王春艷,李廷祿
酒泉市水利水電勘測設(shè)計院,甘肅酒泉 735000
近年來,國家大力推進(jìn)民生工程,進(jìn)一步推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略進(jìn)程,農(nóng)村飲水工程建設(shè)初期標(biāo)準(zhǔn)不高,經(jīng)過多年運(yùn)行,管網(wǎng)漏損嚴(yán)重,造成水資源浪費(fèi)[1-2]。而農(nóng)村人口分布分散,上門收費(fèi)難度大,飲水計量、收費(fèi)智能化水平落后[3-4]。為解決農(nóng)村飲水計量收費(fèi)及農(nóng)村飲水工程可持續(xù)發(fā)展問題,很多地區(qū)開始建立農(nóng)村飲水計量智能化管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、快捷、精準(zhǔn)收集各項數(shù)據(jù),有效控制了水資源浪費(fèi),取得了一定成效[5-7]。
酒泉市農(nóng)村飲水安全工程經(jīng)過十幾年的建設(shè),實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村飲水安全從“量”到“質(zhì)”的跨越式發(fā)展,尤其是2005年以來,國家加大對農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)的投入力度,農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)得到長足發(fā)展。農(nóng)村飲水安全普及率達(dá)到98%,入戶率100%。
(1)計量設(shè)施陳舊落后。農(nóng)村飲水安全工程現(xiàn)有計量設(shè)備較為陳舊、落后,安裝的水表均為機(jī)械式水表,且村口無計量設(shè)備,計量設(shè)施簡陋,管理方式較為落后。
(2)水費(fèi)收繳困難。戶用水表計量不準(zhǔn)確,有些水表無法計量或者損壞,沒有信息化監(jiān)控,無法有效及時感知設(shè)備異常,造成水費(fèi)無法應(yīng)收盡收,對于不交水費(fèi)的用水戶,不能及時停水,未形成有效的制約機(jī)制[8-9]。
(3)管網(wǎng)漏損嚴(yán)重,漏損率較高。村口沒有安裝計量裝置,村內(nèi)的戶用表計量不準(zhǔn)確,無法通過大表+小表以及平臺計算出村內(nèi)漏損,更無法定位支線漏水,管網(wǎng)漏損的問題無法得到有效解決,導(dǎo)致用戶成本增加、水資源浪費(fèi)。
(4)工程運(yùn)行管理難度大,效率低下。農(nóng)村飲水安全工程管網(wǎng)長,管道發(fā)生滲漏后不能及時發(fā)現(xiàn),加大了用水戶的用水成本,工程無法達(dá)到良性的發(fā)展趨勢,增大了管理難度。
(5)信息化建設(shè)不足。農(nóng)村飲水工程信息化建設(shè)與現(xiàn)代化管理工作的要求已不相適應(yīng),制約了項目管理水平的提高,各級水利行業(yè)主管部門也難以及時、準(zhǔn)確和全面地掌握農(nóng)村飲水安全工程的發(fā)展趨勢[10-12]。
(6)用戶用水滿意度低。農(nóng)村環(huán)境容易造成水表冬凍夏泡,加之用水戶比較分散,用水問題不能得到及時解決,易給用戶造成極大不方便,用戶滿意度低。
結(jié)合項目區(qū)現(xiàn)狀,為加快推進(jìn)農(nóng)村飲水安全水資源管理現(xiàn)代化進(jìn)程,提出農(nóng)村飲水安全工程水利信息化建設(shè)的總體目標(biāo):
(1)通過計量設(shè)施改造,實(shí)現(xiàn)用水戶用水精準(zhǔn)計量,水費(fèi)應(yīng)收盡收。
(2)通過更換具備無線通信和閥控的計量水表,實(shí)現(xiàn)微信、APP遠(yuǎn)程繳費(fèi)、遠(yuǎn)程控制。
(3)建立信息化平臺,實(shí)現(xiàn)計量設(shè)施數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程自動化采集,實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控計量設(shè)施,以及用戶用水?dāng)?shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)測,為經(jīng)營和決策提供數(shù)據(jù)化支撐。
(4)村口安裝大表,通過大表+小表的方式計算損耗,通過平臺分析定位漏損支線,有效減少漏損。統(tǒng)一定價,依靠云平臺實(shí)現(xiàn)繳費(fèi),讓老百姓喝放心水,交明白費(fèi)。
(5)依靠科技手段,有效監(jiān)控農(nóng)村飲水安全工程的運(yùn)行,節(jié)省人力和物力,使工程發(fā)揮應(yīng)有的作用,更好地為老百姓服務(wù)。
(6)農(nóng)村飲水安全工程的管控能力得到大幅提升,依靠現(xiàn)代化技術(shù)和管理經(jīng)驗,結(jié)合信息化建設(shè),將工程進(jìn)行有效管理,給居民提供及時周到的服務(wù)[13-14]。
隨著各地對農(nóng)村飲水安全“一戶一表”工程改造的推進(jìn),實(shí)現(xiàn)自來水智能化控制、自動化管理的需求越來越迫切。為了實(shí)現(xiàn)智能管控,最大化發(fā)揮人力資源的利用效益,以“大服務(wù)、全服務(wù)”的理念,為用戶提供運(yùn)行維護(hù),開創(chuàng)平臺運(yùn)行全方位服務(wù),基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)于一體,將計算機(jī)技術(shù)、移動數(shù)據(jù)遙信技術(shù)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自控技術(shù)融為一體,對現(xiàn)場的各種設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程采集、傳輸、診斷和分析,創(chuàng)建了自動化、信息化、智能化于一體的云平臺。包括水源地監(jiān)控系統(tǒng)、水廠監(jiān)控系統(tǒng)、泵站監(jiān)控系統(tǒng)、管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、用水分析系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、收費(fèi)計量和報警分析系統(tǒng)等組成。解決了依靠人工參與運(yùn)維管控方式的弊端,通過信息化自動診斷和報警,節(jié)省了人力,提高了效率。
3.1.1 云計算架構(gòu) 云計算服務(wù)類型分為3類,即基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(LaaS)、平臺即服務(wù)(PaaS)和軟件即服務(wù)(SaaS)?;A(chǔ)設(shè)施,即服務(wù)向云計算提供虛擬化計算資源,如虛擬機(jī)、存儲、網(wǎng)絡(luò)和操作系統(tǒng)(圖1)。
3.1.2 云服務(wù)架構(gòu) 通過非關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫結(jié)合,采用分布式緩存和存儲技術(shù),引入容器化技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行環(huán)境隔離與動態(tài)服務(wù)管理,為水源、水廠、泵站、管網(wǎng)和末端用水計量提供各種可靠性服務(wù),確保數(shù)據(jù)安全、訪問快捷。
手機(jī)App主要提供的是移動巡檢功能,即巡檢員手持移動巡檢設(shè)備,在按照巡檢任務(wù)執(zhí)行巡檢,并在移動端填寫巡檢情況,上傳巡檢記錄,圖片等相關(guān)的信息。其包括兩部分內(nèi)容:巡檢任務(wù)執(zhí)行和事件上報。同時移動端還支持記錄巡檢員執(zhí)行巡檢期間的行動軌跡,并將行動軌跡上傳至巡檢服務(wù)端。當(dāng)巡檢人員在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)某些風(fēng)險隱患或者其他事件時,可以上報事件。
用水戶水表井中安裝物聯(lián)網(wǎng)智能水表計量用水量,所有采集數(shù)據(jù)通過4G、NB-LOT無線上傳至云平臺。可根據(jù)行政村、儀表設(shè)備類型、儀表地址篩選用戶,查詢用水戶實(shí)時和剩余用水量、累計用水量等信息[15-16]。用水戶也可隨時查詢剩余用水量及水費(fèi)余額,當(dāng)用水戶水費(fèi)較少時,可設(shè)置自動提醒繳費(fèi)通知,提醒用水戶及時繳納水費(fèi),以免影響用水。
可按行政鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、村的日、月、季、年用水量統(tǒng)計用水量,按單用水戶的日、月、季、年水量統(tǒng)計用水量;用水量交費(fèi)統(tǒng)計可以利用手機(jī)APP實(shí)現(xiàn);按行政村統(tǒng)計漏損統(tǒng)計分析,即按照村口計量—用水戶總計量進(jìn)行分析。
遠(yuǎn)程通過手機(jī)APP可以實(shí)現(xiàn)用水戶水表用水量、剩余水量數(shù)據(jù)查詢,水表設(shè)備工作狀態(tài)分析,行政用水分析,水表地理位置信息顯示,水表報警信息查詢,還可以通過手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程充值、充值記錄查詢、水表閥門遠(yuǎn)程控制等功能。
通過村口大表數(shù)據(jù)和村內(nèi)用戶表數(shù)據(jù),分析漏損率,對于支線安裝表計,分析支線漏損率,并可通過數(shù)據(jù)分析定位漏損的支線。
依托大數(shù)據(jù)技術(shù),有6個維度的分析模塊:用水分析、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)運(yùn)行、運(yùn)行分析、數(shù)據(jù)服務(wù)、航拍展示,每個模塊可以從總體上清晰地了解運(yùn)行情況。例如:有側(cè)重整體各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)/縣用水從總量、各地區(qū)用量、人均用水量等多角度分析;有側(cè)重于數(shù)據(jù)是否有異常分析,如通訊異常、3 d及多天通訊不上數(shù)據(jù)、用戶用水徒增等。其他功能則是從用戶關(guān)閥、欠費(fèi)、老年用戶特殊服務(wù)等方面進(jìn)行分析,幫助決策者和管理者快速掌握總體運(yùn)行和用水情況[17-19]。
可以將各管網(wǎng)的測量經(jīng)緯度導(dǎo)入平臺,展示出各管網(wǎng)走勢和運(yùn)行數(shù)據(jù);村口大表可以在地圖標(biāo)注并可以和實(shí)際數(shù)據(jù)展示;每個表井的位置可以標(biāo)注,點(diǎn)擊表井會展示此表井的所有用戶的運(yùn)行數(shù)據(jù)。通過地圖和用戶數(shù)據(jù)結(jié)合的方式直觀展示,方便現(xiàn)場維護(hù)定位,實(shí)現(xiàn)一張圖可總覽運(yùn)行。
4G信號強(qiáng),覆蓋農(nóng)村,通過4G技術(shù)有效保證了設(shè)備通訊成功率,通過自動抄表節(jié)省大量人力物力。
多用戶物聯(lián)網(wǎng)超聲水表利用超聲相差測流技術(shù)實(shí)現(xiàn)水流的高精度、高靈敏度測量,實(shí)現(xiàn)滴水微流量的計量統(tǒng)計,解決供水管網(wǎng)的跑冒滴漏監(jiān)測難題,計量傳感器管路內(nèi)部無任何機(jī)械轉(zhuǎn)動及磨損結(jié)構(gòu),使多用戶超聲水表的計量更準(zhǔn)確,使用壽命更長。
在干支線安裝子母表,通過軟件平臺的分段計量和大數(shù)據(jù)的分析計算技術(shù),有效定位漏損點(diǎn),及時排查降低漏損率。
超聲水表利用動態(tài)壓力平衡技術(shù),解決了水表在水下受壓滲水失效問題,使多用戶超聲水表可以長期浸水運(yùn)行,完全適用于各種惡劣環(huán)境。水表默認(rèn)30 d進(jìn)行1次閥門防銹動作,防止閥門被水垢封住。動作時間可刷卡設(shè)定,根據(jù)不同地區(qū)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
水表支持遠(yuǎn)程支付,通過微信小程序、APP、網(wǎng)頁系統(tǒng)遠(yuǎn)程下將充值水量發(fā)送至水表,方便快捷,解決老百姓的充值麻煩的問題。
利用大數(shù)據(jù)技術(shù),將現(xiàn)場計量數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分析,從各個維度分析用水?dāng)?shù)據(jù),能精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)水資源用水管理,為管理決策提供數(shù)據(jù)支撐,通過數(shù)據(jù)有效決策。
刷卡終端安裝在地上,基表安裝在表井內(nèi),卡直接在地上終端刷卡,并且刷卡終端自帶太陽能板,能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能充電并且反補(bǔ)給井池內(nèi)基表,延長終端、基表內(nèi)的電池使用年限。
新的管理模式依靠科技手段,通過云平臺的大數(shù)據(jù)分析和異常數(shù)據(jù)推送,可以高效及時地對管轄范圍的用戶進(jìn)行服務(wù),減少人力和物力投入的情況下,使得農(nóng)村供水管理得更加及時、快捷,真正管控并解決好村級供水運(yùn)營中“降損、收費(fèi)、服務(wù)、維護(hù)”問題,真正打通農(nóng)村供水管理“最后一公里”。
用戶通過微信小程序網(wǎng)上繳費(fèi)和網(wǎng)上查詢用水,解決了用戶的繳費(fèi)問題,老百姓滿意度高。
政府制定統(tǒng)一的用水價格,采用智慧云平臺統(tǒng)一管理收費(fèi),避免了價格不一和不透明的高水價問題。通過現(xiàn)代化的技術(shù)手段和信息化平臺,讓用戶繳費(fèi)更加便捷,并且能隨時隨地查詢自己的用水信息,實(shí)現(xiàn)了老百姓繳明白費(fèi)、喝放心水。
鎮(zhèn)級中心的現(xiàn)場工作人員會定期巡線,發(fā)現(xiàn)村內(nèi)管網(wǎng)破壞后會及時維修。通過后臺大數(shù)據(jù)分析和村口表+支線大表+小表的方式定位漏損點(diǎn),現(xiàn)場利用專業(yè)化設(shè)備查找和及時維修漏損點(diǎn),依靠科技的手段減少漏損。
通過后臺的大數(shù)據(jù)分析,及時處理定位設(shè)備通訊異常、報警、用水異常等情況,用心、精準(zhǔn)服務(wù)老百姓,保證了設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行,為老百姓用水提供了有效保障。
實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備自動抄表和數(shù)據(jù)分類管理,對數(shù)據(jù)的采集實(shí)現(xiàn)自動化,收費(fèi)數(shù)據(jù)由軟件后臺自動計算,對用水進(jìn)行分析,對異常進(jìn)行報警,無須現(xiàn)場抄表、人工計算收費(fèi)、人工報表等各種煩瑣復(fù)雜的勞動,節(jié)省了人力和物力。