安徽省農(nóng)村供水工程安全監(jiān)測(cè)信息匯集體系建設(shè)

王銘銘 ，沈 超 ，劉 方

（1.安徽?。ㄋ炕春铀瘑T會(huì)）水利科學(xué)研究院，安徽 合肥 230094；2.安徽省大禹水利工程科技有限公司，安徽 合肥 230094）

0 引言

安全飲用水是人類生存的基本需求，事關(guān)群眾的身心健康和正常生活。農(nóng)村供水安全是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會(huì)發(fā)展的重要組成部分和基礎(chǔ)保障，是廣大農(nóng)村居民生活質(zhì)量高低和飲水安全是否達(dá)標(biāo)的主要依據(jù)。目前，全面建成小康社會(huì)和實(shí)現(xiàn)脫貧攻堅(jiān)等重大戰(zhàn)略目標(biāo)已進(jìn)入關(guān)鍵階段，及時(shí)解決農(nóng)村人口飲水安全問題是實(shí)現(xiàn)重大戰(zhàn)略目標(biāo)的重要前提。

近年來，農(nóng)村集中供水工程建設(shè)規(guī)模和范圍不斷擴(kuò)大，安徽省已累計(jì)建設(shè)集中式供水工程 6 000 多處，其中千噸萬人以上集中式供水工程有 1 419 處，解決了 4 199 萬農(nóng)村居民和 195 萬農(nóng)村學(xué)校師生飲水安全問題。但與此同時(shí)，集中式供水工程數(shù)量的劇增、供水人口的不斷增加、供水狀態(tài)的動(dòng)態(tài)變化、農(nóng)村飲水（以下簡(jiǎn)稱農(nóng)飲）精準(zhǔn)扶貧給農(nóng)村供水安全工程管理方式帶來了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的監(jiān)管體系、技術(shù)手段與當(dāng)下農(nóng)村供水安全管理之間的矛盾日益激化，亟須創(chuàng)建新的監(jiān)管體系，使用新技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)全安徽省乃至全國(guó)農(nóng)村供水的可靠監(jiān)管[1]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，有條件的農(nóng)村供水安全工程管理單位開展了信息化系統(tǒng)建設(shè)。但因缺少供水信息化建設(shè)的行業(yè)或地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且無完備的項(xiàng)目規(guī)劃和實(shí)施方案，各地已建信息化系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一，建設(shè)形式各異，建設(shè)質(zhì)量良莠不齊，嚴(yán)重影響了建設(shè)效益，同時(shí)也為數(shù)據(jù)匯集共享增加了壁壘。農(nóng)村供水?dāng)?shù)據(jù)匯集與共享是農(nóng)飲信息化平臺(tái)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)全省農(nóng)村供水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯聚與管理是農(nóng)村供水安全管理的必然趨勢(shì)和迫切要求。

1 農(nóng)飲信息化平臺(tái)建設(shè)思路

農(nóng)飲信息化建設(shè)，數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)。安徽省農(nóng)飲安全工程信息管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)）應(yīng)以數(shù)據(jù)為主線，按照一數(shù)一源的思路，建立全省農(nóng)飲數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯集接入與互聯(lián)共享體系，建成一個(gè)農(nóng)飲大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)飲數(shù)據(jù)全量匯集、資源化管理及數(shù)字化服務(wù)[2]。

農(nóng)飲信息化建設(shè)，用戶是核心。安徽省農(nóng)飲管理系統(tǒng)應(yīng)以用戶需求為導(dǎo)向，按照“一級(jí)部署，多級(jí)共用”的思路，建立全省農(nóng)飲管理業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)體系，建成多級(jí)共用的省級(jí)農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)，原則上不新開展市縣級(jí)農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)建設(shè)，已建市縣農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)需與省級(jí)農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通。

農(nóng)飲信息化建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)鍵。安徽省農(nóng)飲管理系統(tǒng)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)先行，按照“一套標(biāo)準(zhǔn)，一體化管理”的思路，建立全省農(nóng)飲技術(shù)與建管標(biāo)準(zhǔn)化體系，實(shí)現(xiàn)全省農(nóng)飲信息化項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建設(shè)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化管理，保障項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量。

2 農(nóng)飲信息化整體架構(gòu)

省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)建設(shè)架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)立足于已建信息化基礎(chǔ)設(shè)施。安徽省已建立水利私有云平臺(tái)，建成數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)機(jī)房，計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全等硬件資源豐富。因此，從農(nóng)飲信息化整體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)而言，安徽省農(nóng)飲平臺(tái)依托現(xiàn)有水利信息中心數(shù)據(jù)機(jī)房軟、硬件環(huán)境，系統(tǒng)應(yīng)部署于省水利廳機(jī)房。

安徽省農(nóng)飲信息采集與匯集采用扁平化設(shè)計(jì)理念，省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)集中采集與匯聚，即原則上全省以農(nóng)村供水工程為單元，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接匯集至省農(nóng)飲管理系統(tǒng)。采用此數(shù)據(jù)傳輸方式不僅可提升數(shù)據(jù)監(jiān)管效率，節(jié)約農(nóng)飲平臺(tái)建設(shè)資金，還可解決市縣級(jí)農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)建管能力弱等問題。農(nóng)村供水工程可分為規(guī)模、小型集中 2 類供水工程：由于規(guī)模供水工程采集數(shù)據(jù)指標(biāo)較多，因此本地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均接入農(nóng)飲水廠中控室，通過匯集裝置經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸專線（或互聯(lián)網(wǎng)線路）傳輸至省水利數(shù)據(jù)中心；小型集中供水工程由于采集數(shù)據(jù)指標(biāo)較少，主要為水量、水質(zhì)、水壓等信息，可通過遙測(cè)終端直接采集并上傳至省水利數(shù)據(jù)中心[3-4]。

秉承“資源共享、數(shù)據(jù)互通”的設(shè)計(jì)理念，一方面為充分利用已建縣級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)資源，基于構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口或配置前置機(jī)的方式，實(shí)現(xiàn)省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)與已建縣級(jí)農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全省農(nóng)飲數(shù)據(jù)匯集的目標(biāo)；另一方面為充分發(fā)揮農(nóng)飲數(shù)據(jù)資源的作用與效益，省級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)建成后，可通過省水利數(shù)據(jù)中心云平臺(tái)與省政務(wù)大數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互共享，并根據(jù)需要由省政務(wù)大數(shù)據(jù)中心再共享至各市政務(wù)大數(shù)據(jù)中心，以提高農(nóng)飲數(shù)據(jù)社會(huì)化服務(wù)能力和水平。當(dāng)市政務(wù)大數(shù)據(jù)中心具備農(nóng)飲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入條件后，亦可以一點(diǎn)雙發(fā)的方式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村供水工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)到市政務(wù)大數(shù)據(jù)中心的推送[5]。省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1 所示。

圖1 省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖

按照“一級(jí)部署、多級(jí)公用”的思路，省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)建成后，可為省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、水廠、用水戶等多級(jí)系統(tǒng)用戶提供服務(wù)。為提升市縣級(jí)農(nóng)飲監(jiān)管能力，配備指揮調(diào)度終端，實(shí)現(xiàn)“一屏展示、預(yù)警分析、應(yīng)急調(diào)用”。

3 農(nóng)村供水工程安全監(jiān)測(cè)信息匯集體系

3.1 農(nóng)村供水工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)路線

農(nóng)飲數(shù)據(jù)可分為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、視頻信息及混合信息3 類。不同規(guī)模的供水工程和不同類別的信息需要不同的采集方式、傳輸網(wǎng)絡(luò)及上報(bào)頻次，因此需分別制定全省統(tǒng)一的農(nóng)飲安全監(jiān)測(cè)信息自動(dòng)化采集與匯集標(biāo)準(zhǔn)，明確不同規(guī)模供水工程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，提出不同類別數(shù)據(jù)科學(xué)可行的采集與匯集方案[6]。農(nóng)村供水工程信息匯集接入技術(shù)路線如圖2 所示。

圖2 農(nóng)村供水工程信息匯集接入技術(shù)路線示意圖

3.2 規(guī)模供水工程信息匯集

規(guī)模供水工程存在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)多、量大等特點(diǎn)，且均有視頻數(shù)據(jù)，難以通過常規(guī)的數(shù)據(jù)遙測(cè)采集終端和無線傳輸方式進(jìn)行信息匯集上報(bào)。此外，信息匯集上傳應(yīng)不影響規(guī)模供水工程自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此宜采用數(shù)據(jù)單向推送的方式，由供水工程直接推送至省級(jí)農(nóng)飲管理平臺(tái)[7]。規(guī)模供水工程分類信息匯集方式如下：

1） 規(guī)模供水工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)部分。供水工程需配備匯集裝置，部署規(guī)模農(nóng)飲工程制定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫表和數(shù)據(jù)推送軟件，并由該工程運(yùn)行單位負(fù)責(zé)按照庫表結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)推送進(jìn)來，再由推送軟件將數(shù)據(jù)統(tǒng)一推送至省級(jí)數(shù)據(jù)匯聚前置機(jī)。農(nóng)村供水工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至匯聚裝置每 1 min 推送 1 次，頻次可調(diào)；匯集裝置每 10 min向省農(nóng)飲管理平臺(tái)傳輸 1 次，頻次可調(diào)；省農(nóng)飲管理平臺(tái)每 60 min 存儲(chǔ) 1 次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)若未按規(guī)定時(shí)間和質(zhì)量推送，省農(nóng)飲管理平臺(tái)可進(jìn)行預(yù)警和管理。

2） 規(guī)模供水工程視頻監(jiān)控部分。根據(jù)規(guī)模供水工程的網(wǎng)絡(luò)線路采用不同的匯集方案：對(duì)于有互聯(lián)網(wǎng)專線的農(nóng)村供水工程，可以在省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)部署流媒體服務(wù)器，開放標(biāo)準(zhǔn)流媒體服務(wù)主動(dòng)拉取視頻流數(shù)據(jù)；對(duì)于未配置互聯(lián)網(wǎng)專線的農(nóng)飲工程，可以在農(nóng)飲工程匯集裝置上部署視頻流推送服務(wù)，在省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)部署視頻流接收服務(wù)器，并由匯集裝置將視頻流數(shù)據(jù)主動(dòng)推送至省流媒體服務(wù)器，完成推流、拉流、流媒體解壓、點(diǎn)播等功能，最終實(shí)現(xiàn)省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)對(duì)各規(guī)模供水工程視頻監(jiān)控的遠(yuǎn)程點(diǎn)播。視頻資源在規(guī)模供水工程本地存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)不低于 60 d。

為充分利用已有資源，有效降低農(nóng)飲信息匯集建設(shè)及運(yùn)行成本，規(guī)模供水工程信息匯集原則上基于自建互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，自建互聯(lián)網(wǎng)帶寬不低于100 Mbit/s，若自建互聯(lián)網(wǎng)專線，帶寬不低于 20 Mbit/s。

3.3 小型集中供水工程信息采集

小型集中供水工程供水規(guī)模較小，且多為單村供水工程，取水、制水及輸水工藝簡(jiǎn)單，多為單泵房控制與管理，因此，所需監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)少，主要為水量、供水水質(zhì)、水壓等數(shù)據(jù)指標(biāo)，多數(shù)水廠不需要開展遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控建設(shè)。鑒于此類情況，綜合考慮需求、經(jīng)費(fèi)及運(yùn)維因素，可采用常規(guī)數(shù)據(jù)遙測(cè)方式，在滿足農(nóng)飲安全監(jiān)管需求的基礎(chǔ)上，最大限度降低建設(shè)成本，提高運(yùn)維保障力度。

小型集中供水工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)部分，供水工程需配備采集終端，兼容水量、水質(zhì)、水壓等各類儀表采集通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集與展示。制定采集終端到省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信規(guī)約，開發(fā)全省統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接收軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有規(guī)模以下農(nóng)飲工程的水量與水質(zhì)、管網(wǎng)的流量與壓力等數(shù)據(jù)的集中接收。目前省農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集尚處于測(cè)試階段，信息采集規(guī)約根據(jù)農(nóng)飲信息監(jiān)測(cè)需求，在SL 651—2014《水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信規(guī)約》的基礎(chǔ)上定制農(nóng)飲通信規(guī)約[8]。每個(gè)小型集中供水工程每天傳輸不低于 24 條數(shù)據(jù)（具備條件的可增加數(shù)據(jù)），對(duì)于異常突變數(shù)據(jù)須即時(shí)主動(dòng)上報(bào)。

小型集中供水工程大多分布于皖南山區(qū)，受限于電源、網(wǎng)絡(luò)等因素，一般不開展視頻監(jiān)控建設(shè)，部分工程可建設(shè)本地視頻監(jiān)控，不進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸與訪問。對(duì)于確有遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控需要的小型集中供水工程，可在工程廠區(qū)內(nèi)部署硬盤錄像機(jī)（NVR），實(shí)現(xiàn)視頻本地落地。省農(nóng)飲管理平臺(tái)端部署流媒體服務(wù)器及視頻流媒體軟件，部署的 NVR 設(shè)備可通過互聯(lián)網(wǎng)、5G（具備條件的）、“無線網(wǎng)橋 + 附近運(yùn)營(yíng)商基站”（利用運(yùn)營(yíng)商冗余帶寬）等方式進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)省農(nóng)飲管理平臺(tái)對(duì)各小型集中供水工程視頻的遠(yuǎn)程點(diǎn)播。視頻資源在規(guī)模供水工程本地存儲(chǔ)，存儲(chǔ)時(shí)長(zhǎng)不低于 60 d。

4 已建縣級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)的信息匯集

對(duì)于已建縣級(jí)農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)的縣（市）區(qū)，采用平臺(tái)互聯(lián)共享方式，在每個(gè)縣農(nóng)飲安全管理系統(tǒng)部署1 臺(tái)節(jié)點(diǎn)服務(wù)器、1 套標(biāo)準(zhǔn)庫表及共享軟件。農(nóng)飲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由縣級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)負(fù)責(zé)接入、匯聚，定時(shí)（可設(shè)定）推送至節(jié)點(diǎn)服務(wù)器標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，節(jié)點(diǎn)服務(wù)器共享軟件負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，且同步向省農(nóng)飲管理平臺(tái)推送；農(nóng)飲基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，由省農(nóng)飲管理平臺(tái)定時(shí)（可設(shè)定）推送至節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，供縣農(nóng)飲平臺(tái)調(diào)用；農(nóng)飲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，通過節(jié)點(diǎn)服務(wù)器部署的業(yè)務(wù)狀態(tài)庫表（實(shí)時(shí)推送）進(jìn)行交互，狀態(tài)表更新時(shí)自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)推送，實(shí)現(xiàn)省農(nóng)飲管理平臺(tái)與已建縣級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)協(xié)同交互[9]。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享利用平臺(tái)已建互聯(lián)網(wǎng)專線或水利專網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

農(nóng)飲視頻信息可通過縣級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)與農(nóng)村供水工程視頻 2 種點(diǎn)播方式接入，實(shí)現(xiàn)省農(nóng)飲管理平臺(tái)對(duì)農(nóng)村各供水工程的視頻點(diǎn)播瀏覽。通過縣級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)點(diǎn)播時(shí)，要求縣級(jí)節(jié)點(diǎn)視頻匯集存儲(chǔ)或縣域農(nóng)村供水工程已建城域網(wǎng)，縣級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)互聯(lián)網(wǎng)專線帶寬不低于 100 Mbit/s。

5 結(jié)語

農(nóng)飲安全是國(guó)家實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的核心任務(wù)之一，農(nóng)村供水工程基礎(chǔ)建設(shè)與管理能力相對(duì)薄弱，多數(shù)已進(jìn)行信息化建設(shè)的供水工程或縣級(jí)農(nóng)飲信息化平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)到省級(jí)農(nóng)飲平臺(tái)的匯聚。本研究提出的農(nóng)飲信息匯集體系從平臺(tái)建設(shè)思路、架構(gòu)設(shè)計(jì)、分類信息匯集等方面，探討了不同規(guī)模農(nóng)村供水工程及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類別的信息匯集技術(shù)路線，形成了 1 套完整的農(nóng)飲數(shù)據(jù)采集、匯集及共享技術(shù)體系。不同與其他現(xiàn)有成果，本研究成果可適應(yīng)于各類數(shù)據(jù)匯集場(chǎng)景，可為農(nóng)村供水工程信息集中接入與匯聚提供建設(shè)思路與技術(shù)參考。所探討的技術(shù)成果已于 2021 年在安徽省農(nóng)村供水信息化建設(shè)中示范應(yīng)用，目前已示范開展 7 座農(nóng)飲水廠信息匯集，運(yùn)行情況良好，技術(shù)成果在打通信息壁壘、數(shù)據(jù)穩(wěn)定匯集、數(shù)據(jù)分權(quán)責(zé)管理等幾個(gè)方面效果顯著。