由于蘭州的城市發(fā)展，市民用水量在迅速增加。特別是居住地勢較高的居民，二次供水泵站已經(jīng)是不可或缺的供水設備。目前城市供水管網(wǎng)的局部地勢高管線長、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二次供水泵站來加壓將水供給高地勢和高樓層的用戶，以保證每個用戶的用水要求。同時，由于管理需求，二次供水設施的人員日常維護、運行、檢修、監(jiān)測、消毒等管理需要更加規(guī)范化，精細化、智能化的發(fā)展。

隨著各地水司對物業(yè)二次供水泵站的接收，城市二次供水將逐漸形成高效運行、科學管理的創(chuàng)新運作模式。依托蘭州城市二次供水泵站項目，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進技術，建立二次供水泵站智慧水務系統(tǒng)，實現(xiàn)大批量的二次供水泵站將迎來專業(yè)化、規(guī)范化改造，屆時遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控、安全防范將成為每個泵站的標準化配置。

城市供水概況

目前，蘭州城市供水范圍內人口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)高坪偏遠地區(qū)通過各自區(qū)域內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、鹽場堡以及蘭州碧桂園、和平、定遠、夏官營等地區(qū)。2020 年實際加壓供水量2500萬立方米，占東市區(qū)總供水量 15%，服務供水人數(shù)超 50萬人。

在沒有進行智慧化改造前，加壓泵站運行模式均為調度指令模式運行。運行方案模式化，加之壓力、流量等控制指標沒有采集或依賴人工定時回饋，造成用戶體驗不佳。越是用水高峰期，供水質量越差，用戶投訴越多。為了改善高坪偏遠地區(qū)的供水情況，蘭州城市供水(集團)有限公司先是在設備更新上加大投資，對多個泵站進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，高坪偏遠地區(qū)加壓泵站普遍存在以下問題。第一，約束條件多。高坪偏遠地區(qū)加壓站本身就屬于管網(wǎng)末梢區(qū)域，進水條件差，不能保證充分水源供給;第二，居民用水特點決定了供水存在峰谷差大、集中性極強(用水高峰期)，這樣對供水設備及調度策略要求較高;第三，加壓站都建在居民區(qū)內，周邊環(huán)境較復雜，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小時值班的原因。

建設目標

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)控中心對二次供水泵站的集約化管理需求，需建立一套適應日常運行維護的現(xiàn)代化智慧水務系統(tǒng)。系統(tǒng)除了實現(xiàn)泵站重要工位的圖像可視化還能實現(xiàn)泵站重要設備運行工況的數(shù)據(jù)可視化。同時，對于入侵、火災、設備異常等報警，實現(xiàn)可視化視頻復核，并實現(xiàn)相關預案，能夠保障供水安全，有效提高服務水平。

需求分析及系統(tǒng)構架

智慧水務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)點的高坪偏遠地區(qū)供水加壓泵站智慧化運行更是實現(xiàn)智慧城市的基礎保證。通過對二次供水相關主管部門調研，并結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監(jiān)控中心以監(jiān)視泵站情況實現(xiàn)集中維護、每個泵站安裝視頻監(jiān)控設備監(jiān)控供水設備允許狀態(tài)、遠程監(jiān)視泵站視頻圖像、監(jiān)視異常情況(門禁開啟、人員入侵、火災報警、泵站溫濕度)、遠程控制(燈光排風、門禁等)開關、監(jiān)視水池水位流量等信息、泵站供電電流電壓等信息、遠程控制供水系組的啟停等。

針對上述需求，建立智慧化二次供水泵站水務系統(tǒng)，并結合現(xiàn)代信息技術、VPN 虛擬局域網(wǎng)技術等手段，實現(xiàn)泵站運行數(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系統(tǒng)構架如圖1所示，由二次供水泵站的前端系統(tǒng)、傳輸網(wǎng)絡、監(jiān)控平臺組成。

系統(tǒng)組成

前端系統(tǒng)主要分為兩部分，分別對泵站二次供水設備的運行環(huán)境及工況進行采集、控制。如圖1綠色部分主要保障泵站的運行環(huán)境，通過 NVR 對遙感、遙信、遙控、搖視等四類重點設備進行集成，通過數(shù)據(jù)的上傳、處理，接入泵站智慧水務平臺，與門禁系統(tǒng)進行聯(lián)通，聯(lián)合對泵站的進出實現(xiàn)安全防控。藍色部分主要保障二次供水設備的穩(wěn)定運行，通過測控終端對智能電表、遠程水表、水壓傳感器、余氣儀、濁度儀水位傳感器、水位浮子開關、加壓泵、排污泵、紫外線消毒儀等，負貴對泵站二次供水設備進行數(shù)據(jù)采集和存儲。

在前端與平臺的傳輸網(wǎng)絡應用上，二次供水泵站聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)可以應用 4G/5G 網(wǎng)絡，或是接入寬帶實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)通。監(jiān)控平臺由水司監(jiān)控中心、維護中心、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)設計

前端系統(tǒng)結構

在二次供水泵站的前端系統(tǒng)中有視頻處理單元、紅外設備等監(jiān)控子系統(tǒng)，水質分析、流量計等動力監(jiān)控子系統(tǒng)，各類傳感器、空調等環(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)構建為完整的前端系統(tǒng)，其架構如圖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攝像機作為智慧水務系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)獲取方式，對泵站的設備及環(huán)境進行20小時的監(jiān)控。將視頻監(jiān)控系統(tǒng)與其他各類系統(tǒng)掛接，當產(chǎn)生各開關量、火災、環(huán)境變化等安全隱患時,各系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)出警報。作為監(jiān)控中心的總部，也能夠通過視頻監(jiān)控子系統(tǒng)對泵站發(fā)生的情況直接掌握，采取及時的應急處理措施。

動力環(huán)境監(jiān)測系統(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)定運行的關鍵要素。當儀器長期運行于波動小的環(huán)境中，其使用效果也會被穩(wěn)定發(fā)揮。在二次供水泵站的智慧水務系統(tǒng)中，配置了水浸探頭、溫濕度傳感器等環(huán)境監(jiān)測設備，通過對環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中匯總與存儲。同時，包括了動力環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元、安全防范、火災報警、語音對講、智能控制等各子系統(tǒng)。

動力環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元

在二次供水泵站智慧水務系統(tǒng)中，其核心設備是環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元，能夠進行報警信息采集、環(huán)境數(shù)據(jù)上傳、儲存在動力環(huán)境數(shù)據(jù)處理單元中，可以兼容 I/O 開關量接口、模擬量接口、RS-485 串口等接口，采取一體化設計模式，如圖3所示。

環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)

(1)溫濕度傳感器

設置溫濕度傳感器的目的是對溫度越界情況進行報警將該傳感器與空調的調溫系統(tǒng)進行聯(lián)合，同時控制空調的開合。當產(chǎn)生溫度異常時，通過環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)保存溫度及度的數(shù)據(jù)，并描繪變化曲線，結合聲光報警，為二次供水泵站的工作人員提供參考，便于適時調整室內溫度狀態(tài)，嚴防溫度、濕度異常而引起的儀器效果受損。

此類傳感器為傳感、變送一體化的設計，能夠根據(jù)被測場地調整傳感器配置數(shù)量。通過 4-20mA 接口與主機相連并采用模擬量來對濕度、溫度進行表達。控制中心、泵站也能夠通過系統(tǒng)實時檢查儀器室的環(huán)境變化，并對空調、新風系統(tǒng)等進行遠程控制。主要技術參數(shù)可參考表1。

(2)水浸傳感器

發(fā)生泄漏會造成儀器的損害，在二次供水泵站的設計施工中雖已對預防泄漏進行考慮，但也難以杜絕泄露的發(fā)生。因此，選用線式或者點式水浸傳感器對泄漏進行監(jiān)測，利用開關量進行聲光報警。并將其與環(huán)動主機相連，將水浸情況向中心傳遞，利用短信等技術手段告知工作人員。線式或點式水浸傳感器可以搭配利用，靈活性高。點式適用于機柜、空調等小區(qū)域、精確定位的漏水檢測。線式適用于空調周邊的管道、墻角等大面積區(qū)域的廣域漏水檢測。安全防范子系統(tǒng)安防系統(tǒng)是智慧水務系統(tǒng)中的重要組成部分，用于防止不法分子對二次供水泵站的破壞，因此對其進行阻攔隔離。在安防系統(tǒng)中包括了紅外雙鑒和紅外對射等探測裝置，這些裝置利用線纜和動力環(huán)境主機相連，以應用于聲光報警以及信息的匯總傳遞，對聯(lián)動設備進行傳遞控制。

紅外對射:作為周界防范的有效補充，對于有窗戶的二次供水泵站，可對國墻、樓體、窗戶配置該設備。設備是利用光束遮斷方式的探測器，通過發(fā)射紅外光，形成監(jiān)控防護區(qū)。若存在非法入侵者擋住紅外線，則進行即刻監(jiān)測，當入侵超過一定時限則觸發(fā)警報，并開始錄像，防止誤報。警報的開關量可接入環(huán)動主機，開展聯(lián)動警報，通知安保人員，并保存記錄。

紅外雙鑒:為了對已經(jīng)到室內的人進行監(jiān)控，選擇通過紅外雙鑒設備對安防系統(tǒng)進行補充。該設備是微波與紅外的聯(lián)合裝置，能夠對溫度和動態(tài)進行綜合反饋。若探測到物體的動作發(fā)生改變，即可將信息反饋至動力環(huán)境主機，依次做出聯(lián)動反應。該設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)開關量進行報警信息上報。

火災報警子系統(tǒng)

為精準定位起火區(qū)域，可根據(jù)實際情況來對整體區(qū)域進行局部的拆解劃分，并對每個局部位置按需安裝火災探測器，如煙感設備。依據(jù)開關量上報報警信息至動力環(huán)境主機，及時采取抑制措施，同時主機能夠依據(jù)預設的規(guī)則動態(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，也讓泵站掌握火災情況。該設備可安置于泵站或，并與消防系統(tǒng)連接，

語音對講子系統(tǒng)

若忘記門禁卡，無法進入泵站內時，就要通過語音對講子系統(tǒng)與監(jiān)控中心聯(lián)系，當值班員確認安全后，進行門禁的遠程控制。

智能控制子系統(tǒng)

在二次供水泵站中有許多設備，為了對設備實現(xiàn)遠程控制，要設置遠控系統(tǒng)來對各類設備進行整合;二次供水泵站內的相關輔助控制設備分為開關設備和智能設備;面向門禁，風機等開關型設備，需要經(jīng)過開關量對其進行控制。監(jiān)控中心可經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)與設備應用功能連接，對開關量進行聯(lián)動控制如門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、紅外雙鑒、溫濕度傳感器等設備;面向有各類型模式控制的智能設備，則要針對各設備調整控制模塊，如溫度控制、空調控制等，

門禁子系統(tǒng)

在傳統(tǒng)的泵站中常用鑰匙進行門限控制，會造成權限難區(qū)分的情況。門禁作為重要的安防系統(tǒng)，也是傳統(tǒng)方式的補充。將門禁控制與動力環(huán)境系統(tǒng)相連，通過監(jiān)控主機對各通道的同行進行分時段控制、權限控制等。也查看各門的狀態(tài)進出記錄，對非法入慢進行監(jiān)測報警。

結語

針對二次供水泵站難以遠程監(jiān)測控制的局限性，順應智慧水務、科學管理的創(chuàng)新運作模式，本文依托蘭州城市二次供水泵站項目，借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進技術，建立二次供水泵站智慧水務系統(tǒng)。系統(tǒng)由泵站的監(jiān)控中心、網(wǎng)絡傳輸系統(tǒng)以及本地監(jiān)控硬件平臺構成，通過對二次供水泵站安裝視頻監(jiān)控設備、門禁安防設備、報警設備、動力環(huán)境監(jiān)測設備等多種技術設備，來完善專業(yè)化、規(guī)范化的智慧水務系統(tǒng)，為二次供水泵站的遠程監(jiān)控、實時報警提供技術支撐。經(jīng)在蘭州市多個泵站的實際應用，智慧水務系統(tǒng)實現(xiàn)了泵站的遠程監(jiān)控、實時報警及有效管理。