邳州市农村饮用水安全信息化建设方案研究

舒持恺 ，张 超 ，余海龙

（1.南瑞集团（国网电力科学研究院）有限公司，江苏 南京 211106；2.南京南瑞水利水电科技有限公司，江苏 南京 211106；3.邳州市水务局，江苏 邳州 221300）

0 引言

农村饮用水安全问题直接关系到数百万农村居民的身体健康和生命安全，提高农村饮用水质量是保障农村居民生活和健康的重要手段[1]。当前，在基本解决农村饮用水安全问题的基础上，农村饮用水工作确立了巩固和改善的总体方向。提高农村饮用水安全信息化管理水平，实施基层水安全保障，是今后巩固和改善农村居民生活水平的重要建设任务[2–4]。

江苏省农村集中式供水厂小而多，管理水平落后，水安全保障存在许多不足[5]。邳州市实施农村饮用水安全工程建设以来，做了大量扎实有效的工作，截至 2015 年底，邳州市农村饮用水安全基本得到保障，安全状况取得显著改善，但邳州市尚有17 个镇，121 个村，30 万人饮用水不安全，自筹资金和爱国卫生运动委员会（以下简称爱卫会）改水工程存在问题，部分地区农村饮用水安全工程建设成果还不够牢固，存在水量不能自动控制，水质不能有效保障，水费不能精确收取等问题，长效运行等方面还存在一些薄弱环节。为解决农村饮用水安全管理问题，邳州市开展了农村饮用水安全信息化建设工程的研究，建设了农村饮用水安全信息化系统（以下简称信息化系统），通过信息化手段，提高对农村饮用水安全的管理水平。

1 信息化系统建设目标

根据《邳州市农村饮用水安全巩固提升工程“十三五”规划》，将对自筹资金和爱卫会改水的33 处小型水厂进行整合改造，纳入饮用水安全工程建设和管理范围。在同一个乡镇中，将对有 2 处以上饮用水安全工程建造的水厂进行串联，实现联网供水，利用信息化自动化等先进技术建设全覆盖农村饮用水管理系统，实现水量自动控制，水质有效保障，水费精确收取。规划至 2020 年末区域供水范围达到 25 个乡镇（街），乡镇覆盖率达到 100%，区域供水农村入户率达到 95% 以上。

2 信息化系统总体设计

2.1 设计原则

信息化系统安全对农村饮用水工程生产运行非常重要，应遵循实用、先进、高效、可靠的原则，采用安全可靠的系统架构，从环境、设备、网络、操作系统、数据库、应用及系统管理等多个方面设计信息化系统的安全体系，实施完整的安全策略以有效确保信息化系统的安全性。按照国际国内相关标准，统一标准建设数据结构与代码，使信息化系统具备良好的扩展性。未来随着信息技术的发展与工程规模的扩大，可以平滑地对信息化系统进行升级扩展，最大限度地减少对已有平台数据与代码的改动，使符合相关标准规范的软硬件设施都可以灵活接入信息化系统。同时信息化系统提供友好的交互界面（GUI），操作灵活，易学易用，用户通过简单的培训就能进行系统日常运维[6]。

2.2 设计思路

根据农村饮用水基本功能要求，信息化系统设计时需考虑到输水监控、水质保障、水费收取等多方面：泵站输水动态通过水压自动控制，确保整个供水管网压力稳定；消毒装置匹配水量大小，自动调整添加消毒液量；饮用水水质重要参数定时采集监测；用水终端装配远传水表实现精准计量与收费。在农村饮用水工程重要节点安装视频监控摄像头，可视化监控供水设备运行工况。信息化系统包括：泵站监控、视频监视系统，水量水质、管网运行、工程管理等数据的现地信息采集与监控系统，计算机网络与通信传输系统，供电、防雷与接地等系统，用水统计、系统告警等综合监控监测应用系统，用户信息、巡检养护、数据查询等管理决策支持应用系统，手机 App 及水费计收系统。

信息化系统为“五层三体系”结构，采用一体化平台进行建设，对各类信息（数据）进行规范、整合，对各类业务应用进行统一化管理，具体结构如图1 所示。一体化平台系统可实现泵站监控、视频监视等系统业务数据的统一采集与交互，各业务数据的统一存储、备份与维护管理，以及在一个平台上实现多种业务的统一应用，使信息化系统的资料数据更好地实现资源共享及得到综合应用，避免信息资源的浪费，减少运维人员的投入。一体化平台系统与传统信息化系统的对比如图2 所示。一体化平台中需要传输的信息包括水量、泵站运行、管网监测、视频等数据，具体业务流程如图3 所示。

一体化平台中，不需要像传统自动化监控系统那样采用各自独立的软件平台。各种监控业务和业务数据只是数据类型、应用功能不同的业务模块，各业务模块既可在同一计算机上实现，也可分布在不同计算机上，使用集成的管理和控制平台，可以最大程度地共享数据，减少运维人员的工作量[7]。

图1 信息化系统结构

图2 传统信息化系统（左）与一体化平台系统（右）架构对比

图3 一体化平台业务流程图

整个信息化系统的建设内容众多，包括全景监控、抄表汇总、水费管理、工程管理、移动应用及手机支付等，通过有效整合所有子系统并形成统一的数据中心和应用软件平台，高效服务于水政管理部门，信息化系统建设效果得以最大发挥。

3 信息化系统关键技术特点

信息化系统建设采用一体化平台设计，综合集成现有各类信息化系统，打通信息孤岛，建立统一的数据中心和一体化应用系统，并提供统一的访问机制，实现不同权限用户的数据访问和业务应用，达到信息资源共享和业务协同的目标。

对于网络安全及用户权限要求，信息化系统具有分区设计、分层控制等特点，具体设计如下：

1）横向分区。横向上，考虑到信息化系统涉及的业务应用复杂，为保障信息安全，在横向结构上分为生产管理区（控制区）、办公信息区（管理区）和外网。在控制区设置 VLAN，用于支撑综合监控、抄表汇总等不同业务；管理区支撑视频系统、工程管理，并对外进行信息发布。控制区与管理区均属于内网，互联网属于外网。由于控制区与管理区之间存在数据交互，为保证控制区的信息安全，通过单向隔离设备进行联通，严格控制区间流量的信息交换，保证控制区安全；管理区存在连接外网的需求，管理区与外网通过防火墙等安全设备进行连通。

2）纵向分层。考虑到调度中心和管理站及现地层设备在计算机控制、工程管理和运行等方面不同的应用需求，信息化系统在纵向结构上分为以下3 层：a.第1 层是调度中心层（邳州市级），部署综合监控、水量调度、工程管理、信息发布等功能；b.第2 层是管理站层（镇级），部署综合监控、工程管理、信息发布等相关业务；c.第3 层是现地层，布设泵站现地监控、视频监视等现地自动化系统。

为适应水利信息化的管理需要，信息化系统支撑平台采用 Oracle 软件，具有灵活的企业应用架构，同时服务 SOA 规范，满足未来业务扩展需求。

应用支撑平台设计上采取松耦合结构，应用系统之间要求相对独立，通过总线进行基于 Web Services 的调用，进行服务的屏蔽和隔离，其中任何系统出现故障，都不会对其他系统造成直接的危害和影响。应用支撑平台落地采用基于 J2EE 的架构实现，符合 SOA 体系结构。采用符合 J2EE 规范的主流的 J2EE 应用服务器 WebLogic Server，具有天然的跨平台性，能部署在多种操作系统平台上，如Linux，Windows，AIX，Solaris 等。

4 信息化系统业务应用设计

4.1 GIS 全景信息展示

利用地图进行邳州市农村饮用水安全信息的全景监控，在地图服务基础上叠加农村饮用水管网图层，实现一张图展示邳州市农村饮用水的水表、泵站、管网及视频等信息，并预留水质及农村饮用水安全所需要的其他监测信息接口。

4.2 泵站监控

泵站监控应用模块应能迅速可靠、准确有效地完成对各泵站的安全监视和控制，包括历史数据存档、检索，运行报表生成与打印，远程监测进出站管网压力、流量、水位等。若设备工作状态发生异常，应能主动告警上报。

4.3 视频监视

视频监视可以在 GIS 上进行单点查询，也可以列表及窗口的形式进行集中展示。对于农村饮用水工程运行关键部位，开发图像识别技术，可视化智能告警设备工况异常。

4.4 管网运行

地图上直观展示的农村饮用水管网信息，包括管线运行数据、水表数据、单元划分及各单元信息、人员信息及联系方式等，将数据信息与地图节点进行关联，通过鼠标点击就能掌握管网全过程输水动态，获取用户所需的数据并以图表等形式直观展示。

4.5 水费计收

水费计收系统对用水户水费结算和统计的整个业务流程进行信息化管理，包括新装水表开户，以及用户缴费管理、信息更新、欠费通知等功能。在构建水费计收系统时，根据具体收费业务流程和不同结算管理对象，使用组件设计、模块开发及事务处理等先进软件开发技术构建，以适应不同的业务处理模式，满足需求的变化及适应现有投资的需要。

4.6 管网巡视

通过管网巡视系统进行输水管网的巡检养护，包括日常巡检，隐患上报，巡检的路线管理、人员安排、计划编制，以及隐患处理情况登记等，支持GIS 展示巡检过程路线，标记隐患点。

4.7 移动应用服务

移动应用作为信息化平台的补充，将农村饮用水工程重要信息查询展示等功能迁移到移动平台上，使用户随时随地掌握工程动态，查询和获取各类监测信息。在发生预警情况时，通过移动端第一时间通知相关负责人进行处理。

4.8 支付功能开发

随着城乡居民生活水平不断提高，“互联网 +”、移动支付等业务的快速发展，民众对服务方式的需求呈现多元化。为满足这一需求，拓宽缴费渠道，开发支付宝、微信等移动支付手段缴纳水费功能。

4.9 综合门户管理

对不同用户赋予不同的权限，专职专责，权限可控，对工程运行状况监视和操作实现窗口化，用户通过鼠标和键盘就能快捷操作。不同的用户登录具有不同权限，防止误操作，确保系统运行安全。

5 结语

信息化系统可实现对农村饮用水安全工程 24 h不间断监测，有效减少管理人员的工作量。工程试运行以来，基本实现水源井泵站无人值守；管理中心通过视频监控可实时查看泵房现场情况及水质定时监测报告；自动化改造实现水泵远程开机；根据管网水压自动调节水泵运行频率，不再出现以往因水压过大、频率过高而导致水泵烧坏的现象；水费计收系统可以让用水户通过手机支付方便快捷缴费；通过报表可以实现日、月、年及自定义时段水量统计，为上级水政部门制定用水计划及分析用水情况提供数据支撑。随着信息化系统的长期使用，信息化系统难免会暴露出初期设计时的缺陷，需要健全配套系统完善制度，提高运维水平，才能真正达到农村饮用水安全工程的目标要求。

要切实保障农村饮用水安全，不仅要建立完善的工程措施，更要建立有效、先进、科学的管理体系，提高管理水平。通过信息化手段，建设从现地到管理部门的全覆盖测控体系，开发农村饮用水安全管理业务应用软件，将有助于实现农村饮用水安全数据采集、传输、分析、评估、预警和处理的现代化管理目标，让日常用水信息采集和管理等繁杂的工作变得高效便捷，使信息化系统发挥长效作用，不仅在饮用水项目的日常管理中发挥巨大作用，更在饮用水安全管理的多维可视化，区域饮用水量的预测与分析，以及水安全应急管理等多方面都具有广阔的应用前景。