酒泉市农村饮水工程计量设施及智能化管理系统应用.pdf

292Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.8酒泉市农村饮水工程计量设施及智能化管理系统应用王春艳，李廷禄酒泉市水利水电勘测设计院，甘肃酒泉 735000摘要 酒泉市农村饮水安全工程计量设施陈旧，水费收缴困难，工程管网漏损率高，智能化水平低，运行管理难度大，管理手段落后。为解决酒泉市农村饮水安全工程管护问题，分析了酒泉市农村饮水安全工程现状，针对存在的问题提出了解决方案，并探讨了酒泉市农村饮水工程计量设施及智能化管理的总体框架，进一步提高农村饮水安全工程运维自动化水平，不断推进农村饮水计量收费、可持续发展。关键词 农村饮水工程；计量设施；智能化管理系统中图分类号：TU991.1 文献标识码：B 文章编号：20953305(2023)080292-03近年来，国家大力推进民生工程，进一步推进乡村振兴战略进程，农村饮水工程建设初期标准不高，经过多年运行，管网漏损严重，造成水资源浪 费1-2。而农村人口分布分散，上门收费难度大，饮水计量、收费智能化水平落后3-4。为解决农村饮水计量收费及农村饮水工程可持续发展问题，很多地区开始建立农村饮水计量智能化管理系统，实现远程、快捷、精准收集各项数据，有效控制了水资源浪费，取得了一定成效5-7。1 酒泉市农村饮水安全工程的现状及存在的问题1.1 工程现状酒泉市农村饮水安全工程经过十几年的建设，实现了农村饮水安全从“量”到“质”的跨越式发展，尤其是2005年以来，国家加大对农村饮水安全工程建设的投入力度，农村饮水安全工程建设得到长足发展。农村饮水安全普及率达到98%，入户率100%。1.2 存在的问题（1）计量设施陈旧落后。农村饮水安全工程现有计量设备较为陈旧、落后，安装的水表均为机械式水表，且村口无计量设备，计量设施简陋，管理方式较为落后。（2）水费收缴困难。户用水表计量不准确，有些水表无法计量或者损坏，没有信息化监控，无法有效及时感知设备异常，造成水费无法应收尽收，对于不交水费的用水户，不能及时停水，未形成有效的制约机制8-9。（3）管网漏损严重，漏损率较高。村口没有安装计量装置，村内的户用表计量不准确，无法通过大表+小表以及平台计算出村内漏损，更无法定位支线漏水，管网漏损的问题无法得到有效解决，导致用户成本增加、水资源浪费。（4）工程运行管理难度大，效率低下。农村饮水安全工程管网长，管道发生渗漏后不能及时发现，加大了用水户的用水成本，工程无法达到良性的发展趋势，增大了管理难度。（5）信息化建设不足。农村饮水工程信息化建设与现代化管理工作的要求已不相适应，制约了项目管理水平的提高，各级水利行业主管部门也难以及时、准确和全面地掌握农村饮水安全工程的发展趋势10-12。（6）用户用水满意度低。农村环境容易造成水表冬冻夏泡，加之用水户比较分散，用水问题不能得到及时解决，易给用户造成极大不方便，用户满意度低。Application of Metering Facilities and Intelligent Management System for Rural Drinking Water Projects in Jiuquan CityWang Chun-yan et al(Jiuquan Water Conservancy and Hydropower Survey and Design Institute,Jiuquan,Gansu 735000)Abstract The measurement facilities for the rural drinking water safety project in Jiuquan City are outdated,and it is difficult to collect water fees.The leakage rate of the engineering pipeline network is high,the level of intelligence is low,and the operation and management are difficult.The management methods are outdated.In order to address the management and protection issues of rural drinking water safety engineering in Jiuquan City,the current situation of rural drinking water safety engineering in Jiuquan City was analyzed,and solutions were proposed to address the existing problems.The overall framework for measuring facilities and intelligent management of rural drinking water engineering in Jiuquan City was explored,further improving the automation level of operation and maintenance of rural drinking water safety engineering,and continuously promoting the measurement and charging of rural drinking water and sustainable development.Key words Rural Drinking Water Engineering;Measurement facilities;Intelligent management system作者简介 王春艳（1980），女，甘肃酒泉人，工程师，主要从事农田水利、农村饮水、水土保持方面研究工作。收稿日期 2023-05-11293农业灾害研究 2023,13(8)2 解决方案结合项目区现状，为加快推进农村饮水安全水资源管理现代化进程，提出农村饮水安全工程水利信息化建设的总体目标：（1）通过计量设施改造，实现用水户用水精准计量，水费应收尽收。（2）通过更换具备无线通信和阀控的计量水表，实现微信、APP远程缴费、远程控制。（3）建立信息化平台，实现计量设施数据的远程自动化采集，实现实时监控计量设施，以及用户用水数据的动态监测，为经营和决策提供数据化支撑。（4）村口安装大表，通过大表+小表的方式计算损耗，通过平台分析定位漏损支线，有效减少漏损。统一定价，依靠云平台实现缴费，让老百姓喝放心水，交明白费。（5）依靠科技手段，有效监控农村饮水安全工程的运行，节省人力和物力，使工程发挥应有的作用，更好地为老百姓服务。（6）农村饮水安全工程的管控能力得到大幅提升，依靠现代化技术和管理经验，结合信息化建设，将工程进行有效管理，给居民提供及时周到的服务13-14。3 总体框架随着各地对农村饮水安全“一户一表”工程改造的推进，实现自来水智能化控制、自动化管理的需求越来越迫切。为了实现智能管控，最大化发挥人力资源的利用效益，以“大服务、全服务”的理念，为用户提供运行维护，开创平台运行全方位服务，基于物联网、云计算和大数据于一体，将计算机技术、移动数据遥信技术、数据网络技术、自控技术融为一体，对现场的各种设备进行远程采集、传输、诊断和分析，创建了自动化、信息化、智能化于一体的云平台。包括水源地监控系统、水厂监控系统、泵站监控系统、管网监控系统、用水分析系统、地理信息系统、收费计量和报警分析系统等组成。解决了依靠人工参与运维管控方式的弊端，通过信息化自动诊断和报警，节省了人力，提高了效率。3.1 云平台架构3.1.1云计算架构云计算服务类型分为3类，即基础设施即服务（LaaS）、平 台 即 服 务（PaaS）和 软 件 即 服 务（SaaS）。基础设施，即服务向云计算提供虚拟化计算资源，如虚拟机、存储、网络和操作系统（图1）。图1 云计算架构3.1.2云服务架构通过非关系型的数据库和关系型数据库结合，采用分布式缓存和存储技术，引入容器化技术实现运行环境隔离与动态服务管理，为水源、水厂、泵站、管网和末端用水计量提供各种可靠性服务，确保数据安全、访问快捷。3.2 手机APP管理软件手机App主要提供的是移动巡检功能，即巡检员手持移动巡检设备，在按照巡检任务执行巡检，并在移动端填写巡检情况，上传巡检记录，图片等相关的信息。其包括两部分内容：巡检任务执行和事件上报。同时移动端还支持记录巡检员执行巡检期间的行动轨迹，并将行动轨迹上传至巡检服务端。当巡检人员在巡检过程中发现某些风险隐患或者其他事件时，可以上报事件。3.3 自动化远程抄表、数据共享用水户水表井中安装物联网智能水表计量用水量，所有采集数据通过4G、NB-LOT无线上传至云平台。可根据行政村、仪表设备类型、仪表地址筛选用户，查询用水户实时和剩余用水量、累计用水量等信息15-16。用水户也可随时查询剩余用水量及水费余额，当用水户水费较少时，可设置自动提醒缴费通知，提醒用水户及时缴纳水费，以免影响用水。3.4 分类、多维度数据统计分析可按行政乡、镇、村的日、月、季、年用水量统计用水量，按单用水户的日、月、季、年水量统计用水量；用水量交费统计可以利用手机APP实现；按行政村统计漏损统计分析，即按照村口计量用水户总计量进行分析。3.5 智能收费、缴费，可远程控制水表阀门远程通过手机APP可以实现用水户水表用水量、剩余水量数据查询，水表设备工作状态分析，行政用水分析，水表地理位置信息显示，水表报警信息查询，还可以通过手机APP进行远程充值、充值记录查询、水表阀门远程控制等功能。3.6 管网漏损分析、大数据分析通过村口大表数据和村内用户表数据，分析漏损率，对于支线安装表计，分析支线漏损率，并可通过数据分析定位漏损的支线。依托大数据技术，有6个维度的分析模块：用水分析、数据监控、数据运行、运行分析、数据服务、航拍展示，每个模块可以从总体上清晰地了解运行情况。例如：有侧重整体各个乡镇/县用水从总量、各地区用量、人均用水量等多角度分析；有侧重于数据是否有异常分析，如通讯异常、3 d及多天通讯不上数据、用户用水徒增等。其他功能则是从用户关阀、欠费、老年用户特殊服务等方面进行分析，帮助决策者和管理者快速掌握总体运行和用水情况17-19。3.7 水利“一张图”可以将各管网的测量经纬度导入294Journal of Agricultural Catastrophology 2023,Vol.13 No.8平台，展示出各管网走势和运行数据；村口大表可以在地图标注并可以和实际数据展示；每个表井的位置可以标注，点击表井会展示此表井的所有用户的运行数据。通过地图和用户数据结合的方式直观展示，方便现场维护定位，实现一张图可总览运行。4 解决问题的关键技术4.1 4G通信技术4G信号强，覆盖农村，通过4G技术有效保证了设备通讯成功率，通过自动抄表节省大量人力物力。4.2 水表实现滴水计量多用户物联网超声水表利用超声相差测流技术实现水流的高精度、高灵敏度测量，实现滴水微流量的计量统计，解决供水管网的跑冒滴漏监测难题，计量传感器管路内部无任何机械转动及磨损结构，使多用户超声水表的计量更准确，使用寿命更长。4.3子母表+软件分段计算实现，降低漏损率在干支线安装子母表，通过软件平台的分段计量和大数据的分析计算技术，有效定位漏损点，及时排查降低漏损率。4.4 保障在恶劣环境中运行超声水表利用动态压力平衡技术，解决了水表在水下受压渗水失效问题，使多用户超声水表可以长期浸水运行，完全适用于各种恶劣环境。水表默认30 d进行1次阀门防锈动作，防止阀门被水垢封住。动作时间可刷卡设定，根据不同地区水质进行调节。4.5 远程网络支付（微信、支付宝）、远程控制阀门水表支持远程支付，通过微信小程序、APP、网页系统远程下将充值水量发送至水表，方便快捷，解决老百姓的充值麻烦的问题。4.6 大数据分类数据分析利用大数据技术，将现场计量数据进行分类分析，从各个维度分析用水数据，能精准实现水资源用水管理，为管理决策提供数据支撑，通过数据有效决策。4.7 实现分体刷卡，太阳能充电刷卡终端安装在地上，基表安装在表井内，卡直接在地上终端刷卡，并且刷卡终端自带太阳能板，能够实现太阳能充电并且反补给井池内基表，延长终端、基表内的电池使用年限。5 工程效果分析新的管理模式依靠科技手段，通过云平台的大数据分析和异常数据推送，可以高效及时地对管辖范围的用户进行服务，减少人力和物力投入的情况下，使得农村供水管理得更加及时、快捷，真正管控并解决好村级供水运营中“降损、收费、服务、维护”问题，真正打通农村供水管理“最后一公里”。5.1 高质量服务，老百姓满意用户通过微信小程序网上缴费和网上查询用水，解决了用户的缴费问题，老百姓满意度高。5.2 收费透明且信息化，漏损问题得到解决政府制定统一的用水价格，采用智慧云平台统一管理收费，避免了价格不一和不透明的高水价问题。通过现代化的技术手段和信息化平台，让用户缴费更加便捷，并且能随时随地查询自己的用水信息，实现了老百姓缴明白费、喝放心水。镇级中心的现场工作人员会定期巡线，发现村内管网破坏后会及时维修。通过后台大数据分析和村口表+支线大表+小表的方式定位漏损点，现场利用专业化设备查找和及时维修漏损点，依靠科技的手段减少漏损。5.3 保障工程的长效运行，实现智能化管理通过后台的大数据分析，及时处理定位设备通讯异常、报警、用水异常等情况，用心、精准服务老百姓，保证了设备稳定运行，为老百姓用水提供了有效保障。实现现场设备自动抄表和数据分类管理，对数据的采集实现自动化，收费数据由软件后台自动计算，对用水进行分析，对异常进行报警，无须现场抄表、人工计算收费、人工报表等各种烦琐复杂的劳动，节省了人力和物力。参考文献1 杨雪兰.宁夏“互联网+农村供水”建管服模式和关键技术应用研究与实践J.节能与环保,2021,39(11):57-58.2 周树朋,金瑞清,窦建华.现代农村饮水安全现状及对策分析J.水利技术监督,2019,27(2):56-57,68.3 骆浩生,赵文.凉州区西营灌区农村饮水安全工程精准扶贫助力脱贫攻坚的思考J.农业开发与装备,2021,27(11):125-126.4 杨斌.盖州市农村饮水安全工程运行管理存在问题及解决对策J.黑龙江水利科技,2021,49(4):237-240.5 万晶.农村饮水安全管理体制研究J.水利规划与设计,2018,31(12):121-123.6 李月霞,苗慧英,刘长燕.浅谈河北省农村饮水安全智能化系统建设与管理J.中国设备工程,2021,37(24):27-28.7 谷连森.多渠道水费收取方式在供水企业中的实践J.供水技术,2014,8(2):57-59.8 李凯,宋玮,宋新建.德州市农村饮水安全保障体系建设思路与做法J.山东水利,2022(9):1-2,5.9 王红霞.农村饮水存在的问题与工程规划设计对策J.农家参谋,2022(22):150-152.10 陶小磊.农村饮水安全和小型农田水利工程的建设与管理J.现代营销(上旬刊),2022(8):103-105.11 田冬霞.农村饮水安全与饮水工程管理现状及改善措施J.农业科技与信息,2022(14):105-107.12 保长汀.农村饮水安全工程运行管理长效机制构建路径探析J.农业科技与信息,2022(15):111-113,117.13 孟文.水土保持工程与农村饮水保障工程的项目联动应用J.河南水利与南水北调,2022,51(6):21-22.14 赵文,吴泽.凉州区农村饮水安全工程网格化管理的实践与探索J.农业开发与装备,2022(6):79-81.15 李伟.柘城县农村饮水安全巩固提升工程成效与经验J.河南水利与南水北调,2022,51(5):12-13,43.16 汪立峰.昌图县农村饮水安全工作存在的主要问题与对策J.黑龙江水利科技,2022,50(5):235-237.17 刘宏伟.新阶段提高农村饮水工程实施方案设计水平的探讨J.水利技术监督,2022(8):83-86.18 李生雷.农村饮水安全工程运行管理浅谈:以武威市凉州区金塔灌区为例J.农业开发与装备,2022(4):69-71.19 胡慧.天水市秦州区农村饮水安全工程运行管理探析J.智慧农业导刊,2022,2(9):122-124.