农村生活污水治理设施在线监控系统的设计与故障分析

文/吴天飞

根据上级部门对诸暨市农村生活污水治理设施运维年度考核要求，在线监控设备按照绍兴市建设局26 号文件“对设计日处理量30吨、受益农户100 户以上和位于水环境功能较高区域的农村生活污水治理设施且稳定连续排放废水的，要安装处理水量计量和运行状况监控系统，并及时传输监控信息，监控探头需覆盖终端建设区域并能够清晰反映出水水量大小及水质状况。

通过网络采集各个农村生活污水治理设施的运行工况，在线实时监测各站点电泵电流和污水流量等指标变化情况并计算累计流量，并上传至监控中心数据库，在监控中心可以查询各站点的实时数据和历史数据，生成统计报表，给决策部门提供参考数据。同时按照浙江省农村生活污水治理设施运维监管服务县分平台接口规范，将诸暨市各站点在线监控数据和在线监控图片同步到浙江省运维监管平台。

为保证设备能够安全稳定运行，使其充分发挥作用，实时监测设备的运行状态和自动检测设备故障状况，并结合对采集数据进行智能化分析，在设备故障产生初期，给出准确的、快速的诊断结果，为检修和运行人员争取更多的故障处理时间与主动性，提高监控设备的可靠性，降低维修成本，减少经济损失。

1 系统架构设计

本系统前端站点系统包括网络彩色摄像机、摄像机补光灯、检测模块、控制模块、电流互感器、485 总线和现场单片机，检测模块通过电流互感器与泵电源线连接，通过电流数据检测泵的工况，控制模块与红外补光灯连接，控制补光灯的打开和关闭，检测模块、控制模块和流量计通过485 总线与单片机连接，单片机和网络彩色摄像机通过环保专网接入环保局监控中心。环保局监控中心包括监控主机、交换机、磁盘阵列和查询终端，监控中心平台软件和数据部署在监控主机上，查询终端供维护人员操作和查询。通过浙江省农村生活污水治理设施运维监管服务县分平台接口，及时下载数据字典、巡检模板和设施信息等基础信息，通过增量同步方式上传运维信息和在线监控图片。如图1所示。

2 软件功能设计

2.1 主界面功能

显示监控区域行政地图，可对地图进行放大、缩小、拖动等基础操作功能。地图标识各站点地理位置和名称，站点不同网络状态以不同颜色标注显示。单击站点可显示泵的运行状态和流量计的实时流量数据以及所在站点摄像机数量和名称，鼠标选择摄像机图标可显示实时视频或查看录像。

2.2 基础数据管理

基础数据管理主要包括区域管理和站点管理。区域是指不同的管理地域，是为了管理方便把不同的站点分到对应的区域里，一般指不同的乡镇。站点是指安装了农村生活污水治理设施的地点，它有一套完整设备组成，归属于不同的乡镇。

图1

2.3 在线监控功能

在线实时监测污水液位、污水流量、水泵电流等变化情况。对污水液位、污水流量、水泵电流设置阀值，与视频监控联动，超过阀值触发视频事件录像。

2.4 视频监控功能

在终端建设区域和污水排水口安装高清摄像头，实时记录站点设施运行情况和排放口排放过程，具备实时视频监控、摄像机云镜控制、录像检索回放、录像备份下载和定时抓拍等基础功能，同时具备电子地图，支持在线实时监测系统互动功能，接收和处理报警，控制解码上电视墙等高级应用。

2.5 数据查询及报表功能

可随意统计查询任意时间段内的监控指标数据，可查询任何时间点的系统预警信息和设备故障报警信息，以报表格式打印。可实现远程查询和打印。

2.6 报警功能

可预设报警阀值，监控平台以弹出界面等方式显示实时系统报警信息和设备故障报警信息，根据报警阀值，触发事件录像，可对报警信息进行确认或说明处置情况。支持声光报警、短信报警和电话语音报警等多种形式报警形式。

2.7 省级平台对接功能

通过浙江省农村生活污水治理设施运维监管服务县分平台接口，下载数据字典、巡检模板和设施信息等基础信息，通过增量同步方式上传运维信息和在线监控图片。

3 浙江省农村生活污水治理设施运维监管服务县分平台接口

浙江省农村生活污水治理设施运维监管服务县分平台接口规范为符合数据同步条件的企业平台开放服务，提供统一的HTTP 接口调用与交互规范，仅适用于由企业服务器端发起调用请求，包括POST 提交数据以及GET 请求数据。接口上传的数据包括以下内容：培训记录、水质检测记录、设施巡检记录、设施故障信息、清掏记录、终端水质监测记录、运维企业人员信息、运维企业设备信息、运维设备区域信息、运维化验室信息、运维合同信息、运维区域信息和在线监控图片。接口下载的数据包括以下内容：数据字典、巡检模板和设施信息。

4 故障检测分析

根据视频厂商提供的二次开发接口开发的程序对前端摄像机和中心磁盘阵列设备进行检测，应用各站点下位机自动检测接入的传感器和通信线路故障，并结合上位机对监测数据进行智能化分析，发现超标或异常进行预警。各种故障预警信息在软件主界面电子地图上标注显示，并以短信等多种报警形式向运维人员进行报警，自动统计设备出现故障的种类和频率，并对故障数据进行故障趋势分析和故障占比分析。

4.1 前端摄像机设备

检测设备的在线、离线情况；自动检测线路信号衰减情况，根据摄像机的数据流偏离正常流量值定性判断通讯信号衰减程度；自动检测前端设备正常工况下的数据流量，对数据流量偏小的予以提示；自动检测图像预览失败情况，判断预览失败原因；自动检测视频信号丢失的异常情况；自动识别设备硬件错误的识别码，判断设备硬件运行情况；自动检测图像模糊、亮度异常、对比度异常、饱和度异常、色调异常等图像失真情况。

4.2 中心磁盘阵列设备

自动检测设备的在线、离线情况；自动检测磁盘阵列宕机情况；自动检测登陆磁盘阵列失败情况，判断登陆失败原因；自动检测硬件异常情况，包括Flash 卡异常、硬Raid 错误、通道盘丢失、磁盘Smart 异常、CPU 异常、风扇异常等；检查配置错误信息和检查单个监控点的存储空间是否有重复；检查录像文件的保留天数，未达到设定值将触发报警。

4.3 其它设备

下位机自动检测自动检测接入的传感器和线路故障，自动检测传感器在线、离线情况，自动检测传感器信号衰减程度，自动检测传感器异常状况，自动检测线路故障，对检测的故障实时发送至上位机。上位机检测下位机的在线、离线情况，若下位机因停电等原因关机时，系统将循环执行远程唤醒直至其开机。实时接收下位机发送的故障信息，并结合运维记录对采集的监测数据进行智能化分析，一旦发现超标或异常进行预警。各种故障预警信息在软件主界面电子地图上定位并显示故障信息，能以短信和语音电话等多种报警形式向运维人员进行报警。自动统计设备出现故障的种类和频率，并对故障数据进行故障趋势分析和故障占比分析。

5 结束语

农村生活污水治理设施在线监控系统就是利用传感器技术、视频监控技术、GIS 技术、单片机技术和故障检测等核心技术于一体的智慧监管系统，本系统将电子地图、视频监控、数据处理、故障分析、预警功能和运维功能于一体，实现了数据显示直观、预警准确和运维及时等功能。系统根据视频厂商提供的二次开发接口开发的程序对前端摄像机和中心磁盘阵列设备进行检测，应用各站点下位机自动检测接入的传感器和通信线路故障，并结合上位机对监测数据进行智能化分析，保证了运维的及时性和效率。通过浙江省农村生活污水治理设施运维监管服务县分平台接口，及时下载数据字典、巡检模板和设施信息等基础信息，通过增量同步方式上传运维信息和在线监控图片。实践证明，农村生活污水治理设施在线监控和故障分析为污水治理设施的长效运行和有效监管提供了技术支持，并降低了运维和监管的成本，提高了运维和监管的效率，有利于政府行政管理部门的有效监督和长效管理，具有良好的发展前景。