文｜江蘇省建設(shè)信息中心 孫王奇

項目背景與意義

江蘇經(jīng)濟發(fā)達，同時也是全國水污染承載量最大的地區(qū)之一，加之地處江淮尾閭，上游客水污染、本地城鎮(zhèn)化工業(yè)化快速發(fā)展帶來的工業(yè)污染、生活污染、農(nóng)業(yè)面源污染交織，全省集中式飲用水源地原水水質(zhì)不容樂觀。近年來因水源突發(fā)污染影響的供水安全事故日增，水源突發(fā)性污染已嚴重威脅城市供水安全，直接影響到人民群眾的身體健康和社會穩(wěn)定。因此，江蘇省住房城鄉(xiāng)建設(shè)廳從2008年底開始研究建立水質(zhì)在線監(jiān)測平臺，動態(tài)監(jiān)控供水水質(zhì)情況和變化趨勢，保障城市供水安全。

總體技術(shù)架構(gòu)

江蘇省城市供水安全動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)采用分布式應(yīng)用設(shè)計理念，共享省級主管部門和供水企業(yè)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)、實驗室信息管理系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等已建系統(tǒng)的軟件、硬件和網(wǎng)絡(luò)資源，構(gòu)建省、市、縣（市、區(qū)）一體化監(jiān)控平臺。省級硬件平臺采用虛擬化技術(shù)，整合已有硬件和網(wǎng)絡(luò)資源，形成可靈活配置擴展的基礎(chǔ)設(shè)施虛擬資源池。按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準和交換標準，形成水質(zhì)信息、供水企業(yè)基礎(chǔ)信息、GIS信息、視頻信息等數(shù)據(jù)資源層，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建省、市、縣一體化應(yīng)用系統(tǒng)。

功能實現(xiàn)和關(guān)鍵技術(shù)研究

核心功能

水質(zhì)監(jiān)控：實現(xiàn)全省城市供水企業(yè)實驗室水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)和太湖流域城市供水企業(yè)在線水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)從源頭到龍頭的全流程監(jiān)測監(jiān)控。包括水源水日報11項、出廠水日報11項、管網(wǎng)水半月報6項、水源水月報29項、出廠水月報42項、管網(wǎng)末梢水月報42項、出廠水半年報106項實驗室水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)和11項在線水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)。

水質(zhì)異常分析：通過應(yīng)用滑動平均算法和自回歸滑動平均模型，對水質(zhì)異常情況進行分析。實現(xiàn)自動篩選可疑數(shù)據(jù)，并提供人工干預(yù)，對可疑數(shù)據(jù)進行處理，排除脈沖噪聲、設(shè)備故障等外在因素干擾，提升水質(zhì)安全預(yù)警預(yù)報的準確性。

圖1 江蘇省城市供水安全動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)水質(zhì)指標趨勢分析

水質(zhì)預(yù)警預(yù)報：通過與國家水質(zhì)標準自動比對和水質(zhì)異常分析，實現(xiàn)水質(zhì)指標異常報警和所屬流域下游供水企業(yè)的預(yù)警預(yù)報。并與手機等移動終端聯(lián)動報警，基于GIS地圖整合報警供水企業(yè)的地理位置、水質(zhì)指標、取水口視頻、企業(yè)基礎(chǔ)信息等圖文和視頻數(shù)據(jù)，為提高城市供水安全預(yù)警和應(yīng)急處置能力提供技術(shù)支撐。

水質(zhì)趨勢分析：通過同期水質(zhì)指標比對、上下游水質(zhì)指標比對、實驗室人工檢測指標和水質(zhì)檢測設(shè)備自動檢測指標比對等綜合水質(zhì)數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)對水質(zhì)變化趨勢的預(yù)測預(yù)判，為建立污染源擴散、水質(zhì)變化趨勢等模型提供理論基礎(chǔ)，為水質(zhì)預(yù)警、科學(xué)決策等提供技術(shù)支撐。（見圖1）

水質(zhì)報告：基于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)全省供水能力、全省深度處理規(guī)模、全省重點流域水質(zhì)超標情況、太湖水質(zhì)報告等各類可定制統(tǒng)計報表和水質(zhì)報告的自動生成，提升主管部門信息化管理水平和效能。

水質(zhì)共享：通過建立城市供水水質(zhì)信息共享平臺，實現(xiàn)重點流域上下游水質(zhì)信息共享，為有效防范流域性水源污染所引發(fā)的供水危機提供技術(shù)支撐。同時，與全國城市供水信息系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接和共享。

視頻監(jiān)控：通過在太湖流域重點水源地設(shè)立視頻監(jiān)控點，實現(xiàn)對無錫、蘇州等8個市、區(qū)供水企業(yè)取水口進行實時視頻監(jiān)控，并利用移動偵測等視頻識別技術(shù)，對過往船舶等異常情況進行預(yù)警預(yù)報。

關(guān)鍵技術(shù)研究

江蘇省城市供水數(shù)據(jù)標準編制

由于系統(tǒng)需要整合省級主管部門和供水企業(yè)SCADA、LIMS、視頻監(jiān)控等已有硬件、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)資源。為解決全省城市供水企業(yè)異構(gòu)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)采集和交換問題，研究編制《江蘇省城市供水基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與水質(zhì)數(shù)據(jù)信息規(guī)范》，包括供水企業(yè)、水源地、取水口、供水基礎(chǔ)設(shè)施、處理工藝、安全保障等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實驗室水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)、在線水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)信息規(guī)范，供水企業(yè)、水質(zhì)指標編碼規(guī)則，數(shù)據(jù)交換接口規(guī)范等，為建立水質(zhì)數(shù)據(jù)共享平臺奠定基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)模型在水質(zhì)檢測及預(yù)警中的應(yīng)用

在對實際水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)分析過程中，發(fā)現(xiàn)存在工藝操作、設(shè)備故障、脈沖噪聲等較多誤報現(xiàn)象。為實現(xiàn)快速準確預(yù)警，需進一步完善水質(zhì)異常檢測及預(yù)警方法。本系統(tǒng)采用基于信息處理的數(shù)據(jù)分析方法，包括滑動平均算法：

和自回歸滑動平均模型：

結(jié)合GIS、Flex（Web應(yīng)用框架）等技術(shù)，對水質(zhì)監(jiān)控信息進行多維動態(tài)分析，分析研究水質(zhì)在不同時間序列的數(shù)據(jù)中所隱含的變化規(guī)律，初篩并處理可疑數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對復(fù)雜多變的水環(huán)境進行較為準確的異常檢測和預(yù)報預(yù)警。

數(shù)據(jù)采集、傳輸與網(wǎng)絡(luò)安全保障

供水企業(yè)中控系統(tǒng)部署在內(nèi)部局域網(wǎng)，涉及到生產(chǎn)、調(diào)度、應(yīng)急等重要信息系統(tǒng)，為實現(xiàn)從企業(yè)中控系統(tǒng)中采集在線水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)。同時確保數(shù)據(jù)采集過程中企業(yè)內(nèi)網(wǎng)的安全，在供水企業(yè)部署前置系統(tǒng)，通過前置服務(wù)器、物理隔離設(shè)備、防火墻，將企業(yè)內(nèi)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)物理隔離，在前置服務(wù)器與省級服務(wù)器之間通過VPN設(shè)備建立虛擬專網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)專網(wǎng)加密傳輸。

項目應(yīng)用和效益

系統(tǒng)投入正式運行以來，應(yīng)用面已覆蓋全省13個市級主管部門、77家自來水公司、143座水廠。其中實驗室水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)監(jiān)控已實現(xiàn)全覆蓋，在線水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)監(jiān)控已實現(xiàn)太湖流域全覆蓋。2014年，全省供水企業(yè)實驗室水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)中的水源水日報和出廠水日報年均上報率達98.33%和99.78%。其中太湖流域?qū)嶒炇宜|(zhì)數(shù)據(jù)上報率和在線水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)控率均達到100%。截至2014年底，系統(tǒng)已形成包括50多萬條實驗室水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，240多萬條在線水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)的水質(zhì)數(shù)據(jù)庫，為江蘇省城市供水年度發(fā)展報告，太湖水質(zhì)報告的編制和城市供水安全預(yù)警預(yù)報，水質(zhì)模型分析，科學(xué)決策提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐。

總結(jié)與展望

系統(tǒng)建成以來，對提升城市供水主管部門監(jiān)管水平，保障城市供水安全發(fā)揮了重要作用。下階段，逐步擴大在線水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)監(jiān)控的應(yīng)用范圍，將系統(tǒng)在太湖流域的應(yīng)用模式在長江、淮河等其他流域推廣應(yīng)用，實現(xiàn)全省城市供水在線水質(zhì)監(jiān)控全覆蓋。積極探索與環(huán)保、海事、水利等部門研究建立水源水質(zhì)監(jiān)測信息、水源地危化品船舶信息、水文監(jiān)測信息等數(shù)據(jù)共享平臺。制定應(yīng)急處理預(yù)案，構(gòu)建跨部門、跨領(lǐng)域的預(yù)警監(jiān)控和應(yīng)急處理體系，共同為江蘇省水資源保護，讓百姓喝上優(yōu)質(zhì)安全飲用水，提供更科學(xué)有效的信息化監(jiān)管手段。