由于蘭州的城市發(fā)展，市民用水量在迅速增加。特別是居住地勢(shì)較高的居民，二次供水泵站已經(jīng)是不可或缺的供水設(shè)備。目前城市供水管網(wǎng)的局部地勢(shì)高管線長(zhǎng)、水壓不夠高，無法將水直接送到高層用戶。因此，蘭州自來水人通過建設(shè)二次供水泵站來加壓將水供給高地勢(shì)和高樓層的用戶，以保證每個(gè)用戶的用水要求。同時(shí)，由于管理需求，二次供水設(shè)施的人員日常維護(hù)、運(yùn)行、檢修、監(jiān)測(cè)、消毒等管理需要更加規(guī)范化，精細(xì)化、智能化的發(fā)展。

隨著各地水司對(duì)物業(yè)二次供水泵站的接收，城市二次供水將逐漸形成高效運(yùn)行、科學(xué)管理的創(chuàng)新運(yùn)作模式。依托蘭州城市二次供水泵站項(xiàng)目，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，建立二次供水泵站智慧水務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大批量的二次供水泵站將迎來專業(yè)化、規(guī)范化改造，屆時(shí)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控、安全防范將成為每個(gè)泵站的標(biāo)準(zhǔn)化配置。

城市供水概況

目前，蘭州城市供水范圍內(nèi)人口2020 年為324 萬人年供水量 2.5 億立方米(東市區(qū)過濾水量 1.67 億)。其中東市區(qū)高坪偏遠(yuǎn)地區(qū)通過各自區(qū)域內(nèi)加壓泵站二次加壓保障供水。全市目前已建立加壓泵站 23 座。涵蓋九州、伏龍坪，五星坪、鹽場(chǎng)堡以及蘭州碧桂園、和平、定遠(yuǎn)、夏官營等地區(qū)。2020 年實(shí)際加壓供水量2500萬立方米，占東市區(qū)總供水量 15%，服務(wù)供水人數(shù)超 50萬人。

在沒有進(jìn)行智慧化改造前，加壓泵站運(yùn)行模式均為調(diào)度指令模式運(yùn)行。運(yùn)行方案模式化，加之壓力、流量等控制指標(biāo)沒有采集或依賴人工定時(shí)回饋，造成用戶體驗(yàn)不佳。越是用水高峰期，供水質(zhì)量越差，用戶投訴越多。為了改善高坪偏遠(yuǎn)地區(qū)的供水情況，蘭州城市供水(集團(tuán))有限公司先是在設(shè)備更新上加大投資，對(duì)多個(gè)泵站進(jìn)行了變頻控制改造有一定提高改善。但仍然存在變頻啟閉過于頻繁、人員素質(zhì)較低引發(fā)意外故障等，沒有從根本上改變供水不佳的情況。通過分析總結(jié)，高坪偏遠(yuǎn)地區(qū)加壓泵站普遍存在以下問題。第一，約束條件多。高坪偏遠(yuǎn)地區(qū)加壓站本身就屬于管網(wǎng)末梢區(qū)域，進(jìn)水條件差，不能保證充分水源供給;第二，居民用水特點(diǎn)決定了供水存在峰谷差大、集中性極強(qiáng)(用水高峰期)，這樣對(duì)供水設(shè)備及調(diào)度策略要求較高;第三，加壓站都建在居民區(qū)內(nèi)，周邊環(huán)境較復(fù)雜，有安保壓力。但受整體市容要求等約束，無法封閉高墻管理，這也是人工24小時(shí)值班的原因。

建設(shè)目標(biāo)

總體框架

二次供水泵站作為城市供水管網(wǎng)的終端環(huán)節(jié)，安全穩(wěn)定供水的重要性不言而喻。為滿足水司監(jiān)控中心對(duì)二次供水泵站的集約化管理需求，需建立一套適應(yīng)日常運(yùn)行維護(hù)的現(xiàn)代化智慧水務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)泵站重要工位的圖像可視化還能實(shí)現(xiàn)泵站重要設(shè)備運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)可視化。同時(shí)，對(duì)于入侵、火災(zāi)、設(shè)備異常等報(bào)警，實(shí)現(xiàn)可視化視頻復(fù)核，并實(shí)現(xiàn)相關(guān)預(yù)案，能夠保障供水安全，有效提高服務(wù)水平。

需求分析及系統(tǒng)構(gòu)架

智慧水務(wù)是智慧城市中非常重要的組成部分，作為城市供水管網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)的高坪偏遠(yuǎn)地區(qū)供水加壓泵站智慧化運(yùn)行更是實(shí)現(xiàn)智慧城市的基礎(chǔ)保證。通過對(duì)二次供水相關(guān)主管部門調(diào)研，并結(jié)合各地水司二次供水泵站接收管理規(guī)范，日常管理中的主要需求包括:在二次供水有限公司建設(shè)監(jiān)控中心以監(jiān)視泵站情況實(shí)現(xiàn)集中維護(hù)、每個(gè)泵站安裝視頻監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控供水設(shè)備允許狀態(tài)、遠(yuǎn)程監(jiān)視泵站視頻圖像、監(jiān)視異常情況(門禁開啟、人員入侵、火災(zāi)報(bào)警、泵站溫濕度)、遠(yuǎn)程控制(燈光排風(fēng)、門禁等)開關(guān)、監(jiān)視水池水位流量等信息、泵站供電電流電壓等信息、遠(yuǎn)程控制供水系組的啟停等。

針對(duì)上述需求，建立智慧化二次供水泵站水務(wù)系統(tǒng)，并結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)、VPN 虛擬局域網(wǎng)技術(shù)等手段，實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)、視頻圖像、安防信息的可靠、穩(wěn)定和迅捷傳輸，二次供水泵站智慧水務(wù)系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示，由二次供水泵站的前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控平臺(tái)組成。

系統(tǒng)組成

前端系統(tǒng)主要分為兩部分，分別對(duì)泵站二次供水設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境及工況進(jìn)行采集、控制。如圖1綠色部分主要保障泵站的運(yùn)行環(huán)境，通過 NVR 對(duì)遙感、遙信、遙控、搖視等四類重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行集成，通過數(shù)據(jù)的上傳、處理，接入泵站智慧水務(wù)平臺(tái)，與門禁系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)通，聯(lián)合對(duì)泵站的進(jìn)出實(shí)現(xiàn)安全防控。藍(lán)色部分主要保障二次供水設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，通過測(cè)控終端對(duì)智能電表、遠(yuǎn)程水表、水壓傳感器、余氣儀、濁度儀水位傳感器、水位浮子開關(guān)、加壓泵、排污泵、紫外線消毒儀等，負(fù)貴對(duì)泵站二次供水設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。

在前端與平臺(tái)的傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上，二次供水泵站聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可以應(yīng)用 4G/5G 網(wǎng)絡(luò)，或是接入寬帶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)通。監(jiān)控平臺(tái)由水司監(jiān)控中心、維護(hù)中心、手持終端三部分組成，根據(jù)使用者不同，功能各不相同。

前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在二次供水泵站的前端系統(tǒng)中有視頻處理單元、紅外設(shè)備等監(jiān)控子系統(tǒng)，水質(zhì)分析、流量計(jì)等動(dòng)力監(jiān)控子系統(tǒng)，各類傳感器、空調(diào)等環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)，門碰等門禁控制子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)構(gòu)建為完整的前端系統(tǒng)，其架構(gòu)如圖2所示。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

在二次供水泵站的系統(tǒng)中，以1攝像機(jī)作為智慧水務(wù)系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)獲取方式，對(duì)泵站的設(shè)備及環(huán)境進(jìn)行20小時(shí)的監(jiān)控。將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他各類系統(tǒng)掛接，當(dāng)產(chǎn)生各開關(guān)量、火災(zāi)、環(huán)境變化等安全隱患時(shí),各系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)出警報(bào)。作為監(jiān)控中心的總部，也能夠通過視頻監(jiān)控子系統(tǒng)對(duì)泵站發(fā)生的情況直接掌握，采取及時(shí)的應(yīng)急處理措施。

動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在二次供水泵站中，存在許多高精度儀器，環(huán)境的穩(wěn)定性是保障各類儀器穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵要素。當(dāng)儀器長(zhǎng)期運(yùn)行于波動(dòng)小的環(huán)境中，其使用效果也會(huì)被穩(wěn)定發(fā)揮。在二次供水泵站的智慧水務(wù)系統(tǒng)中，配置了水浸探頭、溫濕度傳感器等環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，通過對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中匯總與存儲(chǔ)。同時(shí)，包括了動(dòng)力環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元、安全防范、火災(zāi)報(bào)警、語音對(duì)講、智能控制等各子系統(tǒng)。

動(dòng)力環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元

在二次供水泵站智慧水務(wù)系統(tǒng)中，其核心設(shè)備是環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元，能夠進(jìn)行報(bào)警信息采集、環(huán)境數(shù)據(jù)上傳、儲(chǔ)存在動(dòng)力環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元中，可以兼容 I/O 開關(guān)量接口、模擬量接口、RS-485 串口等接口，采取一體化設(shè)計(jì)模式，如圖3所示。

環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

(1)溫濕度傳感器

設(shè)置溫濕度傳感器的目的是對(duì)溫度越界情況進(jìn)行報(bào)警將該傳感器與空調(diào)的調(diào)溫系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合，同時(shí)控制空調(diào)的開合。當(dāng)產(chǎn)生溫度異常時(shí)，通過環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)保存溫度及度的數(shù)據(jù)，并描繪變化曲線，結(jié)合聲光報(bào)警，為二次供水泵站的工作人員提供參考，便于適時(shí)調(diào)整室內(nèi)溫度狀態(tài)，嚴(yán)防溫度、濕度異常而引起的儀器效果受損。

此類傳感器為傳感、變送一體化的設(shè)計(jì)，能夠根據(jù)被測(cè)場(chǎng)地調(diào)整傳感器配置數(shù)量。通過 4-20mA 接口與主機(jī)相連并采用模擬量來對(duì)濕度、溫度進(jìn)行表達(dá)。控制中心、泵站也能夠通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢查儀器室的環(huán)境變化，并對(duì)空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。主要技術(shù)參數(shù)可參考表1。

(2)水浸傳感器

發(fā)生泄漏會(huì)造成儀器的損害，在二次供水泵站的設(shè)計(jì)施工中雖已對(duì)預(yù)防泄漏進(jìn)行考慮，但也難以杜絕泄露的發(fā)生。因此，選用線式或者點(diǎn)式水浸傳感器對(duì)泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用開關(guān)量進(jìn)行聲光報(bào)警。并將其與環(huán)動(dòng)主機(jī)相連，將水浸情況向中心傳遞，利用短信等技術(shù)手段告知工作人員。線式或點(diǎn)式水浸傳感器可以搭配利用，靈活性高。點(diǎn)式適用于機(jī)柜、空調(diào)等小區(qū)域、精確定位的漏水檢測(cè)。線式適用于空調(diào)周邊的管道、墻角等大面積區(qū)域的廣域漏水檢測(cè)。安全防范子系統(tǒng)安防系統(tǒng)是智慧水務(wù)系統(tǒng)中的重要組成部分，用于防止不法分子對(duì)二次供水泵站的破壞，因此對(duì)其進(jìn)行阻攔隔離。在安防系統(tǒng)中包括了紅外雙鑒和紅外對(duì)射等探測(cè)裝置，這些裝置利用線纜和動(dòng)力環(huán)境主機(jī)相連，以應(yīng)用于聲光報(bào)警以及信息的匯總傳遞，對(duì)聯(lián)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行傳遞控制。

紅外對(duì)射:作為周界防范的有效補(bǔ)充，對(duì)于有窗戶的二次供水泵站，可對(duì)國墻、樓體、窗戶配置該設(shè)備。設(shè)備是利用光束遮斷方式的探測(cè)器，通過發(fā)射紅外光，形成監(jiān)控防護(hù)區(qū)。若存在非法入侵者擋住紅外線，則進(jìn)行即刻監(jiān)測(cè)，當(dāng)入侵超過一定時(shí)限則觸發(fā)警報(bào)，并開始錄像，防止誤報(bào)。警報(bào)的開關(guān)量可接入環(huán)動(dòng)主機(jī)，開展聯(lián)動(dòng)警報(bào)，通知安保人員，并保存記錄。

紅外雙鑒:為了對(duì)已經(jīng)到室內(nèi)的人進(jìn)行監(jiān)控，選擇通過紅外雙鑒設(shè)備對(duì)安防系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。該設(shè)備是微波與紅外的聯(lián)合裝置，能夠?qū)囟群蛣?dòng)態(tài)進(jìn)行綜合反饋。若探測(cè)到物體的動(dòng)作發(fā)生改變，即可將信息反饋至動(dòng)力環(huán)境主機(jī)，依次做出聯(lián)動(dòng)反應(yīng)。該設(shè)備可以用壁掛或吸頂?shù)姆绞椒胖糜诙喂┧谜鹃T窗附近，并依據(jù)開關(guān)量進(jìn)行報(bào)警信息上報(bào)。

火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)

為精準(zhǔn)定位起火區(qū)域，可根據(jù)實(shí)際情況來對(duì)整體區(qū)域進(jìn)行局部的拆解劃分，并對(duì)每個(gè)局部位置按需安裝火災(zāi)探測(cè)器，如煙感設(shè)備。依據(jù)開關(guān)量上報(bào)報(bào)警信息至動(dòng)力環(huán)境主機(jī)，及時(shí)采取抑制措施，同時(shí)主機(jī)能夠依據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則動(dòng)態(tài)控制其他系統(tǒng)功能，如燈光系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等，也讓泵站掌握火災(zāi)情況。該設(shè)備可安置于泵站或，并與消防系統(tǒng)連接，

語音對(duì)講子系統(tǒng)

若忘記門禁卡，無法進(jìn)入泵站內(nèi)時(shí)，就要通過語音對(duì)講子系統(tǒng)與監(jiān)控中心聯(lián)系，當(dāng)值班員確認(rèn)安全后，進(jìn)行門禁的遠(yuǎn)程控制。

智能控制子系統(tǒng)

在二次供水泵站中有許多設(shè)備，為了對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，要設(shè)置遠(yuǎn)控系統(tǒng)來對(duì)各類設(shè)備進(jìn)行整合;二次供水泵站內(nèi)的相關(guān)輔助控制設(shè)備分為開關(guān)設(shè)備和智能設(shè)備;面向門禁，風(fēng)機(jī)等開關(guān)型設(shè)備，需要經(jīng)過開關(guān)量對(duì)其進(jìn)行控制。監(jiān)控中心可經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)與設(shè)備應(yīng)用功能連接，對(duì)開關(guān)量進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制如門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、紅外雙鑒、溫濕度傳感器等設(shè)備;面向有各類型模式控制的智能設(shè)備，則要針對(duì)各設(shè)備調(diào)整控制模塊，如溫度控制、空調(diào)控制等，

門禁子系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的泵站中常用鑰匙進(jìn)行門限控制，會(huì)造成權(quán)限難區(qū)分的情況。門禁作為重要的安防系統(tǒng)，也是傳統(tǒng)方式的補(bǔ)充。將門禁控制與動(dòng)力環(huán)境系統(tǒng)相連，通過監(jiān)控主機(jī)對(duì)各通道的同行進(jìn)行分時(shí)段控制、權(quán)限控制等。也查看各門的狀態(tài)進(jìn)出記錄，對(duì)非法入慢進(jìn)行監(jiān)測(cè)報(bào)警。

結(jié)語

針對(duì)二次供水泵站難以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制的局限性，順應(yīng)智慧水務(wù)、科學(xué)管理的創(chuàng)新運(yùn)作模式，本文依托蘭州城市二次供水泵站項(xiàng)目，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，建立二次供水泵站智慧水務(wù)系統(tǒng)。系統(tǒng)由泵站的監(jiān)控中心、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)以及本地監(jiān)控硬件平臺(tái)構(gòu)成，通過對(duì)二次供水泵站安裝視頻監(jiān)控設(shè)備、門禁安防設(shè)備、報(bào)警設(shè)備、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備等多種技術(shù)設(shè)備，來完善專業(yè)化、規(guī)范化的智慧水務(wù)系統(tǒng)，為二次供水泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警提供技術(shù)支撐。經(jīng)在蘭州市多個(gè)泵站的實(shí)際應(yīng)用，智慧水務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了泵站的遠(yuǎn)程監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警及有效管理。