一种农村生活污水物联网管理平台的制作方法

本发明涉及污水处理技术领域，具体是涉及一种农村生活污水物联网管理平台。

背景技术：

农村居民生活活动所产生的污水，主要包括a)农村居民日常生活产生的污水，如厕所卫生间冲厕、洗涤、洗浴和厨房排水；b)农村公用设施、中小学、当地政府机关、旅游、旅馆饭店排水；c)农副产品加工及畜禽养殖户排水，不包括乡镇企业工业废水。

目前，对于农村生活污水的管理仍然处于比较落后的管理模式，这对农村污水处理以及环境的保护都造成了一定得影响，随着物联网的不断发展，改变现代人的生活方式，提高了便捷性。

物联网即通过感知设备，按照约定协议，连接物、人、平台和信息资源，实现对物理和虚拟世界的信息进行处理并做出反应的智能服务平台。因此为了提高改善现有农村生活污水的管理，需要一种用于农村生活污水的物联网管理平台。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种农村生活污水物联网管理平台。

本发明的技术方案是:一种农村生活污水物联网管理平台，主要包括数据中心、监控中心、远程集中监测管理平台、智能移动设备终端；所述远程集中监测管理平台包括现场监测单元、区域站点单元、故障告警单元、故障统计单元、数据传输单元、远程控制单元、工艺仿真单元；

其中，所述数据中心用于部署和存储数据和图像资料，包括实时数据和历史数据，并提供计算运算能力；所述监控中心用于呈现监控站点的现场视频及数据，并为联网系统对农村生活污水的处理提供监控信息；所述远程集中监测管理平台用于将各个农村生活污水处理设施基础信息、运行维护管理人员及产生的信息、现场检测单元采集的数据与图像资料收集上来进行统一管理；

所述现场监测单元用于部署在农村生活污水处理设施现场的检测与传输设备；所述区域站点单元用于通过gis进行标注点位并使用不同颜色表示每个处理工艺的状态止；所述故障告警单元用于在设备运行中发生故障时，通过通信网络将故障信息上传到上位机监控平台，上位机进行推送消息告警；所述故障统计单元用于对设备在运行发生的故障进行多维度的故障分析、故障推断，按照时间、区域、设备零部件的故障统计分析，创建故障检测模型，诊断故障的发生原因，方便用户恢复设备运转；所述数据传输单元用于将各个传感器的数据通过基板收集并集中发送到上位机；所述远程控制单元用于通过监控平台对各个污水处理装置实现远程的启动与停止、故障的监测，远程设定设备的运行模式，自动与手动模式的切换；所述工艺仿真单元用于采集的实时数据以动画形式展现，虚拟仿真每个处理现场污水处理工艺。

进一步地，所述现场监测单元包括物联网网关、水流量计、视频或图像传感器、在线水质检测仪、动力设备状态检测传感器、安防传感器等；现场监测单元包括视频监控单元、水质分析单元、能源报表单元；

所述视频监控单元用于通过前端摄像机采集图像影像数据，视频数据通过特定网络传回控制中心，可对图像进行实时观看、录入、回放、调出及储存等操作，并对图像进行自动识别、存储和设定视频移动自动告警的区域范围，从而实现移动互联的视频监控；

所述水质分析单元用于分析处理过的污水并保留所有时间点的水质采样数据，处理过的污水要经过水质检测合格后才可以排放，检测水质指标包括但不限于cod(mg/l)、sod(mg/l)、ss(mg/l)、nh³n(mg/l)、tn(mg/l)、tp(mg/l)；

所述能源报表单元主要从设备损耗、电费、水费、运维进行总体统计，可与最终产出的价值进行对比，改进工艺流程，降低能源消耗。

进一步地，所述数据中心主要由服务器和存储设备组成，也可以利用已有的数据中心资源。

进一步地，所述数据传输单元中传感器与采集基板用串口通信方式传输数据；下位机与上位机传输数据采用gprs模块通信，传感器与采集基板的通信协议采用modbus协议。

进一步地，所述监控中心主要由多块大屏幕组成，用于显示图像、声音、报警信号和业务数据。

进一步地，所述智能移动设备终端具体分为管理人员客户端和运行维护人员客户端；

管理人员客户端用于随时随地远程监控各个网点的详细信息，在管理人员登陆到手机终端时，系统可以根据事先设置的规则，将系统自动监测到的相关设备运行故障告警、安防告警、数据异常告警等问题以工单的形式推送给该站点的管理员的手机上，同时管理员可以在手机上手动生产工单，填写工单信息后推送给该站点的运维人员；

运行维护人员客户端用于运维处理人员通过手机终端可以查询和接受、转发需要处理的工单，系统会自动记录工单的流转情况。

进一步地，所述区域站点单元可在标注点位上查看工艺仿真、工艺告警列表，进行设备的控制，自动/手动模式的切换。

本发明的有益效果是:

(1)本发明农村生活污水物联网管理平台有效的基于物联网对农村生活污水进行智能管理和运行，对物理和虚拟世界的信息进行处理，通过远程操控等方式来智能便捷的进行设备的管理和运行。

(2)本发明通过区域站点单元进行标注点位并通过标注点位进行工艺仿真等操作，有效的提高了对农村生活污水处理的管理效率；

(3)本发明通过能源报表单元进行能耗总体统计，可以为农村生活污水处理的工艺流程改进和降低能耗提供帮助；

(4)本发明通过故障告警单元及故障统计单元进行及时的消息告警并且故障分析、故障推断，通过创建故障检测模型，来诊断故障的发生原因，方便用户恢复设备运转。

附图说明

图1是本发明物联网管理平台的结构图。

图2是本发明现场监测单元连接框图。

具体实施方式

如图1所示，一种农村生活污水物联网管理平台，主要包括数据中心、监控中心、远程集中监测管理平台、智能移动设备终端；远程集中监测管理平台包括现场监测单元、区域站点单元、故障告警单元、故障统计单元、数据传输单元、远程控制单元、工艺仿真单元；

其中，数据中心用于部署和存储数据和图像资料，包括实时数据和历史数据，并提供计算运算能力，主要由服务器和存储设备组成，也可以利用已有的数据中心资源；监控中心类似于指挥中心，用于呈现监控站点的现场视频及数据，并为联网系统对农村生活污水的处理提供监控信息，包含图像、声音、报警信号和业务数据等；远程集中监测管理平台用于将各个农村生活污水处理设施基础信息、运行维护管理人员及产生的信息、现场检测单元采集的数据与图像资料收集上来进行统一管理；

现场监测单元用于部署在农村生活污水处理设施现场的检测与传输设备；区域站点单元用于通过gis进行标注点位并使用不同颜色表示每个处理工艺的状态止，可在标注点位上查看工艺仿真、工艺告警列表，进行设备的控制，自动/手动模式的切换；故障告警单元用于在设备运行中发生故障时，通过通信网络将故障信息上传到上位机监控平台，上位机进行推送消息告警；故障统计单元用于对设备在运行发生的故障进行多维度的故障分析、故障推断，按照时间、区域、设备零部件的故障统计分析，创建故障检测模型，诊断故障的发生原因，方便用户恢复设备运转；数据传输单元用于将各个传感器的数据通过基板收集并集中发送到上位机，传感器与采集基板用串口通信方式传输数据；下位机与上位机传输数据采用gprs模块通信，传感器与采集基板的通信协议采用modbus协议；远程控制单元用于通过监控平台对各个污水处理装置实现远程的启动与停止、故障的监测，远程设定设备的运行模式，自动与手动模式的切换；工艺仿真单元用于采集的实时数据以动画形式展现，虚拟仿真每个处理现场污水处理工艺。

如图2所示，现场监测单元包括物联网网关、水流量计、视频或图像传感器、在线水质检测仪、动力设备状态检测传感器、安防传感器等；如图1所示，现场监测单元包括视频监控单元、水质分析单元、能源报表单元；视频监控单元用于通过前端摄像机采集图像影像数据，视频数据通过特定网络传回控制中心，可对图像进行实时观看、录入、回放、调出及储存等操作，并对图像进行自动识别、存储和设定视频移动自动告警的区域范围，从而实现移动互联的视频监控；水质分析单元用于分析处理过的污水并保留所有时间点的水质采样数据，处理过的污水要经过水质检测合格后才可以排放，检测水质指标包括但不限于cod(mg/l)、sod(mg/l)、ss(mg/l)、nh³n(mg/l)、tn(mg/l)、tp(mg/l)；能源报表单元主要从设备损耗、电费、水费、运维进行总体统计，可与最终产出的价值进行对比，改进工艺流程，降低能源消耗。

如图1所示，智能移动设备终端具体分为管理人员客户端和运行维护人员客户端；管理人员客户端用于随时随地远程监控各个网点的详细信息，在管理人员登陆到手机终端时，系统可以根据事先设置的规则，将系统自动监测到的相关设备运行故障告警、安防告警、数据异常告警等问题以工单的形式推送给该站点的管理员的手机上，同时管理员可以在手机上手动生产工单，填写工单信息后推送给该站点的运维人员；运行维护人员客户端用于运维处理人员通过手机终端可以查询和接受、转发需要处理的工单，系统会自动记录工单的流转情况。

一、现场监测单元的设计要求

(1)综合考虑建设运行费用和重要性(根据污水处理能力进行划分，即接入户数)，将农村生活污水处理设施的监测站点分为3类，参考表1：

表1农村生活污水处理设施站点分类

(2)根据不同站点实际需要配置不同模块的检测单元，检测指标及设备部署情况参考表2：

表2不同站点监测指标及设备部署

注：“√”表示需要部署，“×”表示不必要部署。

(3)针对不同的站点，采用不同的监测设备，部署设备应达到相应的功能要求，见表3:

表3站点现场部署设备的功能要求

二、数据中心的运行要求

(1)基础信息数据的内容要求

1)基础信息数据库，包括：所有站点设施信息、管理人员信息、站点监测数据信息、站点运行状态等资料。可在平台或客户端中对应不同的行政区域图中进行查询。

2)设备的运行数据，如水位、水压、瞬时电流、电压、电量等数据；采集污水的处理过程的数据，如排水量、水质检测值等数据；将采集的数据通过gprs通信装置上传到管理平台。(实时数据和历史数据)。

3)现场检测单元的各类数据。按照hj/t91要求，定期进行进出水水质监测。

(2)站点详细信息的内容要求

1)在行政区域图中标识所有污水处理站点，可在平台或客户端中点击站点，进一步查看站点详细信息。包括：站点具体位置，“×市×县×乡镇×村”；gps坐标，“北纬n00°00′00.00″东经e000°00′00.00″”。

2)处理工艺、规模、类型。包括工艺介绍、工艺流程图、处理规模数据、工程类型、工程数据及文件。

3)站点现状照片，水质水量、设备运行参数、指标检测数据等详细信息。

4)站点管理人员姓名及联系方式，运维人员姓名及联系方式，紧急联系人及联系方式。

5)管网数据库，包括管线的矢量图(点的坐标和点号)，管线图的属性文件(管线的材质、管径等信息)。

(3)数据加工处理的运行要求

1)监测数据历史记录的维护并可以结合历史数据生成水体污染指数曲线图。

2)监测数据异常分析、实时地通过短信或客户端向指定对象发布故障告警信息。

3)生成各种数据表单、数据汇总报表、统计报表，上传至数据中心并存储备份。

4)默认、自定义监测采集方案维护并进行现场自动采样器操作。

5)现场样本试验数据录人、与自动监测数据对比、偏离报告并进行数据备份。

6)实时显示水体污染编号，实时监测原始数据的查询、偏离修正、监测数据有效性审核、预报数据录人。

7)显示、统计各站点的现场维护记录及现场设施系统权限的分配。

8)统计web用户注册认证、权限设置、访问统计情况等。

9)在数据中心可以提供数据共享服务，将终端污水处理站点数据提供到指定农村污水处理远程集中监测管理平台，为整个农村污水监测管理平台服务。

三、监控中心管理要求

(1)监控中心的一般要求：监控中心显示界面应准确、全面、清晰、实时地反映各个站点的工艺运行和设备运转情况，显示越限报警(或紧急状态)、预警、异常情况等不同状态。

(2)视频监控的运行要求

1)实时链接现场视频监控和污水处理设施内的视频系统，为远程集中监测管理平台提供实时视频信息。

2)通过视频监控工作站可实现监控视频的轮询显示、操作以及历史的查询回放等功能。

3)监控中心可以通过控制远程遥控监控现场摄像头的变焦等操作。

(3)管网监控管理系统要求

1)管网监控管理系统需包含对排水管网及附属设施进行信息查询、更新和显示等多种功能，可获取实时准确的各类排水设施的分布信息和使用状态信息，可实现数字化管理。

2)对管网及设施的渗漏、堵塞等异常情况进行实时有效监管。

(4)异常情况的管理要求：在自动化监控中心的屏幕上，将显示各指标数据，一旦有指标数据超出标准，相应的字体颜色发生变化，提示异常、故障告警。工作人员根据提示，派发工单给运维人员，运维人员根据工单信息将立即前往现场进行查看、维修。

四、远程集中监测管理平台

(1)运行记录与数据统计

1)监测管理平台应具备所瞎管的站点数据接入和站点基础信息档案查询、分析功能，所有站点设施、管理人员、基础信息、站点监测数据、站点运行状态等资料。根据不同的权限均可在平台软件对应不同的行政区域图中进行查询，并可进一步点击查看站点详细信息。

2)应统一管理数据中心的数据内容。包括农村生活污水处理设施的基础信息，运行维护管理人员详细巡检维护信息，设施运行状态等。各个农村站点通过相应设备采集到的数据，存入数据中心，再由服务器来读取，供各个系统调取管理分析使用。

3)应实时自动监测农村生活污水处理设施的水流量，统计重点的农村生活污水治理设施每天排污情况，同时形成农村污水情况报表。

4)应根据实时监测的数据，计算节能减排量，形成能源报表。并对管网运行情况进行分析和预警。

5)应通过对资产设备的自动判别，及时提示设施设备需要维护保养和检查，并对维护保养进行记录和管理，根据该记录分析对应设施的维护工作情况，并生成报表。

6)平台应提供简要的统计报表，帮助系统管理员随时掌握数据情况。

7)平台应设置支持多种接口，为外部应用系统提供数据支持。

8)智能手机终端应根据权限具有和监测管理平台同步的相应数据和信息。

(2)在线监测与分析预警

1)设备运行状态应实时监测与预警。能够实时自动获取监测设备的运行数据，通过统计分析这些数据，得出农村生活污水处理设施的运行状态，并进行必要的预警。

2)水流量应实时监测与预警。实时自动监测农村生活污水处理设施的水流量，当用水高峰水量过大时自动调节将水暂时存储在调节池里。

3)应对管网运行情况进行分析和预警。对管网及设施的渗漏、堵塞等异常情况进行有效监管与预警。

4)设施安防与报警管理。对于部分网点部署视频监控设备，能够实时查看现场视频；大部分站点部署远程拍照的高清图像传感器，定时拍摄全景图像或者远程抓拍；可帮助管理者远程实时查看农村生活污水治理设施整体情况。

5)配电箱等关键设备应安装必要的传感器，监测其异常情况，并与视频监控或者图像抓拍相联动，能够及时报警且有效防止人为对水质监测设备的破坏。

6)智能手机终端应具有和监测管理平台同步的预警信息。

(3)运行控制与状态显示

1)管理平台应准确、全面、清晰、实时地反映各个站点的工艺运行和设备运转情况，显示越限报警(或紧急状态)、预警、异常情况等不同状态。

2)计算机、可编过程控制器(plc)、可移动设备的数据显示应与现场站点一致，不得有超出工艺控制要求的延时。

3)控制设备开启时，继电器动作应与设定一致，不得有超出工艺控制要求的延时。执行机构应正确执行控制室发出的指令，且无超出工艺控制要求的延时。

4)上位机显示应规范，红色灯光代表越限报警(或紧急状态)；黄色灯光代表预警；绿色灯光表示设备或过程变量正常。

5)连片集中型农村污水处理厂水质水量、关键设备的运行监控的数据记录和显示参照hj2038执行。

(4)故障告警与故障统计

1)实时监控水位监测污水处理池工作状态，并在水位超出污水处理池的容纳范围时发出故障告警。

2)实时监测设备运行的电流电压情况，出现异常时及时发出报警。

3)当进入设备的污水的水质水量达到该设备的设计参数时，允许污水进入该设备。

4)实时监测污水处理池进口和出口的水质情况，保证污水处理池处理之后的水达到国家及地方污水排放的标准后进行排放。

5)应对设备在运行发生的故障进行多维度的故障分析、故障推断。按照时间、区域、设备零部件的故障统计分析。创建故障检测模型，诊断故障的发生原因，方便用户恢复设备运转。

五、管理与维护

(1)日常维护要求

1)运行管理人员上岗前应进行相关的法律法规和专业技术、安全防护、紧急处理等理论知识和操作技能培训，熟悉处理工艺和设施和设备的运行要求与技术指标。工程设计单位应提供相应的运行管理、维护保养制度和安全操作规程。

2)所有运行管理人员应具备合格的运行管理技能，且运行人员数量应满足运行管理需要。根据区域及站点数目，设置运维小组(一个运维小组至多管理100个站点)。运维小组的成员设置应有监控及数据分析人员，水质检测人员，设备运行维护人员。

3)每个运行维护管理人员派发有唯一的标签编号的集成主动式rfid电子标签的工作牌。在管理系统中记录每张rfid标签卡所对应的运行维护管理人员信息，并将标签卡信息与特定农村生活污水处理设施关联起来，表示特定的农村生活污水处理设施由指定的运行维护管理人员来巡检维护。

4)运行维护管理人员应携带rfid标签进行自动考勤，监测管理平台应对站点维护人员考勤维护情况自动进行记录、统计与分析。

5)考勤记录应包括维护人员到达时间、在现场停留时间、离开时间、每月巡检次数等信息。

6)应在管理系统预先设置规则，将系统自动监测到的相关设备运行故障告警、安防告警、数据异常告警等问题以工单的形式推送给该站点的管理员。管理人员应及时查询工单流转状态和工单处理结果。

7)运维处理人员应及时查询和接受、转发需要处理的工单，工单根据流程经过相关责任人，系统会自动记录工单的流转情况。运维人员应对工单进行及时处理，同时反馈处理情况。

8)设备应按要求进行定期维护检修，发现以下情况，应采取相应的措施并及时上报。

a)污水处理池无进水或无出水；

b)进、出水主要污染物浓度不合格；

c)池体存在堵塞现象；

d)人工湿地植物稀疏、枯死、冻死；

e)有污水应纳管而未纳管；

f)管网破损、堵塞、裸露等。

(2)信息管理要求

1)建立农村生活污水处理设施管理台账。应按照运行管理规定记录实时运行情况，对各个农村生活污水处理设施的基础信息进行维护，比如农村生活污水处理设施的地理位置、所用到的设备、相关运行维护人员等。

2)定期进行水质采样化验，并将数据录入到系统中。通过对数据的监测与分析，可以对站点运行效能进行有效评价和预警。

3)应建立并保持污水处理系统管理体系文件的控制程序。保证数据的收集、审核和汇总，主要完成数据入库、更新、备份、管理、查询、统计、分析等功能。

4)对移动设备和远程计算机应进行定期的维护和更新，保证良好的操作性。

(3)管理性能评估

1)农村污水处理物联网的管理性能评估目的在于掌握农村生活污水处理物联网监控和管理的效果。

2)建立“性能评估”制度，并分阶段对农村污水处理物联网管理设施进行性能评估；

a)新建污水处理物联网设施，建成投产后应根据运行情况，评估处理设施所具有的实际性能，验证对工程设计及管理要求的符合程度；

b)已建污水处理物联网设施应通过设施性能评估发现或排除设施存在的现实问题和潜在问题；对存在的问题加以整改，避免运行事故发生；或及早规划并实施相应设施及参数的调整。

3)性能评估要求

a)农村污水处理物联网设施的运行或监管单位应对设施运行情况和运行效果进行季度评估；

b)季度评估的目标应包括主要管理效果、运行中存在的问题及整改方案。

4)应结合实际健全管理体系，编制《××农村生活污水处理物联网管理手册》，建立岗位责任、操作规程、运行巡检、安全保障、设备维护、人员考核培训、信息记录和档案管理等规章制度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。