基于物联网的县域污水管网监测管理系统设计与研究

基于物联网的县域污水管网监测管理系统设计与研究[摘要]针对污水排放点多、面广、分散等特点，通过在污水集中处理区域部署一定量的监测设备，利用互联网、无线网络传输技术，将污水排放情况传输至监测中心，提出一种利用物联网技术对污水排放情况进行实时监测的管理系统设计方案。该系统可以有效实时监测污水排放流量、水质、污泥浓度等情况，对污水治理监测部门具有一定的决策支持作用。[关键词]物联网；污水管网；管理系统；决策支持中图分类号：TN86.4文献标识码：A文章编号：1009-914X（2018）28-0366-010概述本文提出的县域污水管网监测管理系统集成了物联网、通信、数据仓库、3S等先进信息技术。提供了对污水管网基础设施相关信息进行自动采集、在线传输、实时监控、预警预报和辅助决策管理等功能。监测点主要布置在污水收纳点或污水处理厂的进水口和出水口。主要监测参数有流量、水位、污泥浓度、溶解氧浓度、COD、氨氮、总磷、总氮、PH值。1关键技术1.1物联网技术物联网就是利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、集控器、软件系统、工作人员等通过联网的方式联在一起，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。通过对污水管网安装传感器设备，进行信息自动采集，通过网络传输至监控中心，并以此信息为依据，实现相应的远程指令等。1.2数据仓库技术数据仓库是一个数据集合，它具有面向主题、集成、稳定、随时间变化的特征。数据仓库技术涉及数据的提取、存储、加工、处理性能、表达等几大部分，所要解决的问题就是从数据库中获取信息的问题。在本文的研究中，此技术主要用于在线实时监测信息数据的统计分析，用以支持管理者全局的辅助决策、预警预报等。1.3地理信息技术地理信息技术以空间位置为载体，在计算机硬、软件系统支持下，对空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。在本文的研究中，地理信息技术主要是用于污水管道、污水处理厂以及相关监测点的位置，管理者打开系统后，就可以在地图上看到所管辖区域内的管网、污水处理厂、监测设备的分布情况，实时监测数据也可以同时在地图上显示。通过管理信息系统提供的统计分析功能，可以在一张图上进行相关信息的查询和统计分析。2系统总体设计方案县域污水管网监测管理系统总体框架由4部分构成，包括数据采集、数据传输、数据管理及数据应用，通过在现场安装水量、水质传感器，实时采集数据，包括水量、水质参数，如流量、污泥浓度、水位、COD、溶解氧浓度、氨氮、总磷、总氮、PH值等，对流量和水质指标实时监测。通过GPRS网络将在线监测设备输出信号实时上传，集控器自动对采集的数据进行初步处理、存储，并利用互联网将信息数据发送到具有固定IP地址或者域名的服务器端口上，并建立信息数据库。通过后台数据服务器，应用数据仓库技术，利用管理系统对数据进行存储、统计和分析，完成不同监测点单参数、多参数的实时数据、小时数据、日数据报表图表等不同方式的表现和分析，主要有各种统计分析报表、趋势图表和直观的图形，实现对监测数据和统计值的组合查询，为管理者提供准确的统计分析结果，根据相关行业规范对系统参数进行配置和管理。3系统主要功能模块县域污水管网监测管理系统主要包含一张图管理系统、流量监测系统、水质监测系统、水位监测系统、污泥浓度监测系统、视频监控系统、数据统计分析与预警预报系统七个子系统。3.1一张图信息管理系统一张图展示管辖区范围内所有污水收纳点和污水处理厂的位置，能够实时查看污水收纳点和污水处理厂相关监测数据。系统主要功能包括地图定位、视频监控、污水处理工艺流程图查看、群发短信、统计报表等功能，将地图、污水收纳点或污水处理厂设施状况和运行数据进行动态监控与实时呈现，实现管辖区范围内污水收纳点和污水处理厂的一张图管理。3.2流量监测系统流量监测系统将污水处理厂所有的进出水流量监测数据进行统一展示。将各个污水处理厂的流量监测数据统一接入监控中心。系统主要功能包括定位、查询、视频监控、工艺流程图、报表统计、历史数据查看等功能。3.3水质监测系统水质监测系统将污水收纳点和污水处理?S所有的进出口水质监测数据进行统一展示，主要包括COD（mg/L）、氨氮（mg/L）、总磷（mg/L）、总氮（mg/L）、PH值。将各个污水处理厂的水质监测数据统一接入监控中心。系统主要功能包括地图定位、查询、视频监控、工艺流程图、统计报表、查看历史数据等功能。3.4水位监测系统水位监控系统将污水处理厂所有的水位监测数据进行统一展示。将各个污水处理厂的水位监测数据统一接入监控中心，选中污水处理厂时即可查看该污水处理厂的水位监测数据，同时，通过点击查看工艺流程图即可掌握每个污水处理厂水位监控模块。3.5污泥浓度监控系统污泥浓度监控系统将污水处理厂所有的污泥浓度数据进行统一展示。将各个污水处理厂的污泥浓度数据统一接入监控中心，选中污水处理厂时即可查看该污水处理厂的污泥浓度数据，同时，通过点击查看工艺流程图即可掌握每个污水处理厂污泥浓度监控模块。3.6视频监控系统视频监控系统是基于网络化的视频监控技术，依托视频监控中心和视频系统，为监控指挥系统提供各类视频监控站点的视频信息。可以实现监控视频的查询显示、历史的查询回放、视频数据的保存等功能。3.7数据统计分析与预警预报系统系统具备数据统计分析功能，并基于数据统计分析及报表实现预警预报功能。1）数据统计分析功能通过从污水处理厂中控系统中接入的监测数据，系统可根据工作人员需求制作不同形式的图形和报表并可进行打印，如柱状图、折线图、excel表等，为污水处理厂管理人员提交报表、制定发展规划等提供帮助。根据需求，可实现不同污水处理厂之间同一监控参数的横向比对，以及同一污水处理厂不同时期同一监控参数的纵向比对，全面掌握管辖区范围内污水处理厂的运行状况，为各污水处理厂自身规模及设备调整、环保规划等提供有力的数据支撑。2）预警预报功能系统接入污水处理厂的监测数据，24小时实时在线监控，对异常数据进行警报，实现污水处理厂的预警预报及应急处置。污水处理厂监控数据，主要包括流量、水质、水位、污泥浓度、溶解氧浓度等参数。监测数据异常状况下，系统以声音和高光闪点的方式提醒工作人员，并定位到事故点自动弹出提醒框显示相关信息。4结语本文设计的系统实现了县域污水管网的监测管理，利用GPRS、VPN网络专线技术对现场传感器采集的信息数据进行实时转换、传输，并建立信息数据库。融合了先进的物联网技术、数据仓库技术、地理信息技术，建立了县域污水管网监测管理信息系统，通过在德清县域范围内试点应用，证明系统功能完善，性能可靠，符合相关技术标准和控制要求；系统的数据统计分析和预警预报功能，可以为管理部门的科学决策提供有利的技术支持。参考文献[1]冯立波，左国超，杨存基，等.基于物联网的农村污水监测系统设计研究[J].环境工程学报，2015，9（2）：670-676.[2]黄彬.城市污水处理自动监控系统[D].济南：山东大学.2002.作者简介：张照杰，1980年10月生，男，汉族，山东冠县人，山东科技大学硕士学位，高级工程师，主要从事测绘与地理信息的理论及应用研究。