江苏省城市供水安全动态监控系统关键技术研究与应用

文｜江苏省建设信息中心 孙王奇

项目背景与意义

江苏经济发达，同时也是全国水污染承载量最大的地区之一，加之地处江淮尾闾，上游客水污染、本地城镇化工业化快速发展带来的工业污染、生活污染、农业面源污染交织，全省集中式饮用水源地原水水质不容乐观。近年来因水源突发污染影响的供水安全事故日增，水源突发性污染已严重威胁城市供水安全，直接影响到人民群众的身体健康和社会稳定。因此，江苏省住房城乡建设厅从2008年底开始研究建立水质在线监测平台，动态监控供水水质情况和变化趋势，保障城市供水安全。

总体技术架构

江苏省城市供水安全动态监控系统建设采用分布式应用设计理念，共享省级主管部门和供水企业数据采集与监视控制系统、实验室信息管理系统、视频监控系统等已建系统的软件、硬件和网络资源，构建省、市、县（市、区）一体化监控平台。省级硬件平台采用虚拟化技术，整合已有硬件和网络资源，形成可灵活配置扩展的基础设施虚拟资源池。按照统一数据标准和交换标准，形成水质信息、供水企业基础信息、GIS信息、视频信息等数据资源层，在此基础上，构建省、市、县一体化应用系统。

功能实现和关键技术研究

核心功能

水质监控：实现全省城市供水企业实验室水质检测数据和太湖流域城市供水企业在线水质检测数据从源头到龙头的全流程监测监控。包括水源水日报11项、出厂水日报11项、管网水半月报6项、水源水月报29项、出厂水月报42项、管网末梢水月报42项、出厂水半年报106项实验室水质检测数据和11项在线水质检测数据。

水质异常分析：通过应用滑动平均算法和自回归滑动平均模型，对水质异常情况进行分析。实现自动筛选可疑数据，并提供人工干预，对可疑数据进行处理，排除脉冲噪声、设备故障等外在因素干扰，提升水质安全预警预报的准确性。

图1 江苏省城市供水安全动态监控系统水质指标趋势分析

水质预警预报：通过与国家水质标准自动比对和水质异常分析，实现水质指标异常报警和所属流域下游供水企业的预警预报。并与手机等移动终端联动报警，基于GIS地图整合报警供水企业的地理位置、水质指标、取水口视频、企业基础信息等图文和视频数据，为提高城市供水安全预警和应急处置能力提供技术支撑。

水质趋势分析：通过同期水质指标比对、上下游水质指标比对、实验室人工检测指标和水质检测设备自动检测指标比对等综合水质数据分析，实现对水质变化趋势的预测预判，为建立污染源扩散、水质变化趋势等模型提供理论基础，为水质预警、科学决策等提供技术支撑。（见图1）

水质报告：基于系统中的数据，实现全省供水能力、全省深度处理规模、全省重点流域水质超标情况、太湖水质报告等各类可定制统计报表和水质报告的自动生成，提升主管部门信息化管理水平和效能。

水质共享：通过建立城市供水水质信息共享平台，实现重点流域上下游水质信息共享，为有效防范流域性水源污染所引发的供水危机提供技术支撑。同时，与全国城市供水信息系统实现数据对接和共享。

视频监控：通过在太湖流域重点水源地设立视频监控点，实现对无锡、苏州等8个市、区供水企业取水口进行实时视频监控，并利用移动侦测等视频识别技术，对过往船舶等异常情况进行预警预报。

关键技术研究

江苏省城市供水数据标准编制

由于系统需要整合省级主管部门和供水企业SCADA、LIMS、视频监控等已有硬件、网络和系统资源。为解决全省城市供水企业异构系统之间数据采集和交换问题，研究编制《江苏省城市供水基础数据与水质数据信息规范》，包括供水企业、水源地、取水口、供水基础设施、处理工艺、安全保障等基础数据和实验室水质检测数据、在线水质检测数据信息规范，供水企业、水质指标编码规则，数据交换接口规范等，为建立水质数据共享平台奠定基础。

数据模型在水质检测及预警中的应用

在对实际水质检测数据分析过程中，发现存在工艺操作、设备故障、脉冲噪声等较多误报现象。为实现快速准确预警，需进一步完善水质异常检测及预警方法。本系统采用基于信息处理的数据分析方法，包括滑动平均算法：

和自回归滑动平均模型：

结合GIS、Flex（Web应用框架）等技术，对水质监控信息进行多维动态分析，分析研究水质在不同时间序列的数据中所隐含的变化规律，初筛并处理可疑数据，实现对复杂多变的水环境进行较为准确的异常检测和预报预警。

数据采集、传输与网络安全保障

供水企业中控系统部署在内部局域网，涉及到生产、调度、应急等重要信息系统，为实现从企业中控系统中采集在线水质检测数据。同时确保数据采集过程中企业内网的安全，在供水企业部署前置系统，通过前置服务器、物理隔离设备、防火墙，将企业内网与互联网物理隔离，在前置服务器与省级服务器之间通过VPN设备建立虚拟专网，实现数据专网加密传输。

项目应用和效益

系统投入正式运行以来，应用面已覆盖全省13个市级主管部门、77家自来水公司、143座水厂。其中实验室水质检测数据监控已实现全覆盖，在线水质检测数据监控已实现太湖流域全覆盖。2014年，全省供水企业实验室水质检测数据中的水源水日报和出厂水日报年均上报率达98.33%和99.78%。其中太湖流域实验室水质数据上报率和在线水质数据监控率均达到100%。截至2014年底，系统已形成包括50多万条实验室水质检测数据，240多万条在线水质检测数据的水质数据库，为江苏省城市供水年度发展报告，太湖水质报告的编制和城市供水安全预警预报，水质模型分析，科学决策提供了强有力的数据支撑。

总结与展望

系统建成以来，对提升城市供水主管部门监管水平，保障城市供水安全发挥了重要作用。下阶段，逐步扩大在线水质检测数据监控的应用范围，将系统在太湖流域的应用模式在长江、淮河等其他流域推广应用，实现全省城市供水在线水质监控全覆盖。积极探索与环保、海事、水利等部门研究建立水源水质监测信息、水源地危化品船舶信息、水文监测信息等数据共享平台。制定应急处理预案，构建跨部门、跨领域的预警监控和应急处理体系，共同为江苏省水资源保护，让百姓喝上优质安全饮用水，提供更科学有效的信息化监管手段。