智慧污水管理综合应用平台的构想和实现

喻火亮

摘 要：人类活动对水资源、水环境和水生态方面的造成的影响也日益加重，有些地区的形势已经日趋严峻。如何有效利用宝贵的水资源、保护日益损坏的水环境、维护不断被破坏的水生态，已经成为城市发展必须面对的重要课题。近年来，在发达地区的部分城镇，污水处理的应用管理已经从原来的经验型逐渐走向数字化和信息化。在污水管理实现数字化和信息化的基础上，如何更深一层进而实现精细化、智慧化，已经成为行业的焦点。该文结合具体的智慧污水管理平台的实现案例，旨在探讨智慧污水管理建设的思路、原则和方法。

关键词：智慧  污水  感知  GIS

中图分类号：X7        文献标识码：A 文章编号：1674-198X（2015）10（c）-0162-02

1 背景与现状

随着经济发展，和生产、生活的规模不断扩大，人类活动对水资源、水环境和水生态方面的造成的影响也日益加重，有些地区的形势已经日趋严峻。如何有效利用宝贵的水资源、保护日益损坏的水环境、维护不断被破坏的水生态，已经成为城市发展必须面对的重要课题。国务院于2015年4月颁布的《水十条》亦明确提出，“水环境保护事关人民群众切身利益，事关全面建成小康社会，事关实现中华民族伟大复兴中国梦。当前，我国一些地区水环境质量差、水生态受损重、环境隐患多等问题十分突出，影响和损害群众健康，不利于经济社会持续发展”。《水十条》要求：“加快城镇污水处理设施建设与改造;全面加强配套管网建设;推进污泥处理处置”。但是随着各个系统的逐步推行、建成和应用，新的问题也随之而来。首先是各个系统之间彼此孤立、“老死不相往来”，形成企业内部“信息孤岛林立”的现象，导致不同系统之间信息无法充分共享、不同信息无法相互作用、互相参考、形成合力;其次，随着系统的应用推行，各个系统内日积月累，积累了大量的设施状态数据和运行数据。这些数据并没有有效的手段被充分利用，挖掘出有价值的信息，能为未来提供有效的、有意义的参考。（见图1）

2 挑战与契机

毫无疑问，已经迎来了行业变革、革新的契机。首先，从政策层面，正如之前所述，不论是《水十条》还是“十二五”规划，都可以看出，国家、政府、乃至整个行业，都已经史无前例地对水资源、水环境和水生态给予了高度的关注、提出了明确的要求、建立了清晰的目标。其次，从技术层面，我们恰逢信息时代、新的概念、技术层出不穷、日新月异。“物联网、空间信息处理、大数据、云计算”这些新的科技和技术都已经在一些领域和行业带来了突破和变革。

3 概念与思路

3.1 概念

建设思路是基于地理信息系统（GIS）、物联网和云计算技术，打造城市污水处理综合运营管理平台，为污水运营企业安全管理、生产运行、水质化验、设备管理、日常办公等关键业务提供统一业务信息管理平台，对企业实时生产数据、视频监控数据、工艺设计、日常管理等相关数据进行集中管理、统计分析、数据挖掘，为不同层面的生产运行管理者提供即时、丰富的生产运行信息，为辅助分析决策奠定良好的基础，为企业规范管理、节能降耗、减员增效和精细化管理提供强大的技术支持，从而形成完善的城市污水处理信息化综合管理解决方案。

污水处理综合运营管理平台，依托云计算技术构建、利用互联网将各种廣域异构计算资源整合，以形成一个抽象的、虚拟的和可动态扩展的计算资源池，再通过互联网向用户按需提供计算能力、存储能力、软件平台和应用软件等服务。系统可以对污水处理企业的进、产、排三个主要环节进行监控，将下属提升泵站和污水处理厂的水量、水位、水质、电耗、药耗、设备状态等信息通过云计算平台进行收集、整合、分析和处理，建立各个环节的相互规约模型，分析生产环节水、电、药的消耗与处理水排水、生产、排放之间的隐含关系找出污水处理厂的优化生产过程管理方案，实现对污水处理企业生产过程的实时控制与精细化管理，达到规范管理、节能降耗、减员增效的目的。

3.2 设计思路

（1）统筹规划，持续建设。污水厂智慧管理平台是一个技术复杂、综合性的平台，其建设不可能一蹴而就。平台建设要在统一规划下，兼顾当前急需与未来扩展，设计上要有很强的开放性和扩展性，有步骤的持续性建设。（2）充分利用现有资源。（3）污水厂智慧管理平台建设是以各污水厂自控系统及相关数据为基础，并对原有数据进行归纳、整理、分析后实现各个业务系统、应用系统及监控系统的完善。（4）以先进技术为支撑，以业务需求为导向，以实用为目标。以技术为支撑，保证系统建设在未来一段时间的先进性;以需求为导向，保证系统设计的科学性、合理性;以实用为目标，确保系统在体现特色的同时不能偏离实用性的主题。（5）充分借鉴，集成创新。平台建设充分借鉴以往污水厂监管的建设经验，取其精华去其糟粕，采用先进成熟的技术标准和方法，并根据本地实际因地制宜，形成一个技术先进、具有本地特色的智慧管理平台。

4 案例与实现

基于上述的“智慧污水管理综合应用平台”的构想和设计，结合实际的污水处理厂的运营，我们开发并实现了一套智慧污水管理的综合应用系统。

4.1 总体架构

该系统分为两大部分四个层次，两大部分为智慧应用管理平台和污水处理厂的建设，四个层次分为污水厂联网建设、数据中心建设、服务支撑平台建设与综合应用管理平台建设。

4.2 系统架构

通过在污水厂建设的智能数据采集系统将污水厂自控系统的数据、视频监控的数据等传输至污水厂智慧管理平台中，通过污水厂智慧管理平台的归纳、整理、分析后进行指导生产及管理决策（见图2）。

4.3 技术路线

（1）基于SOA设计架构。SOA是基于开放的Internet标准和协议、支持对应用程序或应用程序组件进行描述、发布、发现和使用的一种应用架构。SOA支持将可重用的数据应用作为应用服务或功能进行单独开发集成，并可以在需要时通过网络访问这些服务或功能。通过SOA，开发者可以对不同的服务或功能进行组合以完成一系列的业务逻辑与展现，最终可让用户像使用本地桌面业务组件一样方便地调用服务或功能等各种资源。（2）C/S、B/S、M/S相结合的系统架构。由于项目中系统较多，用户组织结构较复杂，为了确保系统更有针对性，满足的实际应用场景和应用需求，采用B/S为主，C/S、B/S、M/S相结合的混合型系统架构。考虑到目前系统架构的潮流，以及用户的操作习惯，本项目中系统以B/S架构为主。对于一些应用场景较特殊、对用户权限要求比较严格的系统，则采用传统的C/S架构。对于需要移动管理平台等，采用M/S的架构。（3）GIS多源数据共享。建立GIS服务引擎，对外提供各类地理数据服务，包括三维地图服务、GIS分析服务、专题图服务等，实现GIS的“一张图”。（4）SCADA平台。该项目系统底层采用SCADA系统实现对现场端上传数据的接收和处理。SCADA全称为数据采集与监视控制系统。该系统能够对监测站的监测仪器设备运行情况和监测数据进行定时和实时监控，实现数据的统一采集，并可通过多种传输方式将现场的监测信息传输到数据库管理系统中，供前端WEB系统访问。

5 结语

尽管水资源、水环境、水生态管理的形势日益严峻，污水处理运营管理的挑战也日趋艰巨，但政策上的关注、技术上的革新都为我们带来了变革的契机。虽然迈出了探索智慧污水管理的一小步，但随着整个行业携手并进，相信很快就会成为行业发展的一大步。

参考文献

[1] 中华人民共和国国务院[Z].水污染防治行动计划，2015.

[2] 杨凌波，曾思育，鞠宇平，等.我国城市污水处理厂能耗规律的统计分析与定量识别[J].给水排水，2008（10）：42-45.

[3] 李彦，马丽辉.污水处理企业信息化建设浅析[J].西南给排水，2009（2）：40-43.