基于智慧化的高速公路站区污水管控平台的建设与应用

2021-12-28师建飞

山西交通科技 2021年5期

师建飞

（山西省交通环境保护中心站（有限公司），山西太原 030032）

0 引言

目前我国部分现行的污水处理厂管控平台系统缺乏整体性，各业务系统相互隔离，纵向上未形成稳固的信息根基，横向上未构筑互补的信息桥梁，信息沟通存在缺陷，信息出现孤岛问题。各数据之间总体上呈现出松散的弱相关关系，没有进行数据广泛互联与更深层次的挖掘，从而导致资源消耗、运维成本高昂现象，加剧了落后的生产管理方式与日益增长的污水处理需求之间的矛盾。

针对上述问题，利用计算机智慧管控系统高效化、标准化、网络化的手段与技术，通过大数据挖掘和分析、物联网、自动化控制、3D建模等技术，在不同地点设置在线监测站点，将分层分级数据有机统一在大数据中心，形成统一数据、统一运维、统一管理的综合管控体系，预期达到环保达标、降本增效、精细管理、决策支撑的目标，可为同类分散型项目管控提供借鉴和示范作用。

1 站区智慧污水管控平台系统架构

站区智慧污水管控平台系统架构包括设备工况监控系统、污水在线环境监测系统、数据分析及决策支持系统、运维管理系统、GIS地图系统、基础资料系统、系统设置功能等7个子系统，把不同地域的处理设备有机统一起来，形成全流程大数据系统，将设备、数据可视化，具备设备远程化维护和智能化运行的功能，实现全程控制、智能分析、节能降耗、环保达标的目的[1]。

1.1 设备工况远程管控与应急处理系统

污水处理设备工况监控系统的主要目的：通过实时数据采集系统对一体化污水处理设备风机、水泵、液位等关键设备运行情况运程监测和周边影像实时采集，远程分析得到一体化污水处理设备有无异常情况的反馈；通过一体化污水处理设备远程开关控制对关键或故障设备进行关停或重启，以达到优化处理工艺、降低能耗、维持设备正常运行等效果。

实时数据采集系统主要负责从污水处理设备PLC通过RS485或其他总线通讯实时采集现场设备运行数据和控制数据[2]。

周边影像系统主要通过各个不同摄像头对设备重要部位的实时监控，让管理人员远程观看设备的运行情况和周边影像，使管理人员能更直观地了解设备实时状况。

1.2 污水在线环境监测系统

典型站区通过电磁流量计、浊度传感器、氨氮pH二合一传感器等对污水处理设备进出口pH值、氨氮、悬浮物含量、日进水量、日出水量等关键指标进行在线监测和统计分析，了解和掌握不同处理工艺、不同处理量状态下的污水设备处理效果和水质达标情况，建立监测指标并制定指标阈值，临界前发布信息提醒。传感器的安装构思总图如图1[3]。

图1 传感器安装构思总图（单位：mm）

1.3 数据分析及决策支持系统

根据行业管理、日常运维、工艺选型、科技研发的不同需求，对污水处理设备的能耗、处理效率、监测达标率、故障率进行综合分析，形成科学有效的设备性能分析报告；形成年度污水的产生量和污水处理波形图，准确掌握污染源占比变化情况，获取人流量峰谷值以及季节环境对于污染物处理的影响，为环境保护措施制定提供有力的数据支撑。

1.4 运维管理系统

通过下发各种工单的形式安排、督促运维人员的日常工作和突发性工作，实现设备警告管理人员对运维工作人员的管理[4]。

1.5 GIS地图系统

通过利用模型、空间和网络技术、数据库集成等技术，形成直观的“交通环境一张图”和站点3D模型。通过点击标记进入直观了解污水设备的工作全流程。

1.6 基础资料系统

主要构架分设备资料和文档资料管理，建立设备台账和档案，编制技术手册和培训资料，为进一步提高工作效率提供有力工具。

1.7 系统设置功能

通过姓名、手机号等账号管理、角色分配、部门和员工管理、权限分配管理等模块对使用者系统集中管理。

2 站区智慧污水管控平台建设与应用

2.1 站区平台建设

树立“全生命周期”新理念，通过对大量交通环境数据的管理、分析、挖掘功能，从规划、设计、建设、运营、管理、服务全过程提供数据支撑和决策支持[5]。

图2 大数据中心远景规划图

图3 站区智慧综合管控平台系统图

2.2 站区平台应用

站区平台应用功能包括：3D模型视图、数据分析、智能曝气、污水中枢，手机App应用。

2.2.1 3D模型视图

实现对系统模型和信息全方位的3D可视化展示。提供对高速公路站区污水处理系统的模型、监测和数据、能耗和工单统计、环境和水质监测、报警信息的显示；提供组合水池、化粪池、一体化设备等构筑物系统模型中的空间详情和相关系统工艺参数、设备运行状态和数据信息的浏览查看，并通过3D视图呈现运行状态，为运维人员提供信息，方便运维。平台模型视图如图4所示。

图4 平台模型视图

2.2.2 智能分析

通过数据挖掘算法剖析历史数据，找出运维主体的规律、各类特性画像和关系，构建知识图谱，实现对设备设施利用率和完好率、能耗和环境效益、设施等数据的科学化和数字化分析，依据动态分析结果做出决策。

2.2.3 智慧曝气

ASM经典活性污泥数学模型是国际水协（IWA）主推的模型，基于此模型，系统考虑入水水质及污水处理系统运行情况，以理论需氧量计算公式为核心，动态计算单位时间所需曝气量。通过建立基于大数据，采用“前馈＋模型＋反馈”的多因子曝气控制方式，比常规控制方法节电7%～10%，同时有效地保证了收费站出水水质达标稳定性和节能降耗双目标的实现。

2.2.4 移动应用

管理和运维等使用人员按照授权通过手机App登录微信小程序实现系统的查看和远程控制功能，适时查看设备信息、监测数据、视频监控、系统模型等数据，并通过查看数据判断运行状态，及时发起控制任务，现场和远程全方位沟通协调，做出处理决策。

图5 手机App界面图

3 站区智慧污水管控平台效益分析

3.1 降本增效

高速公路运营站区污水处理系统工程建设点多面广，且建设地点小、散、远的特点导致其建成后运营维护对人力、物力、财力要求非常高，通过智慧环保综合管控系统能使设备实现智能化数据连接和数据共享，通过大数据技术实现海量设备数据的分析与工作模型数据共享，远程管理方式减轻劳动强度，改善作业环境。同时在运营维护过程中能提前发现设备潜在的故障，变大修为小修，大幅降低维修成本，缩短维修时间，有效维护设备的精密度，延长其使用寿命，保证污水处理效果，从整体上降低成本，提高效率。