宁夏彭阳县“互联网+人饮”关键技术应用与实践

杜玉斌

(宁夏回族自治区彭阳县王洼产业园区管理委员会，宁夏 彭阳 756500)

1 概 述

彭阳县位于宁夏东南部边缘，六盘山东麓，西连宁夏原州区，东、南、北分别环临甘肃省镇原县、平凉市和环县。现辖4镇8乡156个行政村6个居民委员会，总人口25.03万，以农业经济为主。近年来，彭阳县把农村饮水安全工程管理当作水利可持续发展的助推器，狠抓工程运行管理，针对点多面广、跑冒滴漏严重、管理成本高、供水保障率差、群众意见大、水费收缴难等问题，谋出路、想办法、补短板，从2012年开始，大胆采用云计算、物联网技术，借助“智慧宁夏”水利云、“宽带宁夏”等公共资源，运用互联网思维、信息化手段、社会化服务推动人饮工程管理服务转型，积极探索“移动互联网+人饮”管理新模式，取得了节水、减员、降本、增效的突出效果，形成了自来水“从源头到龙头”的自动化信息运行管护体系。

2 自动控制设计

2.1 自动化监控体系总体拓扑图

信息采集与传输系统，包括工程的自动化采集控制、泵站采集控制控制、蓄水池水位采集控制、泵站前池进水阀控制、供水管网流量压力采集控制、主要供水支管流量采集及闸阀控制、用水户水表数据采集及阀门控制。网络测试，彭阳全县12个乡镇156个行政村721个自然村均有GPRS信号覆盖，设计采用布设通信信号增强器(微型直放站)、增强型天线、“新四通”工程3种方案提供网络通信支持。自动化设备及采集传输系统的拓扑图见图1。

图1 信息采集传输系统结构

2.2 通信与计算机网络系统

本系统由上位机服务器、Web应用服务器、数据库服务器、消息列队服务器、流煤体服务器、带GPRS/GSM模块的采集器、流量计、液位传感器、水质仪器等组成(见图2)。

图2 计算机网络系统示意图

2.3 泵站水池监测与控制

泵站、调蓄池、减压池采集控制设备通过液位传感器实时采集液位信息上报云平台，根据设备自身控制逻辑或云平台逻辑判断是否开启电动阀门给蓄水池供水，当蓄水池水位达到蓄水上限时关闭阀门，同时根据实时采集的数据进行上下限值、控制、电量、通信等的报警、预警，避免蓄水池蓄水人工操作、传统机械结构控制过程中发生的不及时或无监管的供水损失，保证蓄水池的蓄水全程远程监测与控制(见图3)。

图3 泵站水池监测与控制系统架构

2.4 管网数据监测与控制

供水管网监测体系需要通过远程监测、控制等自动化设施建设,实现压力、流量的快速采集传输，实现对重要分水节点的水情在线监测、联合控制逻辑，当出现水管破裂、用水户停水、设备检修，管网整改等问题时能够通过判断全局的供水情况进行控制，保证供水工程的正常运转。

2.5 入户水表计量

彭阳县位于黄土高原丘陵沟壑区，农村供水管网复杂，用水区域比较分散，对较集中的农村用水户采用光电直读水表，分散的用水户采用射频卡水表，设置集中供水点的偏远地区同样采用射频磁卡水表，实时对管网进行监测，同时实时缴费，降低人工成本，提高缴费率。

2.6 设备设计及选型

a.数据采集器。针对彭阳县农村饮水工程特点，结合实际使用条件、环境、运行维护、工程造价等因素，选用无线采集器(具体技术参数比较见表1)。

表1 无线采集器与其他同类产品技术性能比较

b.液位传感器。通过国内外先进的隔离型扩散硅敏感原件的压阻效应，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。根据彭阳农村饮水工程水质情况，选用结构精巧、调校简单、安装灵活的JYB系列投入式静压液位变送器，采用为4～20mA、0～5V、0～10mA等标准信号输出方式。

c.管道压力传感器。采用进口的硅压阻压力敏感芯片，封装到316L不锈钢外壳，外加压力从不锈钢膜片通过硅油传递到敏感芯片上。传感器的放大模块采用进口集成IC，抗干扰防雷击，通过电脑调节，数字标定后转化成标准的模拟信号，数据高效精准。

d.超声波流量计。测量精度1%，工作电源85～264VAC/8～36VDC，功耗50mA，通信协议MODBUS协议、M-BUS协议、FUJI扩展协议，数据储存选配内置数据存储器(SD卡)，可储存时间、瞬时流量、累计流量、信号状态等。

e.光电直读远传水表。由光电无源直读模块和旋翼式多流水表组成，光电无源直读模块负责水表字轮读数光电采集、处理及传输，旋翼式多流水表采集管道流量。该表可通过RS485或MBUS总线传输数据，计数器结构分液封结构和干式结构，液封结构的字轮机构采用特种液体封装，可长期保持表盘示值清晰，读数永不污染；干式结构的计数机构真空密封，表度盘字轮不受水质影响，读数永久清晰(机械部分示值参数见表2，电子技术参数见表3)。

表2 机械部分示值参数

续表

表3 光电直读远传水表电子技术参数

3 信息化系统设计

3.1 总体架构

彭阳人饮信息化是宁夏“智慧水利”的重要组成部分，是新形势下宁夏人饮工程信息化建设的先行试点。信息化总体架构分为基础设施层、数据层、平台层、业务应用层、公共服务层、用户层以及标准化规范和保障体系(见图4)。

图4 彭阳人饮信息化总体架

3.2 供水工程自动化监控子系统

供水工程自动化监控子系统具有自动化监控设备接入、自动化监控数据整编、报警预警、远程控制、监测数据管理、已建水厂自动化集成、视频监控、新增设备信息及参数初始化8个一级功能，日志管理、报警管理、联动控制等29个二级功能。

3.3 水费计收管理子系统

水费计收管理系统通过远程抄表，代替8个抄表组员工的人工工作量，可大量节省管理成本，系统支持IC卡水费预缴，支付宝、微信和移动服务商代缴等多种缴费方式，极大方便用水户完成水费缴费。系统主要功能包括用户管理、水价管理、水费管理、收费管理和统计分析5个一级功能，用户基本信息管理、用户用水信息管理、用水计量、水费计算等11个二级功能。

3.4 工程管理子系统

工程管理子系统负责彭阳人饮工程各类建筑物、管网、自动化设备的基础信息管理、工程建设信息管理，基于信化应用平台的“一工程一平台”，提供各类建筑物、管网、自动化设备的全生命周期的管理。工程管理子系统主要由工程规划管理、工程建设管理、工程运行管理和工程维护管理4个一级功能和项目立项、设计管理、日常巡查等18个二级功能组成。

3.5 彭阳人饮移动APP

建设彭阳人饮移动APP可以集成各个业务科室的工作，简化操作步骤，提高工作效率，优化工作内容，节约劳动力，实时掌握整个供水工程情况，实现彭阳人饮业务信息化管理系统全覆盖，包括移动门户、移动一张图、用水节水移动管理、工程移动管理、水费移动管理。

3.6 彭阳“人饮一张图”

彭阳“人饮一张图”具有数据生产、地理信息服务、一张图交互、工程供水形势解析、工程运行形势解析、工程建设形势解析、水费收缴形势解析和公众用水反馈解析8个二级功能。

3.7 指挥调度中心

彭阳农村饮水指挥中心建设分为监控中心装饰工程、指挥中心信息化建设，包括大屏显示系统、视频配套系统、高保真扩声系统、中央控制系统、配套弱电系统建设。

4 建设模式

彭阳农村人饮工程采用设计施工总承包管理，项目总承包方为加强彭阳县农村饮水巩固提升工程项目管理，完善管理制度，明确岗位责任，提高工作效率，使项目管理工作规范化、制度化、标准化，总包单位以“项目管理目标责任书”的形式，明确项目目标和项目经理的职责、权限和利益。项目经理根据公司法定代表人授权的范围、时间和“项目管理目标责任书”中规定的内容，对EPC总承包项目实行全过程、全面管理。

5 管理方式

5.1 强化运营管理责任

彭阳县人民政府是农村饮水工程的责任主体，对工程的安全有效运行负总责。县水务局作为政府授权监管部门，履行监管职责，负责研究、制定工程运行管理的政策和制度，对工程运行管理、水价核定、计量收费、养护维修、水源保护、日常水质监测等工作进行指导和监督，组织供水工程管理人员的业务培训与考核。

县农村供水管理有限公司是直接责任主体，负责对本辖区供水工程制定运行管护办法和安全运行规章制度，落实管护人员及报酬，签订工程供用水及管护协议，负责对水源保护区、水池、提水站、输配水管道、水过滤及消毒处理设施、管理房等设施进行管理，确保按供用水合同约定的水质不间断供水。

用水户对供水设施运行管理情况进行监督，负责入户工程的管理，保证入户管道等设施完好；积极履行饮用水义务并按时缴足水费；积极协助供水公司做好突发事件应急处置工作。

5.2 健全水价形成机制

彭阳县于2017年8月召开了用水价格听证会，并于2018年5月调整了城乡供水、污水处理费和农业灌溉供水价格，中南部饮水工程水源成本价格为2.45元/m3，彭阳水源价格执行0.7元/m3，工程水源价格与成本的差额为1.75元/m3，由区、县按照5∶5比例分摊，终端城乡水价最终确定为2.6元/m3。

6 取得成效

6.1 深化建管服改革，强化行业监管责任

彭阳县打破传统的等靠要建管模式，2017年建立专门的水务投融资平台，多元化筹资3.1亿元，通过政企双方共同出资成立彭阳县农村供水管理有限公司，协同负责全县农村供水工程运行管理，完善了公共服务供给模式，实现政府职能转变、管理与市场化服务的有机结合。

6.2 创新模式补齐短板，破解“最后一百米”难题

工程采用球墨铸铁管、PPR管等新型材料，引进超声波流量计、光电直读远传水表、水质一体化传感器等自动化监测设备，高标准建设，配套设施建筑物、联户表井，进行管网监测改造，补齐了农村供水工程建设短板，打通了“人饮工程最后一百米”。

6.3 利用“互联网+”信息化技术，实现工程智能化管理

依托宁夏水利云和宽带宁夏公共资源，基于全区“水慧通”统一应用平台，采用云化部署、物联网监控、智能视频分析、供水调度、大数据故障预警、移动应用服务、边缘计算等新技术，对全县农村供水泵站、蓄水池、管网等进行了信息化改造，从水源到水龙头实施自动化监控，全程自动运行，管理人员从90人减少到40人，年减少人员工资120万元，管网漏损率由40%降低到15%。工程供水量、供水人口、供水保证率、运行监控等各类信息实时传递、展示、分析，数据更加准确全面，管理更加科学高效。

6.4 推进均等化服务，打造智慧人饮新格局

智能水表进村入户和“彭阳智慧人饮”公众号的开通运行，使群众足不出户便能随时查看用水信息、申请停用水以及微信缴费，水费收缴率达90%以上，使群众吃上“明白水、放心水”的同时，有效解决了水费收缴难问题，形成了水费收得回、服务跟得上、供水有保障的农村饮水安全管理新格局，农村饮水安全群众满意度达98%。

7 结 语

彭阳县干旱缺水，成为了制约全县经济社会可持续发展的主要瓶颈。本文探讨了彭阳县农村饮水安全工程管理方式方法，介绍了云计算、物联网技术，互联网思维、信息化手段、社会化服务等有效组合，推动了农村供水工程管理服务关键技术应用研究，走出了一条山区“互联网+人饮”管理新路径。