祁 潔，楊勝梅，陸 敏

（水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012）

0 引言

農(nóng)村飲水安全根據(jù)水質(zhì)、水量、用水方便程度等指標衡量。目前全國各地飲水安全工程都在建設(shè)中，以江蘇省宿遷市宿城區(qū)為例，飲水安全工程建設(shè) 2 年來，雖然滿足了群眾日常的飲用水需求，但是管理效率低下，成本過高，對各水廠、輸配水管網(wǎng)運行情況也只采用人工方式進行監(jiān)測，一旦發(fā)生突發(fā)事件，應(yīng)急響應(yīng)機制嚴重滯后。因此，建立宿城區(qū)飲水安全管理信息化系統(tǒng)，對滿足人民群眾日常的飲用水需求，解決農(nóng)村飲水安全問題，提高飲水安全管理工作的科學(xué)性，顯得尤其必要。

飲水安全管理信息化系統(tǒng)要求實時掌握水源地、水質(zhì)、水量、管網(wǎng)運行等信息，監(jiān)測管網(wǎng)的運行和飲水安全，為科學(xué)取水和配水提供科學(xué)決策依據(jù)。宿城區(qū)飲水安全管理信息化系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括信息采集、通信鏈路、局域網(wǎng)絡(luò)（包括監(jiān)控中心和鄉(xiāng)鎮(zhèn)管理站設(shè)施）、應(yīng)用軟件（包括系統(tǒng)和支撐軟件）及與之相配套的工程建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施改造等 5 個方面，通過建立監(jiān)控中心、鄉(xiāng)鎮(zhèn)管理站、中心水廠自動監(jiān)測站，對整個飲水安全工程的水源地、管網(wǎng)運行、水量等信息實時監(jiān)測，實現(xiàn)飲水安全管理信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集及存儲。

中心水廠自動監(jiān)測站對中心水廠水井水位、流量和壓力及管網(wǎng)運行安全進行自動監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)通過移動通信方式（CDMA1X 或 SMS）發(fā)送到宿城區(qū)監(jiān)控中心處理和存儲。監(jiān)控中心通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對飲水安全情況進行分析、處理，對環(huán)網(wǎng)供水進行優(yōu)化調(diào)度與管理，以節(jié)約水資源。

1 自動監(jiān)測站構(gòu)成

宿城區(qū)自動監(jiān)測站點是 9 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)管理站所管轄的中心水廠，監(jiān)測參數(shù)包括中心水廠取水井水位、出水流量、供水壓力、開關(guān)機時間等。中心水廠自動監(jiān)測站由數(shù)據(jù)采集終端、通信模塊（CDMA1X 和 SMS 雙信道）、水位傳感器（壓力式）、水流量傳感器（遠傳水表）、壓力傳感器（遠傳壓力表）、交流電充電設(shè)備等組成，中心水廠自動監(jiān)測站結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1 所示。水質(zhì)監(jiān)測目前采用人工定期監(jiān)測方式，自動監(jiān)測站提供水質(zhì)傳感器接口，經(jīng)擴展后可由自動監(jiān)測替代人工監(jiān)測水質(zhì)[1]。

2 自動監(jiān)測站工作流程及運行方式

中心水廠自動監(jiān)測站的數(shù)據(jù)采集終端有自動觸發(fā)測量數(shù)據(jù)（水位、流量、壓力等），24 h 全天候響應(yīng)監(jiān)控中心請求的測量，執(zhí)行監(jiān)控中心遠程操作指令等功能，能將采集到的數(shù)據(jù)通過 CDMA1X 或 SMS 通信方式發(fā)送到監(jiān)控中心。

圖1 中心水廠自動監(jiān)測站結(jié)構(gòu)示意圖

監(jiān)控中心可以通過下達遠程操作指令來改變自動監(jiān)測站的工作方式、運行參數(shù)等，如連接間隔時間、數(shù)據(jù)采集模式切換等。監(jiān)控中心主動要求測量數(shù)據(jù)時，則發(fā)送指令由自動監(jiān)測站接收后執(zhí)行采集，并將采集到的實時數(shù)據(jù)立刻回發(fā)給監(jiān)控中心。

自動監(jiān)測站可自動測量，自動測量觸發(fā)條件如下：時間，指定時間到了就觸發(fā)；事件，水位、流量、報警、防盜等信息產(chǎn)生變化時觸發(fā)。時間和數(shù)據(jù)相關(guān)的參數(shù)由監(jiān)控中心設(shè)定。

當水量（流量）或水位等參數(shù)變化時，每達到規(guī)定的增減量變化時（如瞬時、累積流量增加到一定量或水位漲落 l cm）即向中心發(fā)送 1 次數(shù)據(jù)。每隔一定時間間隔，不管參數(shù)有無變化，都向中心發(fā)送 1 次數(shù)據(jù)。為防止水位波動太大造成數(shù)據(jù)頻率過高，設(shè)置了限時發(fā)送功能，只有超過一定時間間隔以后的水位變化才發(fā)送。

3 自動監(jiān)測站功能

自動監(jiān)測站負責(zé)采集中心水廠取水井水位、水廠供水出水口流量和水壓等[2]，實現(xiàn)的功能如下：對數(shù)據(jù)進行采集、顯示、存儲，通過通信設(shè)備與信道完成數(shù)據(jù)傳輸；具有低功耗和高可靠性，有較強的抗干擾能力，并可以擴展傳感器和通信接口；可以自動觸發(fā)測量數(shù)據(jù)（水位、流量、壓力等）或響應(yīng)監(jiān)控中心請求的測量，并執(zhí)行遠程操作指令；在被測參數(shù)值發(fā)生增減變化（可設(shè)定變化范圍）或達到設(shè)定時間間隔時，自動采集、存貯和發(fā)送參數(shù)數(shù)據(jù)；現(xiàn)場或遠程設(shè)置站址編碼、通信模式等相關(guān)參數(shù)；修改測量間隔、工作模式、時間等參數(shù)；大容量存儲器，可現(xiàn)場保存 6 個月以上的監(jiān)測數(shù)據(jù)；雙通信信道自動切換；越限、故障自動報警。

4 自動監(jiān)測站信息發(fā)布

宿城區(qū)飲水安全工程管理信息化系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)按系統(tǒng)功能區(qū)分為信息采集傳輸層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、應(yīng)用交互層等 5 個業(yè)務(wù)層次，標準化和保障體系，保障整個系統(tǒng)安全、正常運行。系統(tǒng)除信息采集層之外的幾個業(yè)務(wù)層均在系統(tǒng)監(jiān)控中心站。

數(shù)據(jù)資源層是系統(tǒng)信息匯集的目的地，是數(shù)據(jù)存儲與管理的基礎(chǔ)，由 2 臺安裝 Windows 2008 Server 的計算機組成 1 個集群服務(wù)器系統(tǒng)，存儲飲水安全管理信息化系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫采用 SQL Server 2008，庫表結(jié)構(gòu)采用江蘇省水資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，有利于與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、集成和對接。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層由綜合信息管理和發(fā)布等組成。綜合信息管理軟件包括信息服務(wù)、實時監(jiān)控、預(yù)警與報警和飲用水收費管理等功能模塊。綜合信息發(fā)布是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)查詢服務(wù)平臺軟件，采用 B/S 結(jié)構(gòu)，由基于.net Framework 4.0 部署的 Web 應(yīng)用服務(wù)發(fā)布，提供通過 IE 進行數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，不僅可以提供查詢的數(shù)據(jù)（包括實時、歷史、統(tǒng)計等信息），還可以通過自定義業(yè)務(wù)模式，為外部接入數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。

4.1 信息流程

中心水廠自動監(jiān)測站自動采集信息，采用CDMA 和 SMS 雙信道通信方式（CDMA 主信道，SM 備用信道）將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心，同時鄉(xiāng)鎮(zhèn)管理站進行人工信息采集，通過 ADSL 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控中心。采集的信息在監(jiān)控中心進行處理與存儲，由綜合信息發(fā)布軟件提供統(tǒng)一的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理和查詢平臺，采用在監(jiān)控中心建立調(diào)度與管理、決策發(fā)布的機制，對整個系統(tǒng)的運行進行科學(xué)、有序地管理。系統(tǒng)信息流程如圖 2 所示。

4.2 信息查詢功能

信息顯示提供概化圖、表格、過程線、直方圖等多種顯示方式。主要包括以下功能模塊：供水管網(wǎng)實時信息、井水位報表、流量報表、水泵狀態(tài)表、管道壓力表、水泵電流表、水泵頻率表、水廠流量統(tǒng)計表、鄉(xiāng)鎮(zhèn)水損統(tǒng)計表、變頻參數(shù)圖、水位流量對應(yīng)圖、供水量和開泵時間統(tǒng)計。

圖2 系統(tǒng)信息流程圖

這些模塊采用靈活配置的方法進行設(shè)計，根據(jù)用戶權(quán)限的不同，進行界面初始化，實現(xiàn)不同用戶的個性化界面。實時信息圖采用概化圖的模式，可以在站點信息上，直接通過點擊的模式，打開該項目的歷史數(shù)據(jù)查詢。供水管網(wǎng)實時信息如圖 3 所示，顯示了各個站的實時信息，包括水位、累計和瞬時流量、管道壓力、水泵的頻率電流狀態(tài)等，可根據(jù)需要篩選需要顯示的數(shù)據(jù)類型。

其他模塊都可以根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠及不同的時間段組合來篩選信息，并提供導(dǎo)出到 Word，Excel 及打印功能。水位流量報表統(tǒng)計了最高最低水位、最大流量的數(shù)值和時間；水泵狀態(tài)表累計查詢到的信息；變頻器參數(shù)圖提供報表和圖形對比顯示；供水量和開泵時間統(tǒng)計提供表格、圖形和柱狀圖對比顯示。

圖3 供水管網(wǎng)實時信息

5 結(jié)語

自動監(jiān)測站在飲水安全管理信息化系統(tǒng)中起著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集及存儲的作用。監(jiān)測到的數(shù)據(jù)最終在監(jiān)控中心綜合信息發(fā)布軟件上得到展現(xiàn)。今后自動監(jiān)測站的應(yīng)用可以增加水質(zhì)傳感器，采用自動監(jiān)測方式替代人工監(jiān)測水質(zhì)，完善自動監(jiān)測站功能，加強飲水安全管理。

[1]水資源水生態(tài)事業(yè)部. 宿城區(qū) 2009 年度農(nóng)村飲水安全工程管理信息化系統(tǒng)建設(shè)施工設(shè)計[R]. 南京：水利部南京水利水文自動化研究所，2010: 10-11.

[2]水資源水生態(tài)事業(yè)部. 飲水安全管理信息化系統(tǒng)設(shè)計方案[R].南京：水利部南京水利水文自動化研究所，2010: 18-19.