村庄生活污水造成的环境污染不仅是村庄水源地潜在的安全隐患,还会加剧淡水资源的危机,使耕地灌溉得不到有效保障,危害农民的生存发展。以江苏省为例，江苏省自2007年以来，通过村庄环境整治行动、农村环境连片整治、覆盖拉网式农村环境综合整治和省级试点县等工作，扎实推进农村生活污水治理工作，截至2018年底，全省46个试点县（市、区）完成了近9000个村庄生活污水处理设施建设，累计12000多个村庄建有生活污水处理设施。由于经济条件限制及环境保护意识的薄弱，我国农村大部分地区现有的污水处理设施较为简陋或不能正常运行，根据《国家审计署发布2018年第2号公告》，江苏省7个县（市、区）在覆盖拉网式农村环境综合整治项目中建设的195个污水处理设施有146个闲置，涉及投资10449.77万元，亟需将已有农村污水处理设备进行集中管控。

1．农污治理项目运营管理的问题

以江阴农污治理项目为例，其中运维管理的问题主要为：①涉及1137个站点，遍及987平方公里面积，2960个自然村，由于站点多、面广的原因，不能实时获取站点运行信息数据，设施出现故障问题不能及时发现，给处理站周边的环境、物资带来损失。②每次巡检1000多个站点，巡检质量参差不齐，运营人员对巡检结果的管理困难。③出现设施故障后，传统由运营人员人工下发维修工单，运维人员将近200人，组织协调难度大。④为避免扰民，大多站点都设置在乡村较远的地方，根据地图定位，经常存在巡检/维检人员找不到站点导致漏检的情况。

2．智慧农污管理平台的设计

2.1建设目标

村庄污水运营管理项目“三分在建、七分在管”，污水处理设施布局分散，要实现把处理设施管起来。村庄污水管理平台的核心就是通过对污水处理设施的集中运营管理，保证一体化处理站、提升泵站、净化槽及其配套的液位传感器等电气元件的正常运转，实现污水处理项目高效、有序的运营管理。

智慧农污管理平台的主要目标是实现污水处理站点管理和设施运维管理。站点管理通过工艺组态图实时远程获取全部站点的运营信息，监控运营状态、设备工况、累计处理污水水量等信息。运维管理通过远程PC端和移动端App联通，进行运维人员的巡检、维修工作的规范化管理，设施产生的远程平台工艺监测未发现的非数据类问题和故障维修工作。

2.2平台总体架构

智慧农污管理平台采用面向服务架构、分层架构体系，从逻辑上分为感知执行层、传输网络层、数据服务层、应用支撑层、应用层、交互展示层。具体框架如图1所示。

图1　农污智慧管理系统总体架构

感知执行层：利用各种感知设备、技术手段和方法，实现对处理站水量、能耗、设备设施运行状态等关键数据指标的实时监测，并支持化验数据、工程信息等信息的人工录入。

传输网络层：主要是将采集到的数据传输到数据中心，传输方式分为有线和无线两大类，包括物联网、无线移动通信网络。

数据服务层：基于云计算技术，将云端的数据和信息进行分类,然后对各种数据和信息进行分析和使用，实现数据在系统内以及系统与系统之间的数据交换与共享，满足大量计算与存储资源的需求。集成GIS数据、管网数据、在线监测数据、运维数据、运营数据、视频数据以及图片、文档、多媒体等非结构化数据，实现多源、多格式、多类型数据的融合，对数据多角度整合、分析、调用、交互、共享。

应用支撑层：提供即时通信、移动办公平台、微信平台、农污管网模型、农污运维模型、门户管理、数据库引擎、GIS引擎、安全引擎、消息引擎、工作流引擎、规则引擎等功能，为业务应用提供基础支撑。

应用层：提供用户使用的系统功能单元，主要业务功能包括综合监控管理、智慧调度管理、智慧运维管理、报表管理、设备管理、知识管理等。

交互展示层：应用各种先进技术进行业务成果的发布展示。具体展示方式包括PC端、大屏幕展示系统、移动端（手机App、微信小程序）。

标准和规范体系：支撑项目建设和运行的基础，是实现应用协同和信息共享的需要，是节省项目建设成本、提高项目建设效率的需要，是系统不断扩充、持续改进和版本升级的需要。

安全和运维体系：保障系统安全应用的基础，包括物理安全、网络安全、信息安全及安全管理等。

2.3远程PC端设计

远程PC端可以实现对运维项目的统筹管理，模块包括站点管理、智慧调度、电子巡检、运维管理，使用对象是运营管理人员。

2.3.1站点管理

站点管理设施的工艺数据采集使用智能网关，无线智能网关具有低功耗、高可靠性和稳定性等优点，通过4G无线通信的方式传送到服务器。智能网关是集成模拟信号采集、开关量输入、开关量输出、计数和无线数据通信于一体的高性能测控装置，支持以太网通信，串口通信，RS485通信和4G无线数据通信于一体。可以直接接入各种传感器、标准变送器信号、仪表等输出的模拟信号、电平信号、干触点、脉冲信号等。

站点管理界面展示站点的工艺组态图，污水处理站的站点管理界面如图2所示。供管理人员实时查看站点基本信息、设备运行工况及参数、污水处理工艺参数。站点设置视频监控，农污处理站点电子围栏，通过AI智能视频监控系统智能捕获可疑异常情况，自动生成告警信息，同步发送至PC端运营中心、相关负责人的App。

2.3.2智慧调度

智慧调度管理实现故障告警后系统自动就近调度巡检/维检人员，数据流逻辑如图3所示，具体为：生成故障告警信息后，系统根据预设告警域值判断告警级别，严重告警则触发智能调度系统，进行告警定位，匹配相关专业、离故障点最近的运维人员，生成维检任务单，实现智能派单。运维人员通过App接收任务，根据导航路径前往故障点，在将告警处理完成后回填相关处理信息。故障解决则归档智慧调度历史数据库，故障未解决则重新触发智慧调度系统。

管理人员通过智慧调度界面总览调度概况，如图4所示，展示告警数量、告警分布、调度数量、调度分布，进一步查看详细告警内容、调度人员、维护情况等信息，人工可以进行处理异常告警、对调度任务重新派单等操作。

智慧调度功能可以自动完成90%以上的告警处理，随着数据库对故障告警信息的积累和学习，告警自动处理的概率会更高，最终实现中控室少人值守或无人值守。

图2　处理站工艺组态图

图3　智慧调度数据流

图4　智慧调度管理页面

图5　巡检管理数据流

2.3.3电子巡检

电子巡检是一种线上的设备巡检方式，具体为系统对所有接入平台的工艺设备每30s读取一次状态信号，自动、实时生成巡检报告单。系统基于大数据技术，进行数据挖掘，对比单台设备的运行数据、历史数据与实时数据曲线、运行趋势，从而进行预判，结合设备基础数据库对设备运行的年限折旧要求、运行累计时间要求，形成智能预警。自动识别异常数据并生成告警，触发智慧调度功能。实现设备故障精准预测，辅助差异化精益运维管理，设备风险评级管控,降低设备故障率，进行设备安全、设备工况的预防预控。

2.3.4运维管理

运维管理是管理人员对巡检/维检工作的全流程管理，包括告警信息处理管理、进度跟踪，进一步查看告警信息详情，告警位置、内容、级别、上报人、处理人、处理流程。制定巡检规则、巡检计划，按照处理站、泵站设置细分巡检条目、巡检计划、执行周期，定期自动下发巡检任务。自动生成巡检路线、巡检流程，对巡检人员进行定位与轨迹统计，在地图上查看运维巡检车辆及人员进行全程轨迹。对巡检结果统计分析、评价考核，对使用车辆信息管理、使用记录，对工作人员统一排班、考勤管理。

巡检管理的数据流过程如图5所示，具体为通过巡检App、读取的设备数据获得告警信息，触发一个新的巡检/维检流程。系统通过预先设置的调度规则自动判别告警数据的告警类型，读取相应调度信息、巡检/维检方案。如果告警类型符合预设的调度规则，通过告警的定位坐标工作人员的App定位坐标，计算最近的工作人员的位置，自动派发巡检或者维检任务和告警信息到工作人员的手机App，从而实现自动调度；如果不符合预设调度规则，需手动派发巡检或维检任务。接到任务的工作人员根据定位导航到指定的告警位置，执行任务后填报巡检或维检的结果信息。如果反馈结果正常则结束这个流程；如果反馈结果异常，则需要重启一个巡检或者维检子流程，直至流程结束。

2.4App移动端设计

App移动用于巡检人员执行巡检任务，基于移动GIS技术，结合GIS系统与GPS系统的相关功能来实现包含导航定位、信息采集、管理以及传输等内容在内的整个巡检过程。在移动端加载地图导航功能，系统能在获取农村污水处理站点位置后自动规划巡查路线。

App移动端的主要功能为查看站点位置分布、查看站点基本信息、考勤打卡、接收巡检任务、规划路径和导航、提交巡检结果、车辆使用申请、即时通信，巡检管理人员的权限支持流程审批。填报支持文字描述、录制语音、上传照片。

3．系统使用的关键技术

移动GIS技术：移动GIS是以空间数据库为数据支持、地理应用服务器为核心应用、无线网络为通信桥梁、移动终端为采集工具的应用工具。并且具有移动性、信息载体多样性以及服务实时性等优点，将其应用于管道巡线工作，能够有效实现巡检工作的信息化和智能化，实现全天候、全地域的信息访问。

GPS技术：利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航。主要解决巡检过程中巡检人员位置信息获取问题，为后续的巡检开始点匹配、签到点匹配、巡检轨迹展现做支撑。

云计算技术：是一种分布式计算，通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序，然后通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。可以在很短的时间内（几秒种）完成对数以万计的数据的处理，从而达到强大的网络服务。

智能监控技术：采用图像处理、模式识别和计算机视觉技术，通过在监控系统中增加智能视频分析模块，借助计算机强大的数据处理能力过滤掉视频画面无用的或干扰信息、自动识别不同物体，分析抽取视频源中关键有用信息，快速准确地定位事故现场，判断监控画面中的异常情况，并以最快和最佳的方式发出警报或触发其他动作，从而有效进行事前预警，事中处理，事后及时取证的全自动、全天候、实时监控的智能系统。

4．应用效果

4.1提升设施感知能力

通过采用智能网关，运用物联网采集技术、智能传感技术，夯实感知采集建设，结合4G传输，实现水信息的动态感知和智能发现，为智慧农污管理提供数据基础。感知采集是数据建设的根源，是业务应用建设的基础，对于工程安全运行和调度控制起关键性作用。

4.2把控巡检质量

管理人员制定定期巡检内容，通过PC端统一下发定期巡检任务至巡检人员的App客户端，巡检人员通过NFC进行站点打卡，按照巡检内容逐项检查、通过文字描述、语音描述、上传照片的方式记录，并上传至系统保存。管理人员通过巡检率、完成时间对巡检内容考核。

4.3提升运维人员组织效率

根据GPS全球定位技术、移动GIS技术，设施故障告警后自动生成巡检任务，并计算距离故障点距离最近的巡检人员，将任务派发至该人员的App客户端。对比传统的人工派单模式，将故障处理时间由至少30min缩短至10s以内，避免调度几十公里外运维人员的情况发生。

4.4减少漏检、提升巡检效率

在客户端GIS地图根据站点坐标生成定位，支持运维人员现场通过App客户端查看巡检站点坐标，并支持一键重新校核。巡检人员通过使用巡检App客户端导航到巡检站点。通过运营人员自主维护更新站点坐标，保持站点位置的精准性，避免找不到站点漏检或花费时间寻找站点导致巡检效率下降。

5．结语

本项目应用在江阴农村污水治理项目中，经过智慧管理技术研究及平台应用得到一些成果，随着工程应用的扩展，客户需求提高，未来可以在管网模型、运维模型上进行研究，进一步提升平台的故障检测能力、故障预防能力。

来源：中国高新技术