农村生活污水智慧运营管理系统的设计与应用

摘  要：农村生活污水处理站点数量多、分布广，传统运管模式存在效率低、维护成本高、易出现异常及发生安全事件等问题。为了实现农村生活污水精细化管理，有必要充分利用新一代信息科学技术，强化农污业务与信息化技术的深度融合，对设备设施运行状态、出水水质等信息进行采集、存储、管理、分析与共享，构建集电脑端和手机端于一体的智慧运营管理系统，有效保障生产过程实时数据采集，满足农污运维管理人员实时掌握现场情况，提高农污运维工作效率，方便企业及时掌握农污运营工作情况，科学做出生产经营决策，提升企业运营管理效率和服务质量。

关键词：农村生活污水治理；
智慧运营系统；
数字化转型；
新农村建设

中图分类号：TP311；
X799.3 文献标识码：A  文章编号：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

随着农村经济水平的不断提高，农村环境问题日益凸显。我国绝大多数村庄缺少完备的污水收集和处理系统，农村污水随意排放导致水体污染严重，破坏了原本山清水秀的自然生态。“十四五”规划中明确提出要加快推进农村污水处理，开展农村人居环境整治提升行动，《农业农村污染治理攻坚战行动计划》要求加快推进农村污水治理工作，到2025年形成一批可复制推广的农村污水治理模式，到2035年基本消除我国农村黑臭水体等，在一系列国家政策的大力扶持下，绿色农村建设进入如火如荼的阶段。随之，农村污水处理市场也迅猛发展，一大批农村污水处理设施筹建完成并逐步投入使用。

然而，由于农村生活污水处理具有站点设施点位多且分散、日常巡检和养护频繁等特点，存在运维管理科学调度力量薄弱，运维成本居高不下的问题，一些农污站点被迫成为“晒太阳”工程，未能实现“利民利村”的预想效果。因此，亟需开发农村污水信息化系统，对农污站点进行数字化管理，有效提升农污设施运维管理效率和监控调度水平，降低企业生产运营成本，为农村水务行业标准化运维提供坚实保障。

以往关于农村生活污水智慧运营管理系统的研究存在一些不足，主要体现在以下几个方面：

1）在信息化系统建设上投入资金是非常重要的前提条件之一。由于农村生活污水智慧运营管理系统功能模块其对业务需求的分析深度较低，导致该系统与城市污水信息化系统功能区别不大。但是，农村信息化系统投资较低，而城市污水信息化系统所需投资较大，与农村实际经济水平不匹配。

2）農村污水处理设施数量多且分布范围广，单纯依靠传统模式检查监管，不仅效率低下而且往往会因数据掌握不及时而导致出现异常及安全事件。目前，大部分的农村生活污水智慧运营管理系统没有配备基于电脑端和手机移动端的远程控制系统，不能同时实现数据传输和设备下控。

3）农村污水处理设施数量多而且大多建设在农村住宅附近。目前的农污信息化系统在使用中存在没有充分调动农污设施周边的农户及时反馈农污设施使用情况的情况，农户参与投诉的主观能动性不够，一定程度上存在发现设备损坏延迟，容易导致异常情况发生的问题。

为进一步推动农村绿色发展和数字化新农村建设，提升农村生活污水治理水平，避免因农村生活污水处理站点运维成本居高不下而出现“晒太阳”工程的问题，农村生活污水智慧运营管理系统面向农村生活污水处理站点运营管理，旨在解决农村生活污水处理站点低运管、维护成本高等问题。

本论文在以往先者研究的基础上，设计构建了一个业务功能丰富、适用于绝大部分农村的综合化农村生活污水智慧运营管理系统，旨在提升农村污水精细化管理水平，实现少/无人值守的远程监控、智慧管控、智慧运维调度，推动分散式污水处理设施稳定运行，降低人员管理成本，赋能农村生活污水处理站点低成本高效率运营。

1  系统介绍

本论文所提的农村生活污水智慧运营管理系统，立足于安全可行及现有技术的合理运用两个方面，设计适度超前，经济适用与可扩展相结合，充分实施数据集成与业务共享交换，开发各类业务和数据标准化接口，打通农污管理各部门业务间的隔离，实现信息系统与业务管理的有效融合，实现横向、纵向间的业务贯通，全面提高运营企业整体工作效率。系统建设预留相关业务系统接口，为后期实现互联互通、数据共享交换、无缝协同联动奠定基础。结合当今计算机网络信息系统的共性，对照农污监管工作的特性，系统建设遵循“实用性、先进性、业务性、可靠性、易操作性、兼容性、开放性、安全性、共享性、可扩充性”的原则。

系统基于微服务架构，采用BS+MS交互应用设计，开发基于表单引擎、流程引擎、页面配置引擎、规则引擎的快速配置服务，研究项目初始化设置、数据源设置、业务配置、一张图配置，從而囊括设备设施台账信息，适配各类视频、农污站点等监测监控接口协议，建立设备故障、数据异常在线报警体系，集成日常运行维护流程，内置各类农污统计报表样例，实现快速部署构建智慧管控、智慧运维调度，提供运维人员管理、设备运维到工艺管控、少/无人值守、效率提升等全方位的业务线条。

2  系统架构

2.1  总体架构

系统总体架构包括感知层、基础设施层、数据资源管理层、应用支撑平台层、综合业务应用层、用户层和两个体系。系统总体框架如图1所示。

2.1.1  感知层

实现农村污水处理设施站点机泵状态、电度、液位、流量、视频监测等数据的采集和接入。

2.1.2  基础设施层

为系统各部分功能提供硬件及网络支撑，硬件部分包括服务器、网络安全设施等；
网络支撑则依托运营商提供网络基础运行保障环境，包括硬件设备之间、硬软件之间的网络互联。为实现农村污水处理设施远程统一控制、统一视频监控、系统运行及数据存储，提供支撑作用。

2.1.3  数据资源层

构建监测类、管理类、基础类、多媒体类、空间数据类、共享交换类六类数据，实现数据的统一存储管理、汇集、维护更新等。

2.1.4  应用支撑平台层

包括PC端运营管理系统、移动APP应用、公众舆情系统微信小程序。

2.1.5  综合业务应用层

在政府监管、企业运维管理、公众参与三个方面打造农村生活污水处理设施运维管控平台，提供对农村污水处理运维全过程的实时监测、报警管理、视频图像呈现、运维管理、运营分析等服务，达到节约能耗、降低成本、提高效率的目的。

2.1.6  用户层

用户是本信息系统的使用者，主要包括政府用户、企业用户和公众用户。

2.2  控制架构

如图2所示，在少/无人值守农村生活污水处理站点远程控制方面，可划分为现场/就地控制层和远程控制层。工作人员可以通过电脑端或手机端平台监视农村生活污水处理站点所有设备和工艺参数以及实现对数据的采集和存储，并与各PLC站实现对等通信。在无人值守的情况下，可以通过平台远程监控系统进行运行监视和设备控制，实现工艺运行数据实时查看、远程控制、运行参数远程设定与调整，设备设施工艺运行模式选择与监测设备数据传输频次设定与修改。

2.3  网络架构

2.3.1  智能感知网络

分散的农村污水集中处理站均为自控设备，内含RTU模块，可插入SIM卡，优先采用（NB-IoT、4G/5G等）无线网络通信方式，将数据传输至数据存储设备。

2.3.2  信息服务网络

信息服务网络是为农村生活污水智慧运营管理系统提供数据、业务访问服务的支撑网络，鉴于农污项目对安全等级的要求不高，采用带有固定IP地址的公网即可。

2.3.3  数据传输协议

传感器仪表通过Modbus或串口采集至农污站点PLC，然后利用采集网关通过MQTT协议上行传输至物联网平台，再以API接口的方式与业务平台实现数据对接。

网络架构如图3所示。

3  系统功能

如图4所示，农村生活污水智慧运营管理系统包括电脑端运营管理系统、手机端移动应用和公众舆情系统微信小程序三部分，涵盖农污资产管理、综合监督、安全管理、监督考核、决策分析、水质管理、智能预警、统计报表等多项内容，可明显提升农村生活污水设施的监管效率，为今后标准化运维提供坚实保障。

通过农村生活污水智慧运营管理系统建设可基于GIS一张图的形式展现各站点的空间分布，实时掌握水量水质监测数据，动态获取巡检人员的轨迹，及时发现设备的报警位置，并对故障告警做出分析，结合最优路径规划算法、历史运维情况、现场人员情况、站点监控视频等业务数据，通过内置规则引擎派发工单，实现站点的日常运维、调度，为用户呈现整个农污系统的“电子沙盘”，以更加高效便捷、全面系统地反映农污的总体管控态势。

3.1  电脑端运营管理系统

电脑端运营管理系统在个人首页、管网管理（如图5所示）、监测中心、报警管理、设备中心、物资管理、工单中心、安全管理、报表管理等一系列日常业务功能的基础上，通过控制中心对设备设施进行远程可视化控制管理，实现设备下控和对各生产过程控制系统的实时数据采集传输和水务全要素运行工况及视频监控等数据全掌控等。电脑端运营管理系统是实现农污日常运营管理各项业务全过程工作精细化管理的平台，是形成农污资产全周期数字化管理体系和农污运维高效率精细化管理体系，滿足农污运维及监管单位各级人员便捷办公需求的综合管理平台。

3.2  手机端移动应用

手机端移动应用包括首页、运行监测（如图6所示）、工单中心、报警管理、隐患管理、人员管理、消息中心等功能，并支持根据用户角色和权限进行配置。手机端移动应用满足运维监管人员移动式掌握农污运维工作情况并进行事务处理，现场运维人员实时定位、现场设施设备运行情况及故障上报、巡查运维工作移动填报等日常需要。

3.3  公众舆情系统微信小程序

如图7所示，公众舆情系统微信小程序作为农户上报农污设施运行异常等问题与信息填报的便捷窗口，支持村民现场扫二维码上报信息（如上传现场照片、视频等），显示运维单位联系电话，具备快速信息上报、问题处理进度查询等功能。同时，还可在微信小程序中建设首页、项目介绍、安全须知等其他功能界面。其中，首页展示项目片区运维人员的姓名和联系方式，方便公众直接与片区运维人员取得联系，减少公众向政府的投诉次数；
项目介绍和安全须知模块，方便公众了解农污项目的概况，便于公众安全使用相关农污设备。

4  结  论

本论文设计建设集电脑端运营管理系统、手机端移动应用、公众舆情系统微信小程序于一体的农村生活污水智慧运营管理系统，围绕精益运营、降本增效的宗旨，采用当前较为先进的信息技术平台和理念，具有行业前瞻性、技术先进性、业务完整性、框架稳定性，有效实现了农村污水核心业务的信息化管控，实现了农污厂站生产运行数字化、设备管理规范化、站点运营自动化。农村生活污水智慧运营管理系统的应用将产生一定的经济效益，主要表现在以下几个方面：

1）与传统农污运营方式相比，每年预计减少人员投入、物力投入等综合成本约20%，从而助力企业降本增效。

2）系统具备管人员、管资产、管流程、管时间、管数据等各类功能，通过信息化技术手段推动传统农污运营管理流程和模式持续优化改进，以智能数据分析技术打造技术优势，推动多业态运营管理数字化转型，提升产业信息化水平。

3）对系统的使用不但能提高企业生产运营管控能力，提升产业信息化水平，还能推进农村生活污水处理站信息化建设，确保农村污水处理站正常运行，污水排放达标，进一步改善群众生活质量，实现生态、社会、经济三大效益的协调统一。

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作者简介：降瑞娇（1995.03—），女，汉族，山西吕梁人，助理工程师，硕士，研究方向：智慧水务信息化系统需求分析与设计。

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