一、方案背景與意義

隨著城市化進(jìn)程的加速和水環(huán)境治理要求的不斷提高，污水提升泵站作為城市排水系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，其運(yùn)行效率、安全穩(wěn)定性直接關(guān)系到城市水環(huán)境質(zhì)量和居民生活質(zhì)量。傳統(tǒng)污水提升泵站普遍存在 “人工巡檢效率低、設(shè)備故障難預(yù)判、運(yùn)行狀態(tài)不透明、應(yīng)急響應(yīng)滯后” 等問題，已難以滿足現(xiàn)代智慧水利建設(shè)的需求。

智慧污水提升泵站監(jiān)控系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計(jì)算等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建 感知 - 傳輸 - 分析 - 決策 - 控制 全流程智能化體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站設(shè)備運(yùn)行、污水流量、水質(zhì)參數(shù)、安全環(huán)境等多維度的實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能分析和精準(zhǔn)調(diào)控，對(duì)于提升泵站運(yùn)維管理水平、降低運(yùn)行成本、防范水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、助力智慧水利建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、總體建設(shè)目標(biāo)

全面感知：實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站內(nèi)格柵機(jī)、潛水泵、閥門、風(fēng)機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，以及污水流量、水位、pH 值、溶解氧、濁度等水質(zhì)參數(shù)，還有泵站內(nèi)溫濕度、氣體濃度(硫化氫、甲烷等)、視頻圖像等安全環(huán)境信息的全面感知和數(shù)據(jù)采集。

智能監(jiān)控：通過遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)掌握泵站運(yùn)行全貌，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境安全、水質(zhì)水量等信息的 24 小時(shí)不間斷監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并報(bào)警。

預(yù)測(cè)預(yù)警：基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，建立設(shè)備故障預(yù)測(cè)模型、水質(zhì)異常預(yù)警模型，提前預(yù)判設(shè)備潛在故障和水質(zhì)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)從 “被動(dòng)搶修” 到 “主動(dòng)預(yù)防” 的轉(zhuǎn)變。

精準(zhǔn)調(diào)控：根據(jù)實(shí)時(shí)水質(zhì)水量數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及管網(wǎng)負(fù)荷情況，自動(dòng)或遠(yuǎn)程調(diào)控泵站設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，優(yōu)化運(yùn)行策略，提高污水提升效率，降低能耗和運(yùn)維成本。

高效運(yùn)維：構(gòu)建數(shù)字化運(yùn)維管理體系，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維任務(wù)派發(fā)、進(jìn)度跟蹤、數(shù)據(jù)記錄、績效考核等全流程信息化管理，提升運(yùn)維工作效率和規(guī)范化水平。

三、系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用 “云 - 邊 - 端” 三級(jí)架構(gòu)，確保數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、傳輸?shù)姆€(wěn)定性和分析的高效性。

1、終端感知層

作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集源頭，整合多種感知設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站多維度信息的全面感知：

設(shè)備狀態(tài)感知設(shè)備：包括電機(jī)振動(dòng)傳感器、溫度傳感器、電流電壓傳感器、壓力傳感器等，實(shí)時(shí)采集潛水泵、格柵機(jī)、風(fēng)機(jī)、閥門等設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

水質(zhì)水量感知設(shè)備：包括超聲波流量計(jì)、電磁流量計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、pH 傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、氨氮傳感器等，精準(zhǔn)采集污水流量、水位、關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。

安全環(huán)境感知設(shè)備：包括硫化氫傳感器、甲烷傳感器、一氧化碳傳感器、溫濕度傳感器、高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭、紅外報(bào)警探測(cè)器等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵站內(nèi)有毒有害氣體濃度、環(huán)境溫濕度及安全防范情況。

數(shù)據(jù)采集終端：采用邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，具備數(shù)據(jù)采集、協(xié)議解析、邊緣計(jì)算、本地存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程通信等功能，將各類感知設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集和預(yù)處理，降低云端計(jì)算壓力。

2、網(wǎng)絡(luò)傳輸層

負(fù)責(zé)將終端感知層采集的數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定地傳輸至云端平臺(tái)，支持多種通信方式的靈活部署：

有線通信：采用光纖通信方式，適用于距離較近、布線條件較好的場(chǎng)景，具有傳輸速率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，保障大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的高速傳輸。

無線通信：包括 4G/5G、LoRa、NB-IoT 等方式，適用于布線困難、位置分散的泵站。其中，4G/5G 通信支持高速率、廣覆蓋，滿足視頻圖像等大數(shù)據(jù)量傳輸需求;LoRa 和 NB-IoT 通信具有低功耗、廣覆蓋、低成本等特點(diǎn)，適用于各類傳感器數(shù)據(jù)的低速傳輸。

網(wǎng)絡(luò)安全保障：部署防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)劝踩胧婪毒W(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾浴?/p>

3、云端應(yīng)用層

作為系統(tǒng)的核心，承擔(dān)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、處理和應(yīng)用展示等功能，基于云計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建智能化應(yīng)用體系：

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心：采用分布式存儲(chǔ)架構(gòu)，整合關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、水質(zhì)水量數(shù)據(jù)、安全環(huán)境數(shù)據(jù)、運(yùn)維管理數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)和高效管理，保障數(shù)據(jù)的安全性和可擴(kuò)展性。

數(shù)據(jù)處理分析平臺(tái)：基于大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法，對(duì)采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析：

設(shè)備故障診斷：通過建立設(shè)備運(yùn)行參數(shù)特征庫，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)比分析實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與特征數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的精準(zhǔn)診斷和潛在故障的預(yù)測(cè)。

水質(zhì)趨勢(shì)分析：對(duì)水質(zhì)參數(shù)歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘水質(zhì)變化規(guī)律，建立水質(zhì)異常預(yù)警模型，當(dāng)水質(zhì)參數(shù)超出閾值時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警。

運(yùn)行優(yōu)化分析：結(jié)合污水流量、水位變化及管網(wǎng)負(fù)荷情況，運(yùn)用優(yōu)化算法對(duì)泵站設(shè)備運(yùn)行策略進(jìn)行分析和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

可視化監(jiān)控平臺(tái)：支持電腦端、移動(dòng)端等多終端訪問，通過 GIS 地圖、數(shù)據(jù)看板、視頻監(jiān)控窗口等形式，直觀展示泵站分布、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、水質(zhì)水量數(shù)據(jù)、安全環(huán)境信息等，實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行狀態(tài)的全景可視化監(jiān)控。

四、核心功能

1、實(shí)時(shí)監(jiān)控

設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控：實(shí)時(shí)展示潛水泵、格柵機(jī)、風(fēng)機(jī)、閥門等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)(運(yùn)行 / 停止 / 故障)、運(yùn)行參數(shù)(電流、電壓、振動(dòng)、溫度、壓力等)，通過不同顏色標(biāo)識(shí)設(shè)備狀態(tài)，異常情況自動(dòng)高亮顯示。

水質(zhì)水量監(jiān)控：實(shí)時(shí)顯示污水流量、水位、pH 值、溶解氧、濁度、氨氮等參數(shù)數(shù)據(jù)，繪制實(shí)時(shí)變化曲線，支持歷史數(shù)據(jù)回溯查詢。

安全環(huán)境監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)泵站內(nèi)硫化氫、甲烷等有毒有害氣體濃度，當(dāng)濃度超標(biāo)時(shí)自動(dòng)報(bào)警;通過高清攝像頭實(shí)現(xiàn)泵站內(nèi)視頻圖像實(shí)時(shí)預(yù)覽、錄像回放、云臺(tái)控制等功能，支持移動(dòng)偵測(cè)和紅外報(bào)警聯(lián)動(dòng)。

GIS 地圖監(jiān)控：在 GIS 地圖上標(biāo)注所有泵站的地理位置，直觀展示泵站分布情況，點(diǎn)擊地圖上的泵站圖標(biāo)可快速進(jìn)入該泵站的詳細(xì)監(jiān)控頁面，查看各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2、報(bào)警通知

多維度預(yù)警：基于預(yù)設(shè)的閾值和智能分析模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障預(yù)警(如電機(jī)溫度過高、振動(dòng)異常等)、水質(zhì)異常預(yù)警(如 pH 值超標(biāo)、溶解氧過低等)、安全環(huán)境預(yù)警(如有毒氣體濃度超標(biāo)、非法入侵等)。

多種報(bào)警方式：支持聲音報(bào)警、彈窗報(bào)警、短信報(bào)警、APP 推送報(bào)警等多種方式，確保運(yùn)維人員及時(shí)收到報(bào)警信息，報(bào)警信息包含報(bào)警時(shí)間、報(bào)警地點(diǎn)、報(bào)警類型、報(bào)警數(shù)值等詳細(xì)內(nèi)容。

報(bào)警處理跟蹤：對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行記錄、分類、處理，全流程跟蹤，確保報(bào)警問題得到及時(shí)有效解決。

3、遠(yuǎn)程控制

設(shè)備遠(yuǎn)程操控：在獲得相應(yīng)權(quán)限后，運(yùn)維人員可通過手機(jī)、電腦端的監(jiān)控平臺(tái)遠(yuǎn)程控制潛水泵、格柵機(jī)、風(fēng)機(jī)、閥門等設(shè)備的啟停，調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)(如水泵轉(zhuǎn)速、閥門開度等)，實(shí)現(xiàn)泵站的遠(yuǎn)程無人值守運(yùn)行。

自動(dòng)控制策略：支持根據(jù)預(yù)設(shè)條件制定自動(dòng)控制策略，如根據(jù)污水水位自動(dòng)控制潛水泵的啟停數(shù)量和轉(zhuǎn)速，根據(jù)水質(zhì)參數(shù)自動(dòng)控制藥劑投加量等，實(shí)現(xiàn)泵站的自動(dòng)化、智能化運(yùn)行。

控制操作日志：對(duì)所有遠(yuǎn)程控制操作和自動(dòng)控制操作進(jìn)行詳細(xì)記錄，包括操作人、操作時(shí)間、操作內(nèi)容、操作結(jié)果等，便于后續(xù)查詢和追溯。

4、設(shè)備管理

設(shè)備信息管理：建立設(shè)備檔案庫，記錄設(shè)備的基本信息(如設(shè)備名稱、型號(hào)、規(guī)格、安裝位置、安裝時(shí)間等)、技術(shù)參數(shù)、維護(hù)記錄、維修記錄、報(bào)廢記錄等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期管理。

設(shè)備狀態(tài)評(píng)估：基于設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和智能分析模型，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，生成設(shè)備健康度報(bào)告，為設(shè)備維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

維護(hù)計(jì)劃管理：根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、維護(hù)周期和維護(hù)規(guī)程，制定設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，支持維護(hù)計(jì)劃的創(chuàng)建、修改、刪除、查詢和提醒，確保設(shè)備維護(hù)工作有序開展。

5、運(yùn)維管理

運(yùn)維工單管理：支持運(yùn)維工單的創(chuàng)建、派發(fā)、接收、處理、反饋、歸檔等全流程管理，運(yùn)維人員可通過移動(dòng)端 APP 接收工單并實(shí)時(shí)反饋處理進(jìn)度。

運(yùn)維人員管理：記錄運(yùn)維人員的基本信息、技能資質(zhì)、工作履歷、績效考核等信息，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維人員的規(guī)范化管理。

運(yùn)維數(shù)據(jù)分析：對(duì)運(yùn)維工單處理效率、設(shè)備故障率、維護(hù)成本等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成運(yùn)維管理報(bào)表，為運(yùn)維工作的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

6、報(bào)表統(tǒng)計(jì)

多維度報(bào)表生成：支持生成設(shè)備運(yùn)行報(bào)表、水質(zhì)水量報(bào)表、安全環(huán)境報(bào)表、運(yùn)維管理報(bào)表等多種類型的報(bào)表，報(bào)表數(shù)據(jù)可按日、周、月、年等時(shí)間維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

報(bào)表自定義配置：支持用戶根據(jù)實(shí)際需求自定義報(bào)表的內(nèi)容、格式、統(tǒng)計(jì)指標(biāo)等，滿足不同用戶的個(gè)性化報(bào)表需求。

報(bào)表導(dǎo)出與打印：支持報(bào)表以 Excel格式導(dǎo)出，也可直接打印，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)存檔和匯報(bào)。

7、移動(dòng)端 APP

實(shí)時(shí)監(jiān)控：支持在移動(dòng)端實(shí)時(shí)查看泵站運(yùn)行狀態(tài)、水質(zhì)水量數(shù)據(jù)、視頻圖像等信息，實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行的隨時(shí)隨地監(jiān)控。

報(bào)警提醒：及時(shí)接收?qǐng)?bào)警信息推送，查看報(bào)警詳情，可對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行確認(rèn)、處理和反饋。

遠(yuǎn)程控制：在獲得權(quán)限后，可通過移動(dòng)端遠(yuǎn)程控制設(shè)備啟停和運(yùn)行參數(shù)調(diào)整。

運(yùn)維管理：支持移動(dòng)端接收、處理運(yùn)維工單、報(bào)警通知，查看設(shè)備檔案和維護(hù)計(jì)劃，上報(bào)運(yùn)維情況。

五、方案效益分析

1、經(jīng)濟(jì)效益

降低運(yùn)維成本：實(shí)現(xiàn)泵站遠(yuǎn)程無人值守運(yùn)行，減少現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員數(shù)量，降低人工成本;通過設(shè)備故障預(yù)測(cè)和精準(zhǔn)維護(hù)，減少設(shè)備維修費(fèi)用和備件消耗，延長設(shè)備使用壽命。

節(jié)約能耗成本：基于智能分析和優(yōu)化控制策略，合理調(diào)控設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，避免設(shè)備無效運(yùn)行，降低泵站能耗(如水泵能耗、風(fēng)機(jī)能耗等)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

減少經(jīng)濟(jì)損失：及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理泵站故障及水質(zhì)異常問題，避免污水外溢、設(shè)備損壞等情況造成的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境治理成本。

2、社會(huì)效益

提升水環(huán)境質(zhì)量：通過實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)參數(shù)和優(yōu)化污水提升運(yùn)行，確保污水得到及時(shí)、有效處理，減少污水對(duì)周邊水體環(huán)境的污染，改善城市水環(huán)境質(zhì)量。

保障城市排水安全：提高泵站運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和應(yīng)急響應(yīng)能力，有效應(yīng)對(duì)暴雨等極端天氣造成的污水量突增情況，避免城市內(nèi)澇和排水不暢，保障城市正常運(yùn)行和居民生活安全。

助力智慧水利建設(shè)：推動(dòng)污水提升泵站運(yùn)維管理的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，為智慧水利建設(shè)提供可復(fù)制、可推廣的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提升水利行業(yè)信息化、智能化發(fā)展水平。

3、管理效益

提高管理效率：通過可視化監(jiān)控平臺(tái)和信息化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)泵站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握和運(yùn)維工作的高效管理，減少管理環(huán)節(jié)，提高決策效率。

規(guī)范管理流程：建立標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備管理、運(yùn)維管理、預(yù)警處理等流程，實(shí)現(xiàn)管理工作的規(guī)范化、制度化，提升管理水平。

提升決策科學(xué)性：基于大數(shù)據(jù)分析和智能分析結(jié)果，為泵站運(yùn)維管理、規(guī)劃建設(shè)等決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，避免決策的主觀性和盲目性。

智慧污水提升泵站監(jiān)控系統(tǒng),通過整合新一代信息技術(shù)與水利工程技術(shù)，構(gòu)建了 感知全面、傳輸穩(wěn)定、分析智能、控制精準(zhǔn)、管理高效 的智能化監(jiān)控體系，提升污水提升泵站的運(yùn)行效率、安全穩(wěn)定性和運(yùn)維管理水平，降低運(yùn)行成本，防范水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為城市水環(huán)境治理和智慧水利建設(shè)注入強(qiáng)大動(dòng)力。