安吉县农村饮用水自动化监控系统设计及应用

金浪滨，许方照，汤杭森，蒋元中，丁扬威，屠佳佳

（1.杭州定川信息技术有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江机电职业技术学院电气电子技术系，浙江 杭州 310053）

1 项目现状

安吉县位于浙江省西北部，隶属湖州市，地势由西南向东北倾斜，由高到低，依次分为山地、丘陵、平原3个地貌单元。域内植被覆盖率高，水土保持良好，气候温和，四季分明，属中亚热带季风气候，是全国首个生态县。县域面积为1 886 km2，辖16个乡镇（开发区），人口44.70万，其中农村人口35.75万。近年来，《浙江省农村饮用水达标提标行动计划（2018—2020年）》中提出相关部门要各负其责，密切配合，共同做好农村饮用水达标提标工作，水利部门具体负责乡镇和单村供水工程建设与长效管护工作。在该行动计划的指导下，安吉县围绕水量、水质、用水方便程度和供水保证率4项指标，以“水源工程、联网供水、镇村联网、村级标准化水站、水质检测中心”等项目建设为抓手，投入4.1亿元，建成2座城市水厂、6座乡镇水厂、80座村级供水站，新增农村受益人口36.01万，逐步形成“集聚区规模供水为主、偏远村水站供水为辅”的城乡供水一体化模式，全面提升农村供水保障能力。

2 存在问题

2018年底，浙江省农饮水工程达标提标行动对农村饮用水工程的信息化管理提出新的要求，需要对水厂和供水站的供水水质、水量、水压等数据进行实时监控，实现农村供水工程在线监测，推进水厂、管网信息化管理。目前安吉县内仍有部分农村饮用水供水站暂时无法达到信息化建设要求。以本次达标提升工程建设涉及的81座供水站为例，这些供水站普遍存在工作情况监测不及时和视频监控能力不足的问题。其中部分供水站缺少自动化控制设备，水质参数监测和记录等依靠人工完成；而已经安装自动化控制设备的供水站，由于设备陈旧，水站监测频次低、采样误差大、数据分散，不能及时反映污染变化，同样无法满足水质监测标准要求。同时，现有的大部分供水站未安装视频监控设备，无法实时掌握现场情况[1-2]。由于各个供水站分布分散，监控和视频未进行统一管理，运行管理人员无法及时掌控所有水站的加药流程、净水流程及供水站安全情况等，存在一定的安全隐患。

3 自动化监控系统设计

3.1 系统总体设计

为解决安吉县部分农村供水站监控不及时和视频监控能力不足的问题，设计一套农村饮用水自动化监控系统，总体结构见图1。

图1 自动化监控系统总体结构图

监控中心是农饮水自动化控制系统数据汇集及视频监控核心中枢。通过构建安吉县农村饮用水监控中心，将各个农饮水站点现场的交换机通过VPN网络连接至监控中心交换机，对分散的农村饮用水站点进行统一管理。

监控系统主要分为计算机控制系统和视频监控系统2部分。计算机控制系统对接农饮水站点现地控制层的PLC，实现对供水站净水工艺设备的远程监控，将实时采集的数据存储到数据服务器上，实现信息查询、报表导出等功能[3-4]。视频监控系统在各供水站点中的重要设备和重点区域安装摄像头，采集图像信息存储在本地硬盘录像机，由监控中心视频综合管理平台进行调用，并对视频信息进行存储，为供水站的运行控制提供图像信息依据以及事故分析和追溯。系统运行时，计算机控制系统和视频监控系统能够同时投影到拼接大屏，直观展示供水站工况[5]。

3.2 计算机控制系统

计算机控制系统（见图2）能够在监控中心远程调度全县的农村供水站点，通过安装在现场的水位计、流量计以及水质仪表，实时监测进水水质参数信息，如流量、流速、浊度等，以及出厂水质参数信息，如余氯、浊度、pH值、清水池液位、加药桶液位等。通过对采集数据的分析，判断水站是否正常运行，水质是否达标。若水质异常，控制系统实时报警提醒操作人员，并根据水站运行状况给出解决方法。水质和运行数据经过系统处理后存入监控中心数据服务器，集中上传至农村饮用水安全管理平台，用户可以查询当前数据、历史数据、系统信息等[6]。

图2 计算机控制系统图

本项目农村饮用水站点按类型分为单村供水站和联村供水站。计算机控制系统只采集单村供水站水质数据而不进行控制；联村供水站除数据采集外，增加自动化控制功能。系统通过对接联村供水站预留的控制接口可以远程设置各项控制参数并控制制水设备，如进水阀门、出水阀门、排泥阀门、抽水水泵、加药水泵、反冲水泵等。

3.3 视频监控系统

视频监控系统对工程现场状况进行定期巡视及安全保卫，根据各供水站需要监视的区域和设备不同，布置不同数量的枪机和球机。视频摄像机安装完成后将视频信息存储到本地硬盘录像机，经过VPN网络传输到监控中心，监控系统通过综合平台进行展示和管理，根据需要对视频信息进行存储[7]。

视频布置主要分为4类：单村水站的视频系统建设、联村水站的视频系统建设、示范点视频系统建设和水源地视频监视。视频监视点布置见表1~4。其中，单村供水站的位置较偏远，需要监视位置相对较少，在现场布置3处视频监视点；联村水站的重要性和安保等级更高，在现场布置6处视频监视点；从联村水站中选择1个水站作为示范点，在重要的部位布置人脸抓拍枪机，共布置7处视频监视点；最后在重要水源地部署视频监视点，每个水源地部署1个视频监视点。

表1 单村水站视频点部署情况表

表2 联村水站视频点部署情况表

表3 示范站点视频点部署情况表

表4 水源地视频监视点部署情况表

4 结 语

安吉县农村饮用水自动化监控系统通过VPN网络实现对农村饮用水供水站运行数据、视频图像数据的自动采集、传输，数据经过系统处理后在监控中心进行集中展示存储。运行管理人员能够通过自动化监控系统及时掌握全部供水站的运行情况，了解供水站水质信息，通过对接联村供水站预留的控制接口，实现对联村供水站的远程自动化控制，进一步提升水站安全性。监控系统通过将分散的农村饮用水供水站进行统一管理，实现水站数据与农村饮用水安全管理平台的对接，大大提高安吉县农村饮用水管理的安全可靠性和便捷性。