农村饮用水工程水质安全在线监测系统

邵红艳，汪建宏

（1. 浙江省金华市农村水利管理处，浙江 金华 321000；2. 浙江禹贡信息科技有限公司，浙江 杭州 310009）

1 建设背景

根据《浙江省农村饮用水工程标准化管理验收办法》，笔者对农村饮用水工程水质安全在线监测系统进行设计与研究，对照《浙江省农村饮用水工程标准化管理验收办法》，且遵守《浙江省水利工程标准化运行管理平台建设导则和技术要求》进行研发。

2 研发历程

（1）第1代产品的问世

2011年9月《农村饮用水工程水质安全在线监测系统》课题得到省水利厅的支持和立项。由于该项目资金的限制，决定以临江基地的6块地作为实验基地，只检测并对其实行自动加水和停水。系统2012年开发完成，达到了保持值不变和自动化控制的目的。另外，在不同时期需要的目标值随时可调，且简便可操作。

（2）第2代产品的产生

继续以临江基地为依托，2013年研究开发了“农村饮用水工程水质安全控制系统”，自动化控制工作原理：在合适位置安装专用的传感器，传感器实时探测信息，并通过无线系统发送给中央处理系统，中央处理器利用专家系统分析，当需要补水时，中央处理器通过无线电系统发送控制指令给田间各电磁阀门，将相应阀门打开后，启动水泵。

该系统与第1代产品比较，增加了信息传感器，可以监测pH值、磷、氮等数据，同时拓展实现了数据从现地传输到上位机的环节，并与MIS管理系统实现了对接的功能。后来该系统得到杭州之江园林有限公司的支持，结合浙江树人大学的产销管理系统，不但在基地上可以实现智能化控制，而且将采集数据通过网络传输到上位机，采集到产销管理系统中显示。

（3）第3代产品的升级

研究团队继续研究升级了第2代产品，开发了“智能自动控制系统”，该系统在第2代产品的基础上，实现了WEB数据系统的开发，通过以太网实现自动控制，同时将视频监控结合到系统中。该系统进行了太阳能和蓄电池结合供电的研究，能够适用于偏远山区工程。该系统在水来方科技有限公司的应用非常成功。

（4）第4代产品的诞生

在第3代产品的基础上，将现地控制和云技术、物联网技术、移动互联技术结合，开发了“智慧自动控制云平台”，实现温度、压力、水位、pH值等的现地控制、触摸屏显示、上位机监控、无线移动终端监控，同时实现远程无线视频监管。实现了云技术服务、数据分析和统计，远程查询和打印等协同服务。

该系统主要由前端采集部分、现地控制部分、上位机、通信网络、移动终端等组成，前端采集部分包括各种传感器和摄像头，传感器采集温度、压力、水位、pH值等状态数据，摄像头采集视频数据。现地控制部分包括PLC、电磁阀、触摸屏、云台等，上位机包括工控机、组态软件系统等，现场总线、PLC无线通信模块、以太网、无线网络、物联网节点、视频流传输网络、移动互联网、云数据服务空间等。移动终端可以采用手机、笔记本电脑、APAD等移动设备。该平台具有以下特点：

1）先进性：该系统采用了最新的云技术、移动互联技术、物联网技术，使系统在智能灌溉领域达到国内先进水平。

2）实时性：该系统不但实现了现地控制系统的实时数据传输，同时实现了远程实时无线传输和控制；不但实现状态数据的实时传输和控制，而且实现了视频数据的远程无线传输和云台控制。

3）物联性：将视频和状态数据通过自主开发的物联网节点进行物联，结合无线网关、无线路由、移动互联等技术，实现视频和状态集中到移动终端，采用相同软件界面进行监视和控制。

4）可移动性：采用移动互联技术，实现了随时可监视，随地可控制的要求。

5）云服务：数据存储在云端，实现大数据存储和多云端的安全备份和容灾技术，实现既安全又大容量存储的性能。

本平台专业应用到智能领域，结合蓄电池和太阳能供电系统，也可应用到偏远山区无电源的园区或基地。由于采用无线传输系统，可以应用到无光纤、无以太网的地区，但需要移动网络覆盖区域（视频监控需要3G网络覆盖）。

主要配置参数：

1）各类传感器按照实际需要配置，采集数据精确度小于0.01单位。

2）摄像装置，带无线传输模块，视频数据传输监视远程实时性＜1 s。

3）上位机需要配置工控机，安装组态王软件，SQL或ORACLE数据库；状态数据传输显示的LCU实时性 ＜0.2 s，上位机 ＜0.5 s；远程 ＜1 s。状态数据传输控制的LCU实时性＜0.2 s，上位机＜0.5 s；远程＜1 s。

4）移动终端支持3G网络。

5）物联网节点，提供16点视频接口（可拓展）、以太网口、电源口等。

6）现地控制柜：标配2 200×800×600（高×宽× 深 mm）。

7）云服务器按照实际需要决定空间。

8）PLC带3D无线通信模块和以太网通信模块，触摸屏，7寸标配。

3 主要功能介绍

农村饮用水工程运行监管系统主要功能：

（1）基本情况管理模块：可以新增、修改和删除农村饮用水工程点，录入各个工程点的基本情况，并可以在图上显示。

（2）一张图管理模块：显示该地区所有农村饮用水工程的坐标点，且用不同的颜色，区分农村饮用水工程的基本情况。绿色表示基本点，黄色表示已经安装了净水设备、反冲洗设备和消毒设备，红色表示已经安装了实时监控、监管系统。

（3）实时监控监管模块：工作人员通过现场控制箱上的按钮签到考勤，摄像装置自动拍摄工作人员到场情况，自动记录工作人员反冲洗操作时间，实时监控投加消毒剂情况等，实时监控水厂水质情况，这些数据通过采集设备将自动上传到管理平台。

（4）数据展示和统计模块：显示人员到场考勤情况，现场拍照情况，时间情况，通过报表直观显示，具有统计查询和打印等功能。

（5）提醒功能模块：若工作人员未在规定时间内到现场签到、反冲洗和消毒操作，系统会通过短信提醒工作人员。

（6）缺陷管理模块：现场设备发现问题，工作人员可以通过手机版软件，上报缺陷情况。

4 系统工作原理

系统工作原理如图1所示，从图可知，工作人员到现场时，首先现场的摄像设备会对工作人员进行拍照，接着工作人员按下控制箱的签到按钮进行签到操作，然后按照要求进行巡查和反冲洗，系统会自动记录消毒情况和反冲洗的时间。所有的图像、签到、消毒和反冲洗的数据将通过RTU传输到系统管理平台，通过平台进行展示、统计、查询等。同时系统平台内有饮用水工程的基本信息、GIS管理信息（如饮用水工程所在经纬度等）等，通过云服务存储数据和管理数据。

当工作人员未按时到现场操作，系统会按照设定的要求，短信提醒工作人员到现场进行操作，达到监督考核的目的。

图1 平台工作原理图

5 主要操作界面

图2～图6为主要操作界面。

如图2所示，信息总览可以根据用户的喜好，通过系统管理模块进行定制。

图2 信息总览界面

图3为高清天地图，其中红色点表示未安装设备的工程，绿色为正常工程，紫色为异常工程，黄色为巡查未到位工程。

图3 综合地图管理界面

通过图4图5，可以对各个乡镇饮用水工程的单位信息，人员信息以及上级管理单位信息进行综合管理。

图4 组织管理之工程站点管理界面

图5 组织管理之人员管理界面

（1）新增加工程：可以输入工程单位信息，包括经纬度信息，设备情况信息等，在综合地图上将新增展示。

（2）修改工程信息：比如，该工程原来未安装设备，现在安装了，可以修改其信息为已启用。在综合地图上的图标颜色也会随之变化。

（3）人员岗位管理：可以通过该页面对人员信息进行新增、删除、修改等管理。

通过图6，展开左边目录树，可以查询到总体情况、分站点统计情况，包括巡查情况，消毒和反冲洗情况，未到位情况，设备缺陷情况等。

图6 统计查询界面

6 应用案例

表1 系统设备配置表

本系统在某农村饮用水工程浙江省东阳市某某供水有限公司进行应用，系统配置如表1所示。

7 结束语

农村饮用水工程水质安全在线监测系统的建设和应用，系统稳定可靠，实践证明，是一款非常好的产品，它既符合了浙江省水利厅对水利工程标准化管理的要求，又能实实在在地帮助农村饮用水公司提高管理水平，提升供水的经济效益和社会效益。