農(nóng)村生活污水處理設(shè)施智慧運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)建設(shè)探討

李志濤，張 慧，印小軍

(鈦能科技股份有限公司，南京，211800)

引言

農(nóng)村污水綜合治理工作是構(gòu)筑美麗鄉(xiāng)村的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是推進(jìn)鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)振興的內(nèi)在要求，也是“綠水青山就是金山銀山”思想的重要組成部分。近年來(lái)，全國(guó)各地認(rèn)真貫徹落實(shí)黨中央的決策和部署，聚焦解決當(dāng)前我國(guó)特色農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)突出的環(huán)境問(wèn)題，農(nóng)村的人居條件和環(huán)境也得以很好地改善。然而，隨著我國(guó)農(nóng)村地區(qū)對(duì)于污水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，其運(yùn)營(yíng)監(jiān)管難度大的問(wèn)題逐漸凸顯。

農(nóng)村污水處理站點(diǎn)多且分散，運(yùn)營(yíng)管理周期長(zhǎng)且復(fù)雜，傳統(tǒng)的運(yùn)維管理方式完全無(wú)法滿足農(nóng)村污水處理項(xiàng)目對(duì)于更低成本、更高效率的運(yùn)營(yíng)管理要求，亟須通過(guò)自動(dòng)化融合信息化建設(shè)，構(gòu)建集政府監(jiān)管、綜合監(jiān)控、智能預(yù)警、智慧運(yùn)維、分析決策、安全管理和村民互動(dòng)等多功能于一體的智慧化運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)。

1 存在問(wèn)題

建設(shè)美麗鄉(xiāng)村，改善農(nóng)村人口居住環(huán)境，是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的一項(xiàng)重要任務(wù)，直接關(guān)系廣大農(nóng)村居民的獲得感、幸福感和安全感。隨著國(guó)家對(duì)農(nóng)村人居環(huán)境的高度重視，農(nóng)村生活污水治理在全國(guó)范圍內(nèi)陸續(xù)展開(kāi)建設(shè)，并取得了很大成效。在此過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)了諸多問(wèn)題亟須思考和解決，主要有以下幾點(diǎn)：

(1)站點(diǎn)數(shù)量多且分散，尋址困難，運(yùn)維服務(wù)難度大；

(2)運(yùn)營(yíng)周期長(zhǎng)(20年以上)，運(yùn)維管理復(fù)雜；

(3)設(shè)備設(shè)施種類(lèi)多，資產(chǎn)管理難度大；

(4)運(yùn)維人員水平參差不齊，績(jī)效考核難度大；

(5)政府監(jiān)管缺乏數(shù)據(jù)支持，監(jiān)管難度大；

(6)農(nóng)村群眾對(duì)家鄉(xiāng)環(huán)保建設(shè)工作不了解，無(wú)法參與其中，缺少有效溝通途徑；

(7)運(yùn)維模式及管理體系尚不完全成熟，并沒(méi)有太多可借鑒的成功案例。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

充分利用GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)，形成立體式、多維度、閉環(huán)式的運(yùn)營(yíng)管理服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村污水處理站點(diǎn)設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、污水處理量、出水水質(zhì)、視頻圖像、能耗、藥耗等信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、分析和管理，構(gòu)建集政府監(jiān)管、綜合監(jiān)控、智能預(yù)警、智慧運(yùn)維、分析決策、安全管理和村民互動(dòng)等多功能于一體的智慧化運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)，有效保證農(nóng)村污水項(xiàng)目能夠長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠、低成本、高效率運(yùn)行。

2.2 設(shè)計(jì)原則

建成的新型農(nóng)村污水處理設(shè)施智慧化運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)必須遵循系統(tǒng)安全、穩(wěn)定可靠、適度先進(jìn)、兼容擴(kuò)展和使用簡(jiǎn)單等基本原則，保證系統(tǒng)所有軟、硬件設(shè)備的平穩(wěn)可靠運(yùn)行，保障農(nóng)村污水綜合治理項(xiàng)目得到全方位監(jiān)控和管理。

2.2.1 穩(wěn)定可靠

系統(tǒng)的可靠性是系統(tǒng)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，唯有可靠，才能真正發(fā)揮其效用。因此盡量選取成熟技術(shù)解決方案，且在相同領(lǐng)域內(nèi)都已經(jīng)通過(guò)了驗(yàn)證。

2.2.2 適度先進(jìn)

在項(xiàng)目整體投資預(yù)算允許的前提下，應(yīng)盡可能采用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備。一方面能體現(xiàn)出系統(tǒng)建設(shè)的先進(jìn)水平，主要包括先進(jìn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)、圖像編解碼壓縮處理技術(shù)、負(fù)載均衡存儲(chǔ)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等；另一方面使系統(tǒng)更具發(fā)展?jié)摿?，延續(xù)系統(tǒng)技術(shù)壽命的同時(shí)，保證系統(tǒng)技術(shù)升級(jí)的可持續(xù)性。

2.2.3 兼容擴(kuò)展

系統(tǒng)建設(shè)時(shí)應(yīng)充分考慮其擴(kuò)展性。除農(nóng)村生活污水處理設(shè)備設(shè)施外，還有大量的分散式輔助監(jiān)控設(shè)備，系統(tǒng)應(yīng)充分考慮與這些設(shè)備的兼容接入。同時(shí)需要科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)擴(kuò)容需求，適當(dāng)做好余量設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功能采用模塊設(shè)計(jì)，方便未來(lái)擴(kuò)容、升級(jí)。

2.2.4 使用簡(jiǎn)易

系統(tǒng)采用全中文、圖形化界面，人機(jī)界面清晰、簡(jiǎn)潔、易操控、易掌握、易維護(hù)，降低學(xué)習(xí)、使用和維護(hù)難度。

2.2.5 安全保障

系統(tǒng)建設(shè)采用多層次、多元化的安全管理保護(hù)措施，信息的發(fā)布必須擁有嚴(yán)格的保密等級(jí)和使用者權(quán)限。通過(guò)為客戶提供用戶名/口令、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)加密、數(shù)字簽名、物理隔離、數(shù)據(jù)備份等安全措施，以滿足系統(tǒng)身份識(shí)別、訪問(wèn)管理、數(shù)據(jù)安全性、數(shù)據(jù)完整性、保密性等安全服務(wù)的要求，保護(hù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)不被惡意破壞、篡改或者泄漏。

2.3 總體架構(gòu)

農(nóng)村生活污水處理設(shè)施智慧運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)采用面向服務(wù)的分層架構(gòu)體系，從邏輯上分為數(shù)據(jù)感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、應(yīng)用支撐層、綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用層、展示交互層以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和安全保障與運(yùn)維體系。具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)總體架構(gòu)

(1)數(shù)據(jù)感知層：應(yīng)用各種傳感設(shè)備、技術(shù)手段和方法，實(shí)現(xiàn)污水處理站點(diǎn)的設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、污水處理量、出水水質(zhì)、能耗、藥耗等關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，支持現(xiàn)場(chǎng)信息人工錄入。

(2)網(wǎng)絡(luò)傳輸層：將感知層采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，傳輸方式可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇有線和無(wú)線方式，主要包括運(yùn)營(yíng)商4G網(wǎng)絡(luò)、VPN網(wǎng)絡(luò)、光纖專(zhuān)線、工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)、wifi網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)等。

(3)數(shù)據(jù)服務(wù)層：可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大量數(shù)據(jù)的分類(lèi)存儲(chǔ)、分析、調(diào)用、交互和共享，集成GIS數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)、多媒體信息數(shù)據(jù)、運(yùn)維信息數(shù)據(jù)、經(jīng)營(yíng)指標(biāo)數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)海量數(shù)據(jù)的統(tǒng)一融合。

(4)應(yīng)用支撐層：提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)、移動(dòng)辦公管理、管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理、管網(wǎng)模型管理、運(yùn)維模型管理、分析模型管理、預(yù)警模型管理、系統(tǒng)門(mén)戶管理、數(shù)據(jù)庫(kù)引擎、GIS引擎、安全引擎、消息機(jī)制、規(guī)則引擎等功能，為綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用提供支撐。

(5)綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用層：圍繞政府監(jiān)管、運(yùn)維監(jiān)管、村民互動(dòng)三個(gè)方面為用戶提供業(yè)務(wù)應(yīng)用功能模塊，主要包括污水處理站點(diǎn)的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、智慧告警研判、智慧運(yùn)維管理、分析決策輔助、村民互動(dòng)服務(wù)等。

(6)展示交互層：為系統(tǒng)使用相關(guān)方(政府主管部門(mén)、項(xiàng)目建設(shè)單位、運(yùn)營(yíng)單位、村民等)提供業(yè)務(wù)成果展示，具體展示方式包括PC端、移動(dòng)端(手機(jī)APP和微信小程序)和大屏展示系統(tǒng)。

(7)兩個(gè)體系：主要包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障與運(yùn)維體系。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系是支撐系統(tǒng)研發(fā)的基礎(chǔ)，在遵循共同標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的前提下，有利于項(xiàng)目的順利實(shí)施，提高項(xiàng)目建設(shè)效率；安全保障與運(yùn)維體系是整個(gè)系統(tǒng)安全使用的重要基礎(chǔ)，保證系統(tǒng)在建設(shè)完成后能夠滿足物理安全、信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全。

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 政府監(jiān)管

該功能模塊服務(wù)政府監(jiān)管需求，保證建設(shè)及運(yùn)營(yíng)效果。

基于GIS地圖展示項(xiàng)目范圍及內(nèi)容、項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度、站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)、水質(zhì)水量情況、運(yùn)維情況等。政府管理人員可實(shí)時(shí)掌握項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)展、運(yùn)營(yíng)效果等，跟蹤建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的進(jìn)度及質(zhì)量，保證實(shí)施及管理效果，日常監(jiān)管過(guò)程中可進(jìn)行應(yīng)急處置、整改通知、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布等管理。

3.2 綜合監(jiān)控

該功能模塊主要以大屏方式綜合展示站點(diǎn)分布圖、站點(diǎn)狀態(tài)信息、工藝流程圖、設(shè)備在線率、水質(zhì)合格率、能耗統(tǒng)計(jì)、藥耗統(tǒng)計(jì)、報(bào)警信息、視頻監(jiān)控、工單信息等，實(shí)現(xiàn)與政府及公眾相關(guān)信息對(duì)接，包括建設(shè)進(jìn)度管控、運(yùn)維效果評(píng)價(jià)、近期公告、群眾反饋等。

3.3 智能預(yù)警

智能預(yù)警功能可根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則算法，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的多維分析，提前給出預(yù)警信息，幫助管理者和運(yùn)維人員迅速定位故障，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，防止事故發(fā)生或縮小影響范圍，有效保障農(nóng)村污水處理設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

3.4 智慧運(yùn)維

建立工單派發(fā)-執(zhí)行-反饋全過(guò)程管理模式，工單內(nèi)容涵蓋巡檢、養(yǎng)護(hù)、取樣、維修等內(nèi)容，并結(jié)合地圖記錄運(yùn)維足跡、運(yùn)維人員位置。

對(duì)人員考勤進(jìn)行有效管理，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)導(dǎo)航功能。通過(guò)智能手機(jī)客戶端APP及小程序，便于運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)提交巡檢報(bào)告，以及工單處理報(bào)告，所有巡檢任務(wù)及報(bào)警工單具有現(xiàn)場(chǎng)圖片發(fā)送及文字描述功能。

3.5 運(yùn)行狀況與健康評(píng)估

建立評(píng)價(jià)體系，全面評(píng)估運(yùn)行狀況，包括運(yùn)維報(bào)表分析、健康評(píng)估分析、運(yùn)維評(píng)價(jià)分析。

3.6 數(shù)據(jù)診斷分析

基于數(shù)據(jù)服務(wù)中心，對(duì)項(xiàng)目運(yùn)行的能耗、藥耗、故障、成本、減排量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為運(yùn)維方案優(yōu)化調(diào)整、運(yùn)行策略更新提供數(shù)據(jù)支撐。

3.7 績(jī)效考核管理

分級(jí)分層動(dòng)態(tài)考核，包括個(gè)人績(jī)效考核、小組績(jī)效考核、分區(qū)績(jī)效考核、項(xiàng)目績(jī)效考核。系統(tǒng)提供績(jī)效模板靈活配置，績(jī)效考核自動(dòng)評(píng)分、手動(dòng)評(píng)分、問(wèn)題提醒等功能。

3.8 資產(chǎn)信息管理

對(duì)項(xiàng)目相關(guān)資產(chǎn)和信息進(jìn)行管理，主要包括站點(diǎn)位置信息、設(shè)備設(shè)施信息、工藝信息、運(yùn)維信息、運(yùn)維車(chē)輛信息、備件庫(kù)存信息、圖紙資料等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，支持后臺(tái)修改和手動(dòng)錄入。

3.9 安全管理

包括理論性的安全培訓(xùn)、安全演練和安全知識(shí)庫(kù)三部分內(nèi)容。安全培訓(xùn)主要包括培訓(xùn)計(jì)劃的制定以及培訓(xùn)考核兩部分內(nèi)容；安全演練是安全培訓(xùn)之后的實(shí)操演練，主要包括演練計(jì)劃的制定、發(fā)布、查詢以及過(guò)程資料的存檔；安全知識(shí)庫(kù)是為既往安全相關(guān)的法律法規(guī)，安全培訓(xùn)以及實(shí)操演練過(guò)后記錄下來(lái)的資料文檔等形成的知識(shí)庫(kù)。

3.10 系統(tǒng)設(shè)置

包括基本設(shè)置、組織機(jī)構(gòu)管理、用戶信息管理、角色設(shè)置、權(quán)限設(shè)定、安全設(shè)置、數(shù)據(jù)字典等功能開(kāi)發(fā)。

3.11 手機(jī)端應(yīng)用(APP和小程序)

為方便現(xiàn)場(chǎng)日常運(yùn)維管理，開(kāi)發(fā)手機(jī)APP(Android)及小程序，滿足運(yùn)維人員工單排程派發(fā)、告警接收、事件上報(bào)、巡檢記錄、考勤打卡、數(shù)據(jù)查詢分析等需求。

3.12 村民互動(dòng)平臺(tái)

開(kāi)發(fā)微信公眾號(hào)，提供信息發(fā)布與收集功能模塊。項(xiàng)目實(shí)施及運(yùn)維過(guò)程中，村民可通過(guò)掃碼的方式反饋意見(jiàn)和建議，實(shí)現(xiàn)村民、運(yùn)維公司、政府之間的業(yè)務(wù)互聯(lián)互通。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)村生活污水治理項(xiàng)目存在站點(diǎn)分散、數(shù)量多、尋址困難、運(yùn)維管理難度大等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的運(yùn)維管理模式無(wú)法滿足其對(duì)更低成本、更高效率的運(yùn)營(yíng)管理需求。通過(guò)自動(dòng)化融合信息化建設(shè)，構(gòu)建集政府監(jiān)管、綜合監(jiān)控、智能預(yù)警、智慧運(yùn)維、分析決策、安全管理和村民互動(dòng)等多功能于一體的智慧化運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)，對(duì)農(nóng)村生活污水處理設(shè)施的精細(xì)化管理和智慧化運(yùn)營(yíng)提供了可靠支撐。通過(guò)智慧化運(yùn)營(yíng)管控平臺(tái)建設(shè)，為政府主管部門(mén)的監(jiān)管提供了抓手，提升了運(yùn)營(yíng)管理單位的運(yùn)營(yíng)能力，實(shí)現(xiàn)了政府、運(yùn)營(yíng)單位、村民之間的業(yè)務(wù)互通互聯(lián)。