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，全國各地認(rèn)真貫徹落實黨中央的決策和部署，聚焦解決當(dāng)前我國特色農(nóng)業(yè)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)突出的環(huán)境問題，農(nóng)村的人居條件和環(huán)境也得以很好地改善。然而，隨著我國農(nóng)村地區(qū)對于污水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，其運營監(jiān)管難度大的問題逐漸凸顯。

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

1 存在問題

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

(1)站點數(shù)量多且分散，尋址困難，運維服務(wù)難度大；

(2)運營周期長(20年以上)，運維管理復(fù)雜；

(3)設(shè)備設(shè)施種類多，資產(chǎn)管理難度大；

(4)運維人員水平參差不齊，績效考核難度大；

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

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

(7)運維模式及管理體系尚不完全成熟，并沒有太多可借鑒的成功案例。

2 總體設(shè)計

2.1 建設(shè)目標(biāo)

充分利用GIS技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)信息技術(shù)，形成立體式、多維度、閉環(huán)式的運營管理服務(wù)體系，實現(xiàn)對農(nóng)村污水處理站點設(shè)備設(shè)施運行狀態(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、分析和管理，構(gòu)建集政府監(jiān)管、綜合監(jiān)控、智能預(yù)警、智慧運維、分析決策、安全管理和村民互動等多功能于一體的智慧化運營管控平臺，有效保證農(nóng)村污水項目能夠長期、穩(wěn)定、可靠、低成本、高效率運行。

2.2 設(shè)計原則

建成的新型農(nóng)村污水處理設(shè)施智慧化運營管控平臺必須遵循系統(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)可靠運行，保障農(nóng)村污水綜合治理項目得到全方位監(jiān)控和管理。

2.2.1 穩(wěn)定可靠

系統(tǒng)的可靠性是系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運行的基礎(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)通過了驗證。

2.2.2 適度先進(jìn)

在項目整體投資預(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)載均衡存儲技術(shù)、移動互聯(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，保證系統(tǒng)技術(shù)升級的可持續(xù)性。

2.2.3 兼容擴(kuò)展

系統(tǒng)建設(shè)時應(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。同時需要科學(xué)預(yù)測未來擴(kuò)容需求，適當(dāng)做好余量設(shè)計，系統(tǒng)功能采用模塊設(shè)計，方便未來擴(kuò)容、升級。

2.2.4 使用簡易

系統(tǒng)采用全中文、圖形化界面，人機(jī)界面清晰、簡潔、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)格的保密等級和使用者權(quán)限。通過為客戶提供用戶名/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)身份識別、訪問管理、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)施智慧運營管控平臺采用面向服務(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維體系。具體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧運營管控平臺總體架構(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，實現(xiàn)污水處理站點的設(shè)備設(shè)施運行狀態(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)的實時監(jiān)測，支持現(xiàn)場信息人工錄入。

(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)場實際情況選擇有線和無線方式，主要包括運營商4G網(wǎng)絡(luò)、VPN網(wǎng)絡(luò)、光纖專線、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：可以實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的分類存儲、分析、調(diào)用、交互和共享，集成GIS數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)、多媒體信息數(shù)據(jù)、運維信息數(shù)據(jù)、經(jīng)營指標(biāo)數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實現(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)、移動辦公管理、管網(wǎng)數(shù)據(jù)管理、管網(wǎng)模型管理、運維模型管理、分析模型管理、預(yù)警模型管理、系統(tǒng)門戶管理、數(shù)據(jù)庫引擎、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、運維監(jiān)管、村民互動三個方面為用戶提供業(yè)務(wù)應(yīng)用功能模塊，主要包括污水處理站點的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控、智慧告警研判、智慧運維管理、分析決策輔助、村民互動服務(wù)等。

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

(7)兩個體系：主要包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全保障與運維體系。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，有利于項目的順利實施，提高項目建設(shè)效率；安全保障與運維體系是整個系統(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)及運營效果。

基于GIS地圖展示項目范圍及內(nèi)容、項目建設(shè)進(jìn)度、站點統(tǒng)計、水質(zhì)水量情況、運維情況等。政府管理人員可實時掌握項目建設(shè)進(jìn)展、運營效果等，跟蹤建設(shè)、運營的進(jìn)度及質(zhì)量，保證實施及管理效果，日常監(jiān)管過程中可進(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分布圖、站點狀態(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、藥耗統(tǒng)計、報警信息、視頻監(jiān)控、工單信息等，實現(xiàn)與政府及公眾相關(guān)信息對接，包括建設(shè)進(jìn)度管控、運維效果評價、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，通過對數(shù)據(jù)的多維分析，提前給出預(yù)警信息，幫助管理者和運維人員迅速定位故障，及時采取應(yīng)對措施，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)定運行，延長設(shè)備使用壽命。

3.4 智慧運維

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

對人員考勤進(jìn)行有效管理，實現(xiàn)站點導(dǎo)航功能。通過智能手機(jī)客戶端APP及小程序，便于運行維護(hù)人員及時提交巡檢報告，以及工單處理報告，所有巡檢任務(wù)及報警工單具有現(xiàn)場圖片發(fā)送及文字描述功能。

3.5 運行狀況與健康評估

建立評價體系，全面評估運行狀況，包括運維報表分析、健康評估分析、運維評價分析。

3.6 數(shù)據(jù)診斷分析

基于數(shù)據(jù)服務(wù)中心，對項目運行的能耗、藥耗、故障、成本、減排量進(jìn)行統(tǒng)計分析，為運維方案優(yōu)化調(diào)整、運行策略更新提供數(shù)據(jù)支撐。

3.7 績效考核管理

分級分層動態(tài)考核，包括個人績效考核、小組績效考核、分區(qū)績效考核、項目績效考核。系統(tǒng)提供績效模板靈活配置，績效考核自動評分、手動評分、問題提醒等功能。

3.8 資產(chǎn)信息管理

對項目相關(guān)資產(chǎn)和信息進(jìn)行管理，主要包括站點位置信息、設(shè)備設(shè)施信息、工藝信息、運維信息、運維車輛信息、備件庫存信息、圖紙資料等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，支持后臺修改和手動錄入。

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庫三部分內(nèi)容。安全培訓(xùn)主要包括培訓(xùn)計劃的制定以及培訓(xùn)考核兩部分內(nèi)容；安全演練是安全培訓(xùn)之后的實操演練，主要包括演練計劃的制定、發(fā)布、查詢以及過程資料的存檔；安全知識庫是為既往安全相關(guān)的法律法規(guī)，安全培訓(xùn)以及實操演練過后記錄下來的資料文檔等形成的知識庫。

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)字典等功能開發(fā)。

3.11 手機(jī)端應(yīng)用(APP和小程序)

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

3.12 村民互動平臺

開發(fā)微信公眾號，提供信息發(fā)布與收集功能模塊。項目實施及運維過程中，村民可通過掃碼的方式反饋意見和建議，實現(xiàn)村民、運維公司、政府之間的業(yè)務(wù)互聯(lián)互通。

4 結(jié)語

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