李波　于大偉

摘 要：針對吉林省城鎮(zhèn)污水處理情況，基于吉林省城鎮(zhèn)污水處理運(yùn)營遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究項(xiàng)目支持，對項(xiàng)目研究加以分析并作出系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：污水處理系統(tǒng)；監(jiān)管；重要性

1 研究背景

進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時代，社會經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平不斷提高，城市基礎(chǔ)設(shè)施對網(wǎng)絡(luò)依賴程度逐漸加深。污水處理作為城市基礎(chǔ)建設(shè)一部分對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管提出了新的需求。2007年，國務(wù)院節(jié)能減排工作方案明確要求，“十一五”期間全國城市污水處理率要高于70%，對網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管有了更高的要求。然而目前，國內(nèi)只有廣東、上海、遼寧等幾個省份實(shí)現(xiàn)了城鎮(zhèn)污水處理在線監(jiān)測管理。

2 研究內(nèi)容

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測在各行各業(yè)都有存在，在污水處理方面結(jié)合了傳感器技術(shù)、自動測量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)，并且基于在線自動分析儀器為核心，成為一個綜合的污水處理運(yùn)營監(jiān)管系統(tǒng)。該系統(tǒng)的開發(fā)和研究將填補(bǔ)吉林省城鎮(zhèn)污水處理網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管管理空白。城市污水處理在線監(jiān)測管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)污水處理量及理化參數(shù)數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測和隨機(jī)監(jiān)測，對在線監(jiān)測設(shè)備非正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況以及對污水偷排、超標(biāo)排放、設(shè)備閑置等情況實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警，自動生成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表。本系統(tǒng)運(yùn)行需要的費(fèi)用低廉，有接口便于系統(tǒng)擴(kuò)展；能夠?qū)崿F(xiàn)不同區(qū)域部門數(shù)據(jù)資源的整合與共享。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)之后，未來研究方向?yàn)榉植际骄W(wǎng)絡(luò)監(jiān)管能力開發(fā)，大數(shù)據(jù)整合，云計(jì)算平臺搭建?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)監(jiān)測基礎(chǔ)上利用視頻監(jiān)測、通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠(yuǎn)程遙視、視頻監(jiān)控，對我國污水處理行業(yè)監(jiān)管有一定借鑒意義。

現(xiàn)有研究基礎(chǔ)為單機(jī)版的污水處理運(yùn)營監(jiān)管系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備在現(xiàn)場，實(shí)時采集并利用GPRS技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送有固定IP的數(shù)據(jù)服務(wù)器上，服務(wù)器位于數(shù)據(jù)中心。將數(shù)據(jù)庫技術(shù)和GIS地理信息技術(shù)應(yīng)用在監(jiān)管系統(tǒng)開發(fā)上，主要完成以下研究與設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2.1 數(shù)據(jù)采集控制技術(shù)研究

遠(yuǎn)程終端單元（RTU）作為實(shí)時監(jiān)控的核心是監(jiān)控管理的終端監(jiān)控設(shè)備。包括三個基本工作：實(shí)時檢測、主動警告、和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及安全策略。實(shí)時檢測：將存儲到本地的數(shù)據(jù)用輪巡檢測技術(shù)檢測至本監(jiān)控點(diǎn)，直接上報(bào)最新的狀態(tài)數(shù)據(jù)；設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)的RTU檢測時間表從而調(diào)整監(jiān)控點(diǎn)檢測的參數(shù)周期，實(shí)現(xiàn)檢測策略多樣化。主動警告：RTU檢測到本地監(jiān)控參數(shù)后會與內(nèi)部參數(shù)限值表比較，向監(jiān)控中心發(fā)出警報(bào)信息，根據(jù)報(bào)警信息做相應(yīng)策略調(diào)整。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與安全策略：RTU得到數(shù)據(jù)之后做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過無線網(wǎng)絡(luò)收發(fā)并策劃安全策略，網(wǎng)絡(luò)通訊具有重連機(jī)制，能夠保證與監(jiān)控中心無線通訊可靠。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究

GPRS網(wǎng)絡(luò)是存在于應(yīng)用層之下的承載網(wǎng)絡(luò)，通過SGSN進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)管理、安全性管理、位置管理以及接入控制等。而GPRS系統(tǒng)到外部網(wǎng)絡(luò)的連接和路由選擇是GGSN根據(jù)ANP信息進(jìn)行的，要完成用戶的動態(tài)地址分配要配合HDCP服務(wù)器，由此完成外部數(shù)據(jù)包的傳送。利用GPRS技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送到具有固定IP地址和域名的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器的端口上。

2.3 開發(fā)監(jiān)測中心信息管理模塊設(shè)計(jì)與研究

后臺數(shù)據(jù)庫用SQL server數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)，GIS系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，結(jié)合軟件集成。系統(tǒng)充分考慮業(yè)務(wù)發(fā)展、數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)穩(wěn)定的因素，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)處理功能。監(jiān)測中心數(shù)據(jù)通訊服務(wù)器運(yùn)行完成同時對監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時數(shù)據(jù)接收、處理，并以統(tǒng)計(jì)報(bào)表和圖形的方式生成結(jié)果，最后實(shí)現(xiàn)組合查詢，以此完成系統(tǒng)參數(shù)配置管理。系統(tǒng)管理員權(quán)限劃分通過服務(wù)器的參數(shù)設(shè)置來實(shí)現(xiàn)，可以對系統(tǒng)參數(shù)、背景數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)，對系統(tǒng)整體運(yùn)行和設(shè)備狀況進(jìn)行監(jiān)測和管理同時生成管理日志。信息監(jiān)測管理是監(jiān)測中心內(nèi)部通過局域網(wǎng)采用B/S方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和管理，同時利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對各級城市污水處理主管部門授予不同的訪問權(quán)限，實(shí)現(xiàn)資源共享。建立全省相應(yīng)比例尺GIS地理信息數(shù)據(jù)庫，并將形成的各種分析報(bào)表，趨勢圖表圖形，編輯有關(guān)數(shù)據(jù)，在web頁上發(fā)布。

2.4 系統(tǒng)優(yōu)化研究

在上述研究的基礎(chǔ)上，對吉林省城鎮(zhèn)污水處理運(yùn)營監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 進(jìn)行需求分析和管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，進(jìn)行監(jiān)測點(diǎn)在線儀器監(jiān)測設(shè)計(jì)

與有關(guān)部門或單位在污水處理廠進(jìn)、出口現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)安裝在線監(jiān)測儀器，并且利用其監(jiān)測探頭和傳感器來采集水量和水質(zhì)參數(shù)，如：流量、PH值、COD值、總磷值和總氮值等，對水量和水質(zhì)指標(biāo)的在線、實(shí)時、自動監(jiān)測。實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控點(diǎn)檢測策略的多樣化。

3.2 進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和傳輸技術(shù)研究和實(shí)現(xiàn)

在現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)安裝數(shù)據(jù)采集通訊設(shè)備以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集傳輸，以此進(jìn)行實(shí)時采集在線儀表監(jiān)測儀器輸出的數(shù)據(jù)，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理、顯示及存儲，同時將數(shù)據(jù)利用GPRS發(fā)送到預(yù)先設(shè)定的IP地址或域名監(jiān)控中心數(shù)據(jù)服務(wù)器端口。

3.3 進(jìn)行開發(fā)監(jiān)測中心信息管理模塊開發(fā)與研究

基于GIS信息管理平臺進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理部分的開發(fā)，后臺采用SQL Server數(shù)據(jù)庫，并且結(jié)合其他軟件集合。實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集、接收和數(shù)據(jù)處理，生成各種統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表、趨勢圖表，用最直觀的圖形體現(xiàn)數(shù)據(jù)含義；對監(jiān)測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)值的組合查詢；完成系統(tǒng)參數(shù)配置和管理。

3.4 進(jìn)行系統(tǒng)主界面設(shè)計(jì)、進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化研究

主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控；報(bào)表分析、廠區(qū)上報(bào)；企業(yè)信息、報(bào)警查詢、數(shù)據(jù)維護(hù)；政策公告、系統(tǒng)設(shè)置等。在上述研究的基礎(chǔ)上，對吉林省城鎮(zhèn)污水處理運(yùn)營監(jiān)管系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化研究。

3.5 技術(shù)路線

采用的技術(shù)路線如下框圖。