关键词：临泉县 农村 饮用水安全工程 信息化建设
1 背景
1.1 研究背景及意义
随着社会、经济、科技的不断发展，人民的生活水平也在不断的提升，日常生活中的水资源变得越来越重要，加上农村由于工业和化肥使用不合理导致了环境污染从而影响了水资源，而水是人类赖以生存的重要资源，只有安全的饮用水才是生存和发展的源泉。
2016年1月，国家发展改革委等六部委办公厅联合发布《关于做好“十三五”期间农村饮水安全工程巩固提升及规划编制工作的通知》（发改农经[2016]112号），文中工作重点首项指出：“加强信息化建设，提高工程监控和管理水平，保障工程高效、安全、良性运行。”
1.2 我国农村饮用水安全背景
《农村饮水安全巩固提升工程“十三五”规划》也明确了“推进农村供水生产运行和管理信息化，提升农村供水行业现代化。围绕工程长效运行，确定创新管理体制与运行机制、水源保护、信息化建设等任务。”
通过建设农村饮水安全工程信息系统，加强水质检测监测与评价，建立完善农村饮水安全数据库及信息共享机制，确保供水安全。
1.3 研究意义
为贯彻落实国务院批复及有关文件精神，切实加强临泉县农村饮水安全工程监控和管理能力建设，提高农村饮水安全工程的精细化管理水平、丰富监督手段、保障工程长期可靠运行、推动农村饮水安全现代化，建立临泉县农村饮水安全工程信息中心，确保农村供水安全。根据临泉县自身特点，提出临泉县农村饮水安全工程信息化系统建设构想。
2 研究区域概况
2.1 项目介绍
临泉县地处淮北平原，位于安徽省的西北部，东经114°52′～115°31′，北纬32°34′～33°10′。南与河南省淮滨、新蔡县毗邻，北与界首市及河南省沈丘县相连，西与河南平舆、项城市交界，东与阜阳市区及阜南县接壤。临泉县位于淮北冲积平原西南部，海拔31～40m（1985国家高程基准，下同），由西北向东南微倾，自然比降约为1/8000～1/10000，南北长68km，东西宽62km，国土面积1838.8km2。临泉县河流密布，交通便利。南临洪河，北依泉河，中有谷河、润河、涎河、流鞍河穿境东流，又有临艾河、界南河等人工河道横贯南北。S102、S204公路是沟通东西交通的主动脉，临艾、S328公路为连接南北往来的要道。
临泉县地处暖温带与北亚热带的过渡区，属于暖温带半湿润季风气候。其特征是四季明显，气候温和，雨量适中，光照充足，无霜期较长，光、热、降水等资源丰富。多年平均气温15.3℃。夏季7月日平均气温27.7℃，冬季1月日平均气温0.9℃，年温差26.8℃。历年日平均最高气温40.6℃。历年日平均最低气温零下9.8℃，极端最低气温零下17.0℃。年平均气温为15.3℃，平均日照6.3小时。无霜期为212天之间，正常情况下6-9月为汛期，7-8月为主汛期。
2.2 临泉县农村饮水工程概况
2.2.1 农村饮水工程现状
截止到2017年底，临泉县共建设农村水厂128处，临泉县农村饮水工程主要分为三个阶段，分别是2005年之前、“十一五”期间、“十二五”期间和2016～2017年间，各阶段建设情况分述如下：
（1）2005年之前（含2005年）
临泉县2005年（含2005年）之前建设有15处水厂，除关庙水厂外，其他该14处水厂全部为世行贷款项目，由于地方配套资金未落实，其中11处水厂管网工程未配套，实际仅有老集水厂和韦寨水厂配套了管网并正常供水，其余11处世行贷款项目水厂在“十二五”期间，由农村饮水安全工程对其均配套了管网。该15处供水工程受益人口仅2.03万人。
（2）“十一五”期间
临泉县“十一五”期间新建水厂32处，管网延伸3处，并网1处水厂。“十一五”期间农村供水工程规划受益人口20.15万人，涉及38个行政村。均为农村饮水安全工程建设。
（3）“十二五”期间
临泉县“十二五”期间共新建64水厂处，改扩建和管网延伸21处，并网15处水厂。“十二五”期间农村供水工程规划受益人口97.8万人，涉及174个行政村。
（4）2016～2017年
2016～2017年期间，共新建17处农村水厂，改扩建20处，管网延伸9处，共规划新增受益人口84.69万人，涉及162个行政村。
截止至2017年底，临泉县累计建成供水工程128处，通过并网整合，剩余供水工程99处。由于部分水厂同时存在新建、改扩建、管网延伸或并网性质，导致水厂建设次数大于已建成供水工程总数。
2.2.2 临泉县农饮工程管理现状
临泉县现有农村供水工程产权方面大多为政府所有，少数供水工程为世行贷款项目建设，管理单位、人员自行投资配套管网，产权为政府与管理单位合有。
由于水厂数量较多、规模较大、分布较广，工程管理任务繁重，当前水行政主管部门及管理站要全面掌握各水厂运行状况非常困难。遇到供水故障时应对能力较差，反应不及时，影响供水安全运行。
2.3 项目建设的必要性
2.3.1 保障农饮工程安全运行的需要
从现有情况看，临泉县集中供水管理分散，而且各集中供水厂设备新旧程度不一，个别水厂设备已经到达更新换代的年限。因区域性发展速度不一致，部分集中供水厂供水量达到设计规模上限，甚至个别水厂出现必须扩建才能满足日益增长的用水需求；同时有部分水厂实际供水量远低于设计规模，设备处于低负荷运转状态。因此急需加强各水厂监管，确保供水安全；实施水厂供水联调，实现资源共享，以减少重复性追加投资。
2.3.2 提高供水应急能力的需要
目前虽然业主单位与各供水厂建立了相应的应急机制，但是临泉县尚未建立管理中心，缺乏联合调度平台，在应急资源方面难以实现有效共享，缺乏信息快速采集和传输手段，缺乏事件分析和信息发布平台，导致各供水厂在应对供水故障，特别是重大突发事件时，响应和处理能力不足。
2.3.3 农饮工程巩固提升的需要
随着用水规模扩大，管护任务加重，要实现区域水资源的联合调度及水量调配，要促进水利设施的可持续运行，确保群众合理用水、安全饮水，仍需提升管理手段，其必要性具体表现为：
（1）发挥政府投资效益的需要
临泉县委、县政府高度重视农民饮水安全工作。政府在这些方面加大了投资，建成了大量的饮水安全工程。必须加强对工程的建后监管，才能确保政府投资建成的民心工程建的成、用的好，真正发挥政府投资的预期效益。
（2）业务管理的需要
信息系统建成后，将使数据采集手段由手工变为自动、数据传输网络化、行业管理电子化，大大降低了管理成本，节约了时间，提高了综合管理水平。同时水源等基础资料整理入库后，将彻底摸清村镇供水现状及动态发展状况，为制定未来发展规划、项目年度计划提供准确、全面的支撑。
（3）推动村镇供水规范化、流程化管理，实现村镇供水辅助决策的需要
实现全县统一的集中供水厂监控管理系统，规范水厂日常管理、收费管理和人员管理，实现水厂管理规范化。
2.4 工程任务及规模
临泉县农村饮水安全工程信息中心采取与县防汛抗旱指挥调度、河长制等其他信息工程分步结合建设的方法，建成一个以信息系统技术为基础，以有线和无线通讯系统为纽带，计算机网络系统为关键、决策支持系统为核心的现代化水利信息系统工程。
通过本项目的实施，主要实现目标包括：
（1）建设完善各水厂工艺设备运行实时监控；
（2）建设完善各水厂水质、流量、压力监测及预警系统；
（3）各水厂管网爆管监测及预警系统；
（4）水源水质监测系统及预警系统；
（5）供水工程视频监视及视频会商系统；
（6）供水工程移动APP管理系统；
（7）工程管理系统；
（8）办公管理系统；
（9）供水分析决策支持与指挥调度系统。
其主要建设任务包括信息采集系统、数据资源管理平台、地理信息管理平台、软件应用系统等。建立适应临泉的农饮自动检测和监测系统。提升临泉农村饮水安全工程智慧管理水平，实现对水质、供水进行自动、连续实时智能监测和控制；保证供水质量，实现在水质自动预警，为智慧供水调度提供科学依据；方便运营维护智能化管理，提供智能实时安保，实现数据多形态可视，保障智能化监管到位，实现协同高效指挥调度。
3 临泉县农村饮用水安全管理需求分析
3.1 主要功能需求
业务应用系统主要包括水厂工艺设备运行实时监控，水厂水质、流量、压力监测及预警系统，水厂管网爆管监测及预警系统，水源水质监测系统及预警系统，供水工程视频监视及会商系统，供水工程移动APP管理系统，工程管理系统，办公管理系统，供水分析决策支持与指挥调度系统等。
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图3.2-1 临泉县农饮工程决策与调度系统逻辑和数据流程图
3.2 性能需求
农饮信息化系统具有实时性强、数据量大、业务处理复杂、生产维护繁琐等特点，客观上要求系统在运行效率、业务分析处理精度以及系统可靠性和安全性等方面应具有大型信息化系统的常规性能要求。
（1） 系统稳定性
要求系统软硬件整体及其功能模块具有稳定性。
中心设备的系统稳定性可靠性指标：在各种情况下不会出现死机现象，更不会出现系统崩溃现象；能够24小时不间断运行。
监测站设备的稳定性可靠性指标：平均无故障工作时间：≥25000h。
用平均无故障工作时间（MTBF）来衡量自动测量连续工作设备的可靠性，单台设备的MTBF应大于25000h。
在线记录仪器的数字记录差错率应小于万分之一，在线记录仪器的MTBF应大于50000h。
（2） 系统可靠性
要求系统数据维护、查询、分析、计算的正确性和准确性。
（3） 容错和自适应性能
对使用人员操作过程中出现的局部错误或可能导致信息丢失的操作能推理纠正或给予正确的操作提示。对于关联信息采用自动套接方式按使用频度为用户预置缺省值。通讯误码率满足《水文自动测报系统技术规范》（SL61-2003）要求。
（4） 易于维护性
要求系统的数据、业务以及涉及电子地图的维护方便、快捷。
（5） 安全性
要求保障系统数据安全、不易被侵入、干扰、窃取信息或破坏。
（6） 可扩展性
要求系统从规模上、功能上易于扩展和升级，应制定可行的解决方案，预留相应的接口。
（7） 数据精确度
系统涉及不同类型的数据，数据从采集、检验、录入、上报到入库，经过多种工序，要保证数据精度需要。在数据处理过程中，系统对地形数据、模型运算等的精度有一定要求，如地形数据在采集过程中的精度，模型输入、输出数据精度等。
（8） 时间特性
系统在响应时间、更新处理时间、数据转换与传输时间及运行效率都有一定的要求，在系统设计、模型算法等方面要有所考虑，采用高效合理的方法和算法，以提高系统运行效率。
（9） 适应性
系统在操作方式、运行环境、与其他软件的接口以及开发计划等发生变化时，应具有的适应能力。
3.3 安全需求
（1）环境安全
系统需要有完善的环境安全防护措施。环境安全包括电源供给、传输介质、通信手段、电磁干扰屏蔽、避雷方式、机房环境等安全保护措施。
（2）网络安全
网络是供水数据传输的通道，要确保数据传输的安全，网络设备和传输通道必须有安全保障措施，要保证网络业务的安全、网络管理系统的安全等。
（3）数据安全
数据安全包括数据传输、存储、访问、处理等措施，系统资源的访问控制与认证包括内网、外网的隔离，数据的交换控制，资源的访问控制等防护措施，系统应具有数据冗余备份措施。
（4）系统运行安全
系统的应用软件是系统效益发挥的关键。因此，系统必须要有安全防护措施，不易被侵入、干扰、窃取、破坏，确保系统安全、可靠运行。
（5）安全管理制度
安全管理制度包括设备管理、人员管理、机房管理等安全管理制度。
4 临泉县农村饮用水安全管里信息系统的设计
4.1 设计思路
系统总体设计指导思想是：以农饮工程管理为基础，从服务于安全供水这一基本点出发，本着技术先进、经济合理、安全适用、安装维护方便等原则，结合“十三五”期间临泉县农饮工程巩固提升需求，提高农饮工程的调度管理水平，降低运维费用，充分发挥工程经济效益和社会效益。
4.1.1 充分整合已有资源
充分考虑现有的供水工程采集监控、自控、和计算机等软硬件设施，按资源共享的原则建设和应用，保证现有各种工艺监测和自控资源的充分整合、共享利用，发挥其最大效能。
4.1.2 统一应用支撑平台
应用支撑平台技术迅速发展，并已被大量的实际工程应用证明其有效性，应对业务应用灵活变化的适应性，面对新应用具有的扩展性，信息和应用资源方面高度共享，显示出了应用支撑平台强大的生命力，为上层业务系统提供各类公共应用服务和集成服务，具备包括统一用户管理及身份认证、信息交换、统一地图管理、资源管理服务、以及业务接口服务等。
4.1.3 统一标准、扩展开放建设思路
标准体系是规范、统一本系统建设管理和运行管理的重要基础，也是系统信息和软、硬件资源共享、系统有效开发和顺利集成、系统安全运行和平稳更新完善的重要保证，本系统建设主要采用国标、水利行业标准。
4.2 系统总体框架
通过用户需求分析，根据系统总体框架设计指导思想，借鉴目前国际国内同类系统开发经验，系统开发建设应采用先进的、科学的信息技术，尽可能地避免未来的重复建设，为系统开发建设和运行维护打下坚实的基础。依据自动化控制系统与水厂信息化管理系统的建设模式，本系统逻辑构成如图4.2-1 所示。
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图4.2-1 临泉县农饮工程信息系统总体框架图
4.3 系统划分
（1） 信息采集层
本系统纳入的信息来源包括自动采集数据、人工采集数据、外部接入数据、离线交换数据等。自动采集数据包括本次新建完善的各供水流量、水质、压力等监测站点的实时传输数据；外部交换数据包括从水质检验系统、视频监控系统、水资源及卫生系统等外部系统交换汇集的数据。
（2） 网络基础层
包括计算数据中心建设和数据汇聚基础平台建设。计算数据中心可为临泉水务局提供弹性可信的计算、存储、网络等服务基础运行环境。使用主流规格产品设计，包括硬件、软件和应用规格化来提供简单可靠、易于部署和管理、便于扩展和升级的IT 基础架构，为用户提供更好的投资保护，满足相关部门数据平台的新建、升级扩容，以及业务云的统一管理需求。
（3） 数据资源层
包括数据库建设、数据汇集交换平台建设等内容。
设计实时数据接口规范标准，保证各类信息编码、标识、展现的统一，实现新建数据统一采集、集中管理和共享利用，已有数据按数据接口规范汇聚上报至大数据库中。通过数据汇聚平台，将实时和基础数据信息汇聚到数据中心管理，通过数据交换接口实现与数据的共享与交换。
（4） 应用支撑层
提供统一的技术架构和运行环境，为业务应用系统建设提供通用应用服务和集成服务，为资源整合和信息共享提供运行平台。主要包括应用支撑软件建设和通用支撑软件采购。
（5） 业务应用层
建设信息服务、水质管理、OA办公、移动应用等业务应用系统。
（6） 应用交互层
建设统一集成门户，提供基于临泉县水务综合网站的应用系统统一访问入口。
（7） 标准规范体系
是支撑临泉县农饮工程信息化项目建设和运行的基础，是实现应用协同和信息共享的需要，是节省项目建设成本、提高项目建设效率的需要，是系统不断扩充、持续改进和版本升级的需要。
（8） 安全保障体系
是保障系统安全应用的基础，包括物理安全、网络安全、信息安全及安全管理等。
5、临泉县农村饮用水安全管理信息系统实现
5.1 King SCADA平台
监控系统主要用到SCADA 平台。KingSCADA是一款面向中、高端市场的高端SCADA产品，它具有集成化管理、模块式开发、可视化操作、智能化诊断及控制，使用简单方便，运行安全可靠等特点。全新的数据块采集理念，极大地提高了采集效率。
KingSCADA具有良好的开放性，支持Activex控件、OPC、DDE、API。通过标准的协议规范，第三方软件可以轻松的实现和KingSCADA的数据交互。
? 完美的图形、丰富的图库，再现真实的生产场景；
??模型复用，更轻松高效的进行组态；
??智能诊断，系统故障在线展示；
??数据块采集，高速精准获取数据；
??完善的冗余方案，保证系统安全稳健；
??柔性网络架构，只需进行灵活的网络部署；
??良好的开放性能，轻松与第三方软件进行数据交换；
??完善的报警功能，便于故障监控和决策；
??功能强大的历史服务与展示功能，方便查询实时数据和历史数据；
5.2 KingFusion3.5平台
管理系统和手机APP主要用到Fusion平台。KingFusion3.5基于组态的理念及开放的思想，研发出了面向普通工程师或生产管理业务人员可使用的自然描述语言——元语言、用于存储生产过程中所有‘事’和‘物’数据的时空数据库以及可将生产业务抽象为具体的工程模型的建模技术。工程师可以利用以上技术，轻松帮助企业高效、低成本地实现产线监控和生产管理的完美结合，打通企业内部纵向和横向各系统层级间的数据流，构建了一个基于企业过程数据和业务数据的管控一体化平台。
1.平台可满足：全面支持跨平台，可以稳定运行于Windows、Linux、Unix 操作系统上。
2.基于图形的组态开发，支持模型化组态，适应企业业务随需而变，无需专业的高级程序员即可开发维护，提供元语言技术编写脚本，学习和开发成本低。
3.平台需支持大规模、高性能、高可靠性： C/S 客户端，最大并发运行数量可达?1000 个；B/S客户端，最大并发运行数量可达 5000 个。
4. B/S 客户端支持通过电脑、平板、手机?等移动终端访问、操作现场项目数据及快?速开发定制自己的浏览页面；支持在各种主流网页浏览器 Internet Explorer、Google Chrome、Mozilla Firefox、Opera、Safari 上开发或运行网页
5.3 KingHistorian数据库
水厂生产运行数据存放于KingHistorian 中。
高性能
● KingHistorian拥有卓越的性能：
● KingHistorian单台服务器支持100万点的数据点。
● KingHistorian在线支持连续存储，并达到30万条记录/秒的存储速度。
● KingHistorian支持多种压缩方式，压缩比可达25%-95%。
● KingHistorian单客户端单点查询速度为20万条记录/秒。
● KingHistorian稳定支持256个客户端并发查询，每秒可达2万条记录。
?可靠性
● 宝贵的过程数据，需要有良好、可靠的处理技术：
● KingHistorian支持集群冗余，支持镜像功能。
● KingHistorian支持数据缓存、后续追加。
● KingHistorian支持数据在线备份。
● KingHistorian支持用户与权限双重安全管理。
5.4 MYSql数据库
管理系统的关系型数据全部存放于MySql数据库中。MySQL 是一个关系型数据库管理系统，由瑞典 MySQL AB 公司开发，目前属于 Oracle 公司。MySQL 是一种关联数据库管理系统，关联数据库将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就增加了速度并提高了灵活性。
MySQL 是开源的。
MySQL 支持大型的数据库。可以处理拥有上千万条记录的大型数据库。
MySQL 使用标准的 SQL 数据语言形式。
MySQL 可以运行于多个系统上，并且支持多种语言。这些编程语言包括 C、C++、Python、Java、Perl、PHP、Eiffel、Ruby 和 Tcl 等。
MySQL 对PHP有很好的支持，PHP 是目前最流行的 Web 开发语言。
MySQL 支持大型数据库，支持 5000 万条记录的数据仓库，32 位系统表文件最大可支持 4GB，64 位系统支持最大的表文件为8TB。
MySQL 是可以定制的，采用了 GPL 协议。
5.5 KingIOServer数据通讯平台
现场设备的监测数据是监控系统的原始数据来源，因此数据采集是监控系统的关键。 KingIOServer支持的驱动包括PLC，IO模块等，也包括楼宇、电力等行业标准协议。支持包括串口、以太网、GPRS等在内的多种通讯方式。为用户的数据采集提供了便利的条件。
作为数据采集器，KingIOServer可以为KingSCADA与KingHistrian提供数据来源，同时其他第三方的系统也可以通过API接口和OPC（DA和UA）方式访问实时数据。工程人员可以根据实际工程的需要将KingIOServer进行灵活部署。
5.6 操作系统
监控系统搭载的服务器操作系统为微软公司最新的WIN10操作系统；管理系统平台搭载的服务器操作系统为微软公司的WIN7操作系统。 两款操作系统为目前计算机行业里最为普遍的操作系统。
6 结论
临泉县农村饮用水安全管理，实现了信息数据的汇总上报和统计分析，有效的提高了各部门之间的管理效率，实现了饮用水安全的信息化管里。通过具体的功能模块实现信息数据的查询和浏览，实现数据在线上报和编辑，提供数据化分析便于工作报表的生成，系统管理实现了档案文件的电子化管理，通过数据统一管理，该系统从保证数据的保密性和一致性等方面提供了便利。
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论文作者:陈敏
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1月第3期
论文发表时间:2020/4/22
标签：临泉县论文; 数据论文; 水厂论文; 系统论文; 农村论文; 饮水论文; 工程论文; 《工程管理前沿》2020年1月第3期论文;