農村生活污水智慧運營管理系統的設計與應用

摘? 要：農村生活污水處理站點數量多、分布廣，傳統運管模式存在效率低、維護成本高、易出現異常及發生安全事件等問題。為了實現農村生活污水精細化管理，有必要充分利用新一代信息科學技術，強化農污業務與信息化技術的深度融合，對設備設施運行狀態、出水水質等信息進行采集、存儲、管理、分析與共享，構建集電腦端和手機端于一體的智慧運營管理系統，有效保障生產過程實時數據采集，滿足農污運維管理人員實時掌握現場情況，提高農污運維工作效率，方便企業及時掌握農污運營工作情況，科學做出生產經營決策，提升企業運營管理效率和服務質量。

關鍵詞：農村生活污水治理；智慧運營系統；數字化轉型；新農村建設

中圖分類號：TP311；X799.3 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）09-0099-05

Abstract： The number of rural domestic sewage treatment stations is large and widely distributed. The traditional operation and management mode has problems such as low efficiency， high maintenance cost， and easy to occur abnormalities and safety incidents. In order to realize the refined management of rural domestic sewage， it is necessary to make full use of the new generation of information science and technology， strengthen the deep integration of agricultural sewage business and informatization technology， collect， store， manage， analyze and share information such as the operation status of equipment and facilities， water quality， and build a smart operation management system that integrates computer and mobile terminals， effectively ensuring the real-time data collection of the production process， meet the requirement that the management personnel of agricultural sewage operation and maintenance grasp the on-site situation in real time， improve the efficiency of rural domestic sewage operation and maintenance， facilitate enterprises to grasp the rural domestic sewage operation in time， make scientific production and operation decisions， and improve the efficiency of enterprise operation and management and service quality.

Keywords： rural domestic sewage treatment; intelligent operation system; digital transformation; new rural construction

0? 引? 言

隨著農村經濟水平的不斷提高，農村環境問題日益凸顯。我國絕大多數村莊缺少完備的污水收集和處理系統，農村污水隨意排放導致水體污染嚴重，破壞了原本山清水秀的自然生態?！笆奈濉币巹澲忻鞔_提出要加快推進農村污水處理，開展農村人居環境整治提升行動，《農業農村污染治理攻堅戰行動計劃》要求加快推進農村污水治理工作，到2025年形成一批可復制推廣的農村污水治理模式，到2035年基本消除我國農村黑臭水體等，在一系列國家政策的大力扶持下，綠色農村建設進入如火如荼的階段。隨之，農村污水處理市場也迅猛發展，一大批農村污水處理設施籌建完成并逐步投入使用。

然而，由于農村生活污水處理具有站點設施點位多且分散、日常巡檢和養護頻繁等特點，存在運維管理科學調度力量薄弱，運維成本居高不下的問題，一些農污站點被迫成為“曬太陽”工程，未能實現“利民利村”的預想效果。因此，亟需開發農村污水信息化系統，對農污站點進行數字化管理，有效提升農污設施運維管理效率和監控調度水平，降低企業生產運營成本，為農村水務行業標準化運維提供堅實保障。

以往關于農村生活污水智慧運營管理系統的研究存在一些不足，主要體現在以下幾個方面：

1）在信息化系統建設上投入資金是非常重要的前提條件之一。由于農村生活污水智慧運營管理系統功能模塊其對業務需求的分析深度較低，導致該系統與城市污水信息化系統功能區別不大。但是，農村信息化系統投資較低，而城市污水信息化系統所需投資較大，與農村實際經濟水平不匹配。

2）農村污水處理設施數量多且分布范圍廣，單純依靠傳統模式檢查監管，不僅效率低下而且往往會因數據掌握不及時而導致出現異常及安全事件。目前，大部分的農村生活污水智慧運營管理系統沒有配備基于電腦端和手機移動端的遠程控制系統，不能同時實現數據傳輸和設備下控。

3）農村污水處理設施數量多而且大多建設在農村住宅附近。目前的農污信息化系統在使用中存在沒有充分調動農污設施周邊的農戶及時反饋農污設施使用情況的情況，農戶參與投訴的主觀能動性不夠，一定程度上存在發現設備損壞延遲，容易導致異常情況發生的問題。

為進一步推動農村綠色發展和數字化新農村建設，提升農村生活污水治理水平，避免因農村生活污水處理站點運維成本居高不下而出現“曬太陽”工程的問題，農村生活污水智慧運營管理系統面向農村生活污水處理站點運營管理，旨在解決農村生活污水處理站點低運管、維護成本高等問題。

本論文在以往先者研究的基礎上，設計構建了一個業務功能豐富、適用于絕大部分農村的綜合化農村生活污水智慧運營管理系統，旨在提升農村污水精細化管理水平，實現少/無人值守的遠程監控、智慧管控、智慧運維調度，推動分散式污水處理設施穩定運行，降低人員管理成本，賦能農村生活污水處理站點低成本高效率運營。

1? 系統介紹

本論文所提的農村生活污水智慧運營管理系統，立足于安全可行及現有技術的合理運用兩個方面，設計適度超前，經濟適用與可擴展相結合，充分實施數據集成與業務共享交換，開發各類業務和數據標準化接口，打通農污管理各部門業務間的隔離，實現信息系統與業務管理的有效融合，實現橫向、縱向間的業務貫通，全面提高運營企業整體工作效率。系統建設預留相關業務系統接口，為后期實現互聯互通、數據共享交換、無縫協同聯動奠定基礎。結合當今計算機網絡信息系統的共性，對照農污監管工作的特性，系統建設遵循“實用性、先進性、業務性、可靠性、易操作性、兼容性、開放性、安全性、共享性、可擴充性”的原則。

系統基于微服務架構，采用BS+MS交互應用設計，開發基于表單引擎、流程引擎、頁面配置引擎、規則引擎的快速配置服務，研究項目初始化設置、數據源設置、業務配置、一張圖配置，從而囊括設備設施臺賬信息，適配各類視頻、農污站點等監測監控接口協議，建立設備故障、數據異常在線報警體系，集成日常運行維護流程，內置各類農污統計報表樣例，實現快速部署構建智慧管控、智慧運維調度，提供運維人員管理、設備運維到工藝管控、少/無人值守、效率提升等全方位的業務線條。

2? 系統架構

2.1? 總體架構

系統總體架構包括感知層、基礎設施層、數據資源管理層、應用支撐平臺層、綜合業務應用層、用戶層和兩個體系。系統總體框架如圖1所示。

2.1.1? 感知層

實現農村污水處理設施站點機泵狀態、電度、液位、流量、視頻監測等數據的采集和接入。

2.1.2? 基礎設施層

為系統各部分功能提供硬件及網絡支撐，硬件部分包括服務器、網絡安全設施等；網絡支撐則依托運營商提供網絡基礎運行保障環境，包括硬件設備之間、硬軟件之間的網絡互聯。為實現農村污水處理設施遠程統一控制、統一視頻監控、系統運行及數據存儲，提供支撐作用。

2.1.3? 數據資源層

構建監測類、管理類、基礎類、多媒體類、空間數據類、共享交換類六類數據，實現數據的統一存儲管理、匯集、維護更新等。

2.1.4? 應用支撐平臺層

包括PC端運營管理系統、移動APP應用、公眾輿情系統微信小程序。

2.1.5? 綜合業務應用層

在政府監管、企業運維管理、公眾參與三個方面打造農村生活污水處理設施運維管控平臺，提供對農村污水處理運維全過程的實時監測、報警管理、視頻圖像呈現、運維管理、運營分析等服務，達到節約能耗、降低成本、提高效率的目的。

2.1.6? 用戶層

用戶是本信息系統的使用者，主要包括政府用戶、企業用戶和公眾用戶。

2.2? 控制架構

如圖2所示，在少/無人值守農村生活污水處理站點遠程控制方面，可劃分為現場/就地控制層和遠程控制層。工作人員可以通過電腦端或手機端平臺監視農村生活污水處理站點所有設備和工藝參數以及實現對數據的采集和存儲，并與各PLC站實現對等通信。在無人值守的情況下，可以通過平臺遠程監控系統進行運行監視和設備控制，實現工藝運行數據實時查看、遠程控制、運行參數遠程設定與調整，設備設施工藝運行模式選擇與監測設備數據傳輸頻次設定與修改。

2.3? 網絡架構

2.3.1? 智能感知網絡

分散的農村污水集中處理站均為自控設備，內含RTU模塊，可插入SIM卡，優先采用（NB-IoT、4G/5G等）無線網絡通信方式，將數據傳輸至數據存儲設備。

2.3.2? 信息服務網絡

信息服務網絡是為農村生活污水智慧運營管理系統提供數據、業務訪問服務的支撐網絡，鑒于農污項目對安全等級的要求不高，采用帶有固定IP地址的公網即可。

2.3.3? 數據傳輸協議

傳感器儀表通過Modbus或串口采集至農污站點PLC，然后利用采集網關通過MQTT協議上行傳輸至物聯網平臺，再以API接口的方式與業務平臺實現數據對接。

網絡架構如圖3所示。

3? 系統功能

如圖4所示，農村生活污水智慧運營管理系統包括電腦端運營管理系統、手機端移動應用和公眾輿情系統微信小程序三部分，涵蓋農污資產管理、綜合監督、安全管理、監督考核、決策分析、水質管理、智能預警、統計報表等多項內容，可明顯提升農村生活污水設施的監管效率，為今后標準化運維提供堅實保障。

通過農村生活污水智慧運營管理系統建設可基于GIS一張圖的形式展現各站點的空間分布，實時掌握水量水質監測數據，動態獲取巡檢人員的軌跡，及時發現設備的報警位置，并對故障告警做出分析，結合最優路徑規劃算法、歷史運維情況、現場人員情況、站點監控視頻等業務數據，通過內置規則引擎派發工單，實現站點的日常運維、調度，為用戶呈現整個農污系統的“電子沙盤”，以更加高效便捷、全面系統地反映農污的總體管控態勢。

3.1? 電腦端運營管理系統

電腦端運營管理系統在個人首頁、管網管理（如圖5所示）、監測中心、報警管理、設備中心、物資管理、工單中心、安全管理、報表管理等一系列日常業務功能的基礎上，通過控制中心對設備設施進行遠程可視化控制管理，實現設備下控和對各生產過程控制系統的實時數據采集傳輸和水務全要素運行工況及視頻監控等數據全掌控等。電腦端運營管理系統是實現農污日常運營管理各項業務全過程工作精細化管理的平臺，是形成農污資產全周期數字化管理體系和農污運維高效率精細化管理體系，滿足農污運維及監管單位各級人員便捷辦公需求的綜合管理平臺。

3.2? 手機端移動應用

手機端移動應用包括首頁、運行監測（如圖6所示）、工單中心、報警管理、隱患管理、人員管理、消息中心等功能，并支持根據用戶角色和權限進行配置。手機端移動應用滿足運維監管人員移動式掌握農污運維工作情況并進行事務處理，現場運維人員實時定位、現場設施設備運行情況及故障上報、巡查運維工作移動填報等日常需要。

3.3? 公眾輿情系統微信小程序

如圖7所示，公眾輿情系統微信小程序作為農戶上報農污設施運行異常等問題與信息填報的便捷窗口，支持村民現場掃二維碼上報信息（如上傳現場照片、視頻等），顯示運維單位聯系電話，具備快速信息上報、問題處理進度查詢等功能。同時，還可在微信小程序中建設首頁、項目介紹、安全須知等其他功能界面。其中，首頁展示項目片區運維人員的姓名和聯系方式，方便公眾直接與片區運維人員取得聯系，減少公眾向政府的投訴次數；項目介紹和安全須知模塊，方便公眾了解農污項目的概況，便于公眾安全使用相關農污設備。

4? 結? 論

本論文設計建設集電腦端運營管理系統、手機端移動應用、公眾輿情系統微信小程序于一體的農村生活污水智慧運營管理系統，圍繞精益運營、降本增效的宗旨，采用當前較為先進的信息技術平臺和理念，具有行業前瞻性、技術先進性、業務完整性、框架穩定性，有效實現了農村污水核心業務的信息化管控，實現了農污廠站生產運行數字化、設備管理規范化、站點運營自動化。農村生活污水智慧運營管理系統的應用將產生一定的經濟效益，主要表現在以下幾個方面：

1）與傳統農污運營方式相比，每年預計減少人員投入、物力投入等綜合成本約20%，從而助力企業降本增效。

2）系統具備管人員、管資產、管流程、管時間、管數據等各類功能，通過信息化技術手段推動傳統農污運營管理流程和模式持續優化改進，以智能數據分析技術打造技術優勢，推動多業態運營管理數字化轉型，提升產業信息化水平。

3）對系統的使用不但能提高企業生產運營管控能力，提升產業信息化水平，還能推進農村生活污水處理站信息化建設，確保農村污水處理站正常運行，污水排放達標，進一步改善群眾生活質量，實現生態、社會、經濟三大效益的協調統一。

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作者簡介：降瑞嬌（1995.03—），女，漢族，山西呂梁人，助理工程師，碩士，研究方向：智慧水務信息化系統需求分析與設計。