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(huì)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(lái)，通過(guò)村莊環(huán)境整治行動(dòng)、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(jí)試點(diǎn)縣等工作，扎實(shí)推進(jìn)農(nóng)村生活污水治理工作，截至2018年底，全省46個(gè)試點(diǎn)縣（市、區(qū)）完成了近9000個(gè)村莊生活污水處理設(shè)施建設(shè)，累計(jì)12000多個(gè)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(shí)的薄弱，我國(guó)農(nóng)村大部分地區(qū)現(xiàn)有的污水處理設(shè)施較為簡(jiǎn)陋或不能正常運(yùn)行，根據(jù)《國(guó)家審計(jì)署發(fā)布2018年第2號(hào)公告》，江蘇省7個(gè)縣（市、區(qū)）在覆蓋拉網(wǎng)式農(nóng)村環(huán)境綜合整治項(xiàng)目中建設(shè)的195個(gè)污水處理設(shè)施有146個(gè)閑置，涉及投資10449.77萬(wàn)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(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理的問(wèn)題

以江陰農(nóng)污治理項(xiàng)目為例，其中運(yùn)維管理的問(wèn)題主要為：①涉及1137個(gè)站點(diǎn)，遍及987平方公里面積，2960個(gè)自然村，由于站點(diǎn)多、面廣的原因，不能實(shí)時(shí)獲取站點(diǎn)運(yùn)行信息數(shù)據(jù)，設(shè)施出現(xiàn)故障問(wèn)題不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，給處理站周邊的環(huán)境、物資帶來(lái)?yè)p失。②每次巡檢1000多個(gè)站點(diǎn)，巡檢質(zhì)量參差不齊，運(yùn)營(yíng)人員對(duì)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(yíng)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(diǎn)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(diǎn)導(dǎo)致漏檢的情況。

2．智慧農(nóng)污管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1建設(shè)目標(biāo)

村莊污水運(yùn)營(yíng)管理項(xiàng)目“三分在建、七分在管”，污水處理設(shè)施布局分散，要實(shí)現(xiàn)把處理設(shè)施管起來(lái)。村莊污水管理平臺(tái)的核心就是通過(guò)對(duì)污水處理設(shè)施的集中運(yùn)營(yíng)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(shí)現(xiàn)污水處理項(xiàng)目高效、有序的運(yùn)營(yíng)管理。

智慧農(nóng)污管理平臺(tái)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)污水處理站點(diǎn)管理和設(shè)施運(yùn)維管理。站點(diǎn)管理通過(guò)工藝組態(tài)圖實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程獲取全部站點(diǎn)的運(yùn)營(yíng)信息，監(jiān)控運(yùn)營(yíng)狀態(tài)、設(shè)備工況、累計(jì)處理污水水量等信息。運(yùn)維管理通過(guò)遠(yuǎn)程PC端和移動(dòng)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(tái)工藝監(jiān)測(cè)未發(fā)現(xiàn)的非數(shù)據(jù)類(lèi)問(wèn)題和故障維修工作。

2.2平臺(tái)總體架構(gòu)

智慧農(nóng)污管理平臺(tái)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并支持化驗(yàn)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(wú)線兩大類(lèi)，包括物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)服務(wù)層：基于云計(jì)算技術(shù)，將云端的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分類(lèi),然后對(duì)各種數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和使用，實(shí)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(jì)算與存儲(chǔ)資源的需求。集成GIS數(shù)據(jù)、管網(wǎng)數(shù)據(jù)、在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)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(shí)現(xiàn)多源、多格式、多類(lèi)型數(shù)據(jù)的融合，對(duì)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(shí)通信、移動(dòng)辦公平臺(tái)、微信平臺(tái)、農(nóng)污管網(wǎng)模型、農(nóng)污運(yùn)維模型、門(mén)戶管理、數(shù)據(jù)庫(kù)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(bào)表管理、設(shè)備管理、知識(shí)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(dòng)端（手機(jī)App、微信小程序）。

標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系：支撐項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)應(yīng)用協(xié)同和信息共享的需要，是節(jié)省項(xiàng)目建設(shè)成本、提高項(xiàng)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(jí)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(jì)

遠(yuǎn)程PC端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)維項(xiàng)目的統(tǒng)籌管理，模塊包括站點(diǎn)管理、智慧調(diào)度、電子巡檢、運(yùn)維管理，使用對(duì)象是運(yùn)營(yíng)管理人員。

2.3.1站點(diǎn)管理

站點(diǎn)管理設(shè)施的工藝數(shù)據(jù)采集使用智能網(wǎng)關(guān)，無(wú)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(diǎn)，通過(guò)4G無(wú)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(hào)采集、開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出、計(jì)數(shù)和無(wú)線數(shù)據(jù)通信于一體的高性能測(cè)控裝置，支持以太網(wǎng)通信，串口通信，RS485通信和4G無(wú)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(hào)、儀表等輸出的模擬信號(hào)、電平信號(hào)、干觸點(diǎn)、脈沖信號(hào)等。

站點(diǎn)管理界面展示站點(diǎn)的工藝組態(tài)圖，污水處理站的站點(diǎn)管理界面如圖2所示。供管理人員實(shí)時(shí)查看站點(diǎn)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(diǎn)設(shè)置視頻監(jiān)控，農(nóng)污處理站點(diǎn)電子圍欄，通過(guò)AI智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)智能捕獲可疑異常情況，自動(dòng)生成告警信息，同步發(fā)送至PC端運(yùn)營(yíng)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(shí)現(xiàn)故障告警后系統(tǒng)自動(dòng)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(jí)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(zhuān)業(yè)、離故障點(diǎn)最近的運(yùn)維人員，生成維檢任務(wù)單，實(shí)現(xiàn)智能派單。運(yùn)維人員通過(guò)App接收任務(wù)，根據(jù)導(dǎo)航路徑前往故障點(diǎn)，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(kù)，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(guò)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(duì)調(diào)度任務(wù)重新派單等操作。

智慧調(diào)度功能可以自動(dòng)完成90%以上的告警處理，隨著數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)故障告警信息的積累和學(xué)習(xí)，告警自動(dòng)處理的概率會(huì)更高，最終實(shí)現(xiàn)中控室少人值守或無(wú)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(yè)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(duì)所有接入平臺(tái)的工藝設(shè)備每30s讀取一次狀態(tài)信號(hào)，自動(dòng)、實(shí)時(shí)生成巡檢報(bào)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(duì)比單臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線、運(yùn)行趨勢(shì)，從而進(jìn)行預(yù)判，結(jié)合設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的年限折舊要求、運(yùn)行累計(jì)時(shí)間要求，形成智能預(yù)警。自動(dòng)識(shí)別異常數(shù)據(jù)并生成告警，觸發(fā)智慧調(diào)度功能。實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，輔助差異化精益運(yùn)維管理，設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)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(duì)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(jí)別、上報(bào)人、處理人、處理流程。制定巡檢規(guī)則、巡檢計(jì)劃，按照處理站、泵站設(shè)置細(xì)分巡檢條目、巡檢計(jì)劃、執(zhí)行周期，定期自動(dòng)下發(fā)巡檢任務(wù)。自動(dòng)生成巡檢路線、巡檢流程，對(duì)巡檢人員進(jìn)行定位與軌跡統(tǒng)計(jì)，在地圖上查看運(yùn)維巡檢車(chē)輛及人員進(jìn)行全程軌跡。對(duì)巡檢結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析、評(píng)價(jià)考核，對(duì)使用車(chē)輛信息管理、使用記錄，對(duì)工作人員統(tǒng)一排班、考勤管理。

巡檢管理的數(shù)據(jù)流過(guò)程如圖5所示，具體為通過(guò)巡檢App、讀取的設(shè)備數(shù)據(jù)獲得告警信息，觸發(fā)一個(gè)新的巡檢/維檢流程。系統(tǒng)通過(guò)預(yù)先設(shè)置的調(diào)度規(guī)則自動(dòng)判別告警數(shù)據(jù)的告警類(lèi)型，讀取相應(yīng)調(diào)度信息、巡檢/維檢方案。如果告警類(lèi)型符合預(yù)設(shè)的調(diào)度規(guī)則，通過(guò)告警的定位坐標(biāo)工作人員的App定位坐標(biāo)，計(jì)算最近的工作人員的位置，自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)度；如果不符合預(yù)設(shè)調(diào)度規(guī)則，需手動(dòng)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(bào)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(gè)流程；如果反饋結(jié)果異常，則需要重啟一個(gè)巡檢或者維檢子流程，直至流程結(jié)束。

2.4App移動(dòng)端設(shè)計(jì)

App移動(dòng)用于巡檢人員執(zhí)行巡檢任務(wù)，基于移動(dòng)GIS技術(shù)，結(jié)合GIS系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)的相關(guān)功能來(lái)實(shí)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(gè)巡檢過(guò)程。在移動(dòng)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(diǎn)位置后自動(dòng)規(guī)劃巡查路線。

App移動(dòng)端的主要功能為查看站點(diǎn)位置分布、查看站點(diǎn)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(chē)輛使用申請(qǐng)、即時(shí)通信，巡檢管理人員的權(quán)限支持流程審批。填報(bào)支持文字描述、錄制語(yǔ)音、上傳照片。

3．系統(tǒng)使用的關(guān)鍵技術(shù)

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

GPS技術(shù)：利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航。主要解決巡檢過(guò)程中巡檢人員位置信息獲取問(wèn)題，為后續(xù)的巡檢開(kāi)始點(diǎn)匹配、簽到點(diǎn)匹配、巡檢軌跡展現(xiàn)做支撐。

云計(jì)算技術(shù)：是一種分布式計(jì)算，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無(wú)數(shù)個(gè)小程序，然后通過(guò)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(shí)間內(nèi)（幾秒種）完成對(duì)數(shù)以萬(wàn)計(jì)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(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)在監(jiān)控系統(tǒng)中增加智能視頻分析模塊，借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力過(guò)濾掉視頻畫(huà)面無(wú)用的或干擾信息、自動(dòng)識(shí)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(chǎng)，判斷監(jiān)控畫(huà)面中的異常情況，并以最快和最佳的方式發(fā)出警報(bào)或觸發(fā)其他動(dòng)作，從而有效進(jìn)行事前預(yù)警，事中處理，事后及時(shí)取證的全自動(dòng)、全天候、實(shí)時(shí)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(guò)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(shí)感知采集建設(shè)，結(jié)合4G傳輸，實(shí)現(xiàn)水信息的動(dòng)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(duì)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(guò)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(guò)NFC進(jìn)行站點(diǎn)打卡，按照巡檢內(nèi)容逐項(xiàng)檢查、通過(guò)文字描述、語(yǔ)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(guò)巡檢率、完成時(shí)間對(duì)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(dòng)GIS技術(shù)，設(shè)施故障告警后自動(dòng)生成巡檢任務(wù)，并計(jì)算距離故障點(diǎn)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(duì)比傳統(tǒng)的人工派單模式，將故障處理時(shí)間由至少30min縮短至10s以?xún)?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(diǎn)坐標(biāo)生成定位，支持運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)App客戶端查看巡檢站點(diǎn)坐標(biāo)，并支持一鍵重新校核。巡檢人員通過(guò)使用巡檢App客戶端導(dǎo)航到巡檢站點(diǎn)。通過(guò)運(yùn)營(yíng)人員自主維護(hù)更新站點(diǎn)坐標(biāo)，保持站點(diǎn)位置的精準(zhǔn)性，避免找不到站點(diǎn)漏檢或花費(fèi)時(shí)間尋找站點(diǎn)導(dǎo)致巡檢效率下降。

5．結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目應(yīng)用在江陰農(nóng)村污水治理項(xiàng)目中，經(jīng)過(guò)智慧管理技術(shù)研究及平臺(tái)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(lái)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(tái)的故障檢測(cè)能力、故障預(yù)防能力。

來(lái)源：中國(guó)高新技術(shù)