎng)、無線移動通信網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)服務(wù)層：基于云計算技術(shù)，將云端的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分類,然后對各種數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和使用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在系統(tǒng)內(nèi)以及系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換與共享，滿足大量計算與存儲資源的需求。集成GIS數(shù)據(jù)、管網(wǎng)數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)、運(yùn)營數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)以及圖片、文檔、多媒體等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多源、多格式、多類型數(shù)據(jù)的融合，對數(shù)據(jù)多角度整合、分析、調(diào)用、交互、共享。

應(yīng)用支撐層：提供即時通信、移動辦公平臺、微信平臺、農(nóng)污管網(wǎng)模型、農(nóng)污運(yùn)維模型、門戶管理、數(shù)據(jù)庫引擎、GIS引擎、安全引擎、消息引擎、工作流引擎、規(guī)則引擎等功能，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐。

應(yīng)用層：提供用戶使用的系統(tǒng)功能單元，主要業(yè)務(wù)功能包括綜合監(jiān)控管理、智慧調(diào)度管理、智慧運(yùn)維管理、報表管理、設(shè)備管理、知識管理等。

交互展示層：應(yīng)用各種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)成果的發(fā)布展示。具體展示方式包括PC端、大屏幕展示系統(tǒng)、移動端（手機(jī)App、微信小程序）。

標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系：支撐項目建設(shè)和運(yùn)行的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)應(yīng)用協(xié)同和信息共享的需要，是節(jié)省項目建設(shè)成本、提高項目建設(shè)效率的需要，是系統(tǒng)不斷擴(kuò)充、持續(xù)改進(jìn)和版本升級的需要。

安全和運(yùn)維體系：保障系統(tǒng)安全應(yīng)用的基礎(chǔ)，包括物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、信息安全及安全管理等。

2.3遠(yuǎn)程PC端設(shè)計

遠(yuǎn)程PC端可以實現(xiàn)對運(yùn)維項目的統(tǒng)籌管理，模塊包括站點管理、智慧調(diào)度、電子巡檢、運(yùn)維管理，使用對象是運(yùn)營管理人員。

2.3.1站點管理

站點管理設(shè)施的工藝數(shù)據(jù)采集使用智能網(wǎng)關(guān)，無線智能網(wǎng)關(guān)具有低功耗、高可靠性和穩(wěn)定性等優(yōu)點，通過4G無線通信的方式傳送到服務(wù)器。智能網(wǎng)關(guān)是集成模擬信號采集、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、計數(shù)和無線數(shù)據(jù)通信于一體的高性能測控裝置，支持以太網(wǎng)通信，串口通信，RS485通信和4G無線數(shù)據(jù)通信于一體?？梢灾苯咏尤敫鞣N傳感器、標(biāo)準(zhǔn)變送器信號、儀表等輸出的模擬信號、電平信號、干觸點、脈沖信號等。

站點管理界面展示站點的工藝組態(tài)圖，污水處理站的站點管理界面如圖2所示。供管理人員實時查看站點基本信息、設(shè)備運(yùn)行工況及參數(shù)、污水處理工藝參數(shù)。站點設(shè)置視頻監(jiān)控，農(nóng)污處理站點電子圍欄，通過AI智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能捕獲可疑異常情況，自動生成告警信息，同步發(fā)送至PC端運(yùn)營中心、相關(guān)負(fù)責(zé)人的App。

2.3.2智慧調(diào)度

智慧調(diào)度管理實現(xiàn)故障告警后系統(tǒng)自動就近調(diào)度巡檢/維檢人員，數(shù)據(jù)流邏輯如圖3所示，具體為：生成故障告警信息后，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)告警域值判斷告警級別，嚴(yán)重告警則觸發(fā)智能調(diào)度系統(tǒng)，進(jìn)行告警定位，匹配相關(guān)專業(yè)、離故障點最近的運(yùn)維人員，生成維檢任務(wù)單，實現(xiàn)智能派單。運(yùn)維人員通過App接收任務(wù)，根據(jù)導(dǎo)航路徑前往故障點，在將告警處理完成后回填相關(guān)處理信息。故障解決則歸檔智慧調(diào)度歷史數(shù)據(jù)庫，故障未解決則重新觸發(fā)智慧調(diào)度系統(tǒng)。

管理人員通過智慧調(diào)度界面總覽調(diào)度概況，如圖4所示，展示告警數(shù)量、告警分布、調(diào)度數(shù)量、調(diào)度分布，進(jìn)一步查看詳細(xì)告警內(nèi)容、調(diào)度人員、維護(hù)情況等信息，人工可以進(jìn)行處理異常告警、對調(diào)度任務(wù)重新派單等操作。

智慧調(diào)度功能可以自動完成90%以上的告警處理，隨著數(shù)據(jù)庫對故障告警信息的積累和學(xué)習(xí)，告警自動處理的概率會更高，最終實現(xiàn)中控室少人值守或無人值守。

圖2　處理站工藝組態(tài)圖

圖3　智慧調(diào)度數(shù)據(jù)流

圖4　智慧調(diào)度管理頁面

圖5　巡檢管理數(shù)據(jù)流

2.3.3電子巡檢

電子巡檢是一種線上的設(shè)備巡檢方式，具體為系統(tǒng)對所有接入平臺的工藝設(shè)備每30s讀取一次狀態(tài)信號，自動、實時生成巡檢報告單。系統(tǒng)基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，對比單臺設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)與實時數(shù)據(jù)曲線、運(yùn)行趨勢，從而進(jìn)行預(yù)判，結(jié)合設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫對設(shè)備運(yùn)行的年限折舊要求、運(yùn)行累計時間要求，形成智能預(yù)警。自動識別異常數(shù)據(jù)并生成告警，觸發(fā)智慧調(diào)度功能。實現(xiàn)設(shè)備故障精準(zhǔn)預(yù)測，輔助差異化精益運(yùn)維管理，設(shè)備風(fēng)險評級管控,降低設(shè)備故障率，進(jìn)行設(shè)備安全、設(shè)備工況的預(yù)防預(yù)控。

2.3.4運(yùn)維管理

運(yùn)維管理是管理人員對巡檢/維檢工作的全流程管理，包括告警信息處理管理、進(jìn)度跟蹤，進(jìn)一步查看告警信息詳情，告警位置、內(nèi)容、級別、上報人、處理人、處理流程。制定巡檢規(guī)則、巡檢計劃，按照處理站、泵站設(shè)置細(xì)分巡檢條目、巡檢計劃、執(zhí)行周期，定期自動下發(fā)巡檢任務(wù)。自動生成巡檢路線、巡檢流程，對巡檢人員進(jìn)行定位與軌跡統(tǒng)計，在地圖上查看運(yùn)維巡檢車輛及人員進(jìn)行全程軌跡。對巡檢結(jié)果統(tǒng)計分析、評價考核，對使用車輛信息管理、使用記錄，對工作人員統(tǒng)一排班、考勤管理。

巡檢管理的數(shù)據(jù)流過程如圖5所示，具體為通過巡檢App、讀取的設(shè)備數(shù)據(jù)獲得告警信息，觸發(fā)一個新的巡檢/維檢流程。系統(tǒng)通過預(yù)先設(shè)置的調(diào)度規(guī)則自動判別告警數(shù)據(jù)的告警類型，讀取相應(yīng)調(diào)度信息、巡檢/維檢方案。如果告警類型符合預(yù)設(shè)的調(diào)度規(guī)則，通過告警的定位坐標(biāo)工作人員的App定位坐標(biāo)，計算最近的工作人員的位置，自動派發(fā)巡檢或者維檢任務(wù)和告警信息到工作人員的手機(jī)App，從而實現(xiàn)自動調(diào)度；如果不符合預(yù)設(shè)調(diào)度規(guī)則，需手動派發(fā)巡檢或維檢任務(wù)。接到任務(wù)的工作人員根據(jù)定位導(dǎo)航到指定的告警位置，執(zhí)行任務(wù)后填報巡檢或維檢的結(jié)果信息。如果反饋結(jié)果正常則結(jié)束這個流程；如果反饋結(jié)果異常，則需要重啟一個巡檢或者維檢子流程，直至流程結(jié)束。

2.4App移動端設(shè)計

App移動用于巡檢人員執(zhí)行巡檢任務(wù)，基于移動GIS技術(shù)，結(jié)合GIS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的相關(guān)功能來實現(xiàn)包含導(dǎo)航定位、信息采集、管理以及傳輸?shù)葍?nèi)容在內(nèi)的整個巡檢過程。在移動端加載地圖導(dǎo)航功能，系統(tǒng)能在獲取農(nóng)村污水處理站點位置后自動規(guī)劃巡查路線。

App移動端的主要功能為查看站點位置分布、查看站點基本信息、考勤打卡、接收巡檢任務(wù)、規(guī)劃路徑和導(dǎo)航、提交巡檢結(jié)果、車輛使用申請、即時通信，巡檢管理人員的權(quán)限支持流程審批。填報支持文字描述、錄制語音、上傳照片。

3．系統(tǒng)使用的關(guān)鍵技術(shù)

移動GIS技術(shù)：移動GIS是以空間數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)支持、地理應(yīng)用服務(wù)器為核心應(yīng)用、無線網(wǎng)絡(luò)為通信橋梁、移動終端為采集工具的應(yīng)用工具。并且具有移動性、信息載體多樣性以及服務(wù)實時性等優(yōu)點，將其應(yīng)用于管道巡線工作，能夠有效實現(xiàn)巡檢工作的信息化和智能化，實現(xiàn)全天候、全地域的信息訪問。

GPS技術(shù)：利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實時進(jìn)行定位、導(dǎo)航。主要解決巡檢過程中巡檢人員位置信息獲取問題，為后續(xù)的巡檢開始點匹配、簽到點匹配、巡檢軌跡展現(xiàn)做支撐。

云計算技術(shù)：是一種分布式計算，通過網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計算處理程序分解成無數(shù)個小程序，然后通過多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶?？梢栽诤芏痰臅r間內(nèi)（幾秒種）完成對數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)的處理，從而達(dá)到強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

智能監(jiān)控技術(shù)：采用圖像處理、模式識別和計算機(jī)視覺技術(shù)，通過在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊，借助計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過濾掉視頻畫面無用的或干擾信息、自動識別不同物體，分析抽取視頻源中關(guān)鍵有用信息，快速準(zhǔn)確地定位事故現(xiàn)場，判斷監(jiān)控畫面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報或觸發(fā)其他動作，從而有效進(jìn)行事前預(yù)警，事中處理，事后及時取證的全自動、全天候、實時監(jiān)控的智能系統(tǒng)。

4．應(yīng)用效果

4.1提升設(shè)施感知能力

通過采用智能網(wǎng)關(guān)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)采集技術(shù)、智能傳感技術(shù)，夯實感知采集建設(shè)，結(jié)合4G傳輸，實現(xiàn)水信息的動態(tài)感知和智能發(fā)現(xiàn)，為智慧農(nóng)污管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。感知采集是數(shù)據(jù)建設(shè)的根源，是業(yè)務(wù)應(yīng)用建設(shè)的基礎(chǔ)，對于工程安全運(yùn)行和調(diào)度控制起關(guān)鍵性作用。

4.2把控巡檢質(zhì)量

管理人員制定定期巡檢內(nèi)容，通過PC端統(tǒng)一下發(fā)定期巡檢任務(wù)至巡檢人員的App客戶端，巡檢人員通過NFC進(jìn)行站點打卡，按照巡檢內(nèi)容逐項檢查、通過文字描述、語音描述、上傳照片的方式記錄，并上傳至系統(tǒng)保存。管理人員通過巡檢率、完成時間對巡檢內(nèi)容考核。

4.3提升運(yùn)維人員組織效率

根據(jù)GPS全球定位技術(shù)、移動GIS技術(shù)，設(shè)施故障告警后自動生成巡檢任務(wù)，并計算距離故障點距離最近的巡檢人員，將任務(wù)派發(fā)至該人員的App客戶端。對比傳統(tǒng)的人工派單模式，將故障處理時間由至少30min縮短至10s以內(nèi)，避免調(diào)度幾十公里外運(yùn)維人員的情況發(fā)生。

4.4減少漏檢、提升巡檢效率

在客戶端GIS地圖根據(jù)站點坐標(biāo)生成定位，支持運(yùn)維人員現(xiàn)場通過App客戶端查看巡檢站點坐標(biāo)，并支持一鍵重新校核。巡檢人員通過使用巡檢App客戶端導(dǎo)航到巡檢站點。通過運(yùn)營人員自主維護(hù)更新站點坐標(biāo)，保持站點位置的精準(zhǔn)性，避免找不到站點漏檢或花費(fèi)時間尋找站點導(dǎo)致巡檢效率下降。

5．結(jié)語

本項目應(yīng)用在江陰農(nóng)村污水治理項目中，經(jīng)過智慧管理技術(shù)研究及平臺應(yīng)用得到一些成果，隨著工程應(yīng)用的擴(kuò)展，客戶需求提高，未來可以在管網(wǎng)模型、運(yùn)維模型上進(jìn)行研究，進(jìn)一步提升平臺的故障檢測能力、故障預(yù)防能力。

來源：中國高新技術(shù)