隨著城鎮(zhèn)的快速發(fā)展,高層建筑的數(shù)量在不斷增多,由于市政供水管網(wǎng)壓力有限,大部分超過市政供水服務(wù)水壓的高層建筑需要通過二次供水的方式解決用水問題。二次供水是指供水單位將來自城市公共供水(即水廠)和自建設(shè)施(即水井)的供水,經(jīng)貯存加壓或者根據(jù)需要進(jìn)行深度處理和消毒后,通過管道向用戶供水的方式血。傳統(tǒng)的二次供水泵房由于建設(shè)和管理多元化,造成日常運(yùn)行維護(hù)、監(jiān)管職責(zé)不明晰運(yùn)行維護(hù)責(zé)任不到位,存在較大的安全隱患;泵房水質(zhì)方面，二次供水方式與市政管網(wǎng)直接供水相比,需要經(jīng)過二次供水設(shè)施這一環(huán)節(jié),由于二次供水設(shè)施的設(shè)計(jì)、施工不規(guī)范,極易導(dǎo)致二次供水水質(zhì)不安全。為加快推進(jìn)二次供水建設(shè),國家相關(guān)部門先后下發(fā)多個(gè)二次供水相關(guān)政策，科學(xué)規(guī)劃建設(shè)二次供水設(shè)施,推進(jìn)二次供水設(shè)施運(yùn)行維護(hù)專業(yè)化，解決好城鎮(zhèn)供水“最后一公里”的水質(zhì)安全問題。近年來,隨著國家“新基建”戰(zhàn)略的不斷推進(jìn),大數(shù)據(jù)、5G、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施的融合持續(xù)深化,二次供水泵房可以借助新技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí),持續(xù)為人們提供正常穩(wěn)定的生活、飲水安全。

一、系統(tǒng)構(gòu)架

1.1 感知層

泵房除了安裝水箱、泵組等二次供水必須的設(shè)備外,在泵房內(nèi)的特定位置安裝輔助設(shè)備,包括環(huán)境傳感器、水質(zhì)監(jiān)測儀、攝像頭等,其中環(huán)境傳感器包含溫濕度、明火、煙感、人體感應(yīng)等傳感設(shè)備;水質(zhì)檢設(shè)備針對余氯高精度 DPD 法、濁度、pH 值等數(shù)據(jù)檢測、分析、預(yù)警,保障生活供水的水質(zhì);攝像頭用于對泵房環(huán)境及管理人員操作情況進(jìn)行記錄。泵房內(nèi)機(jī)電設(shè)備包括閥門電動(dòng)器、消毒設(shè)備、排污泵、空調(diào)等,用于執(zhí)行泵房管理控制。

1.2網(wǎng)絡(luò)層

通過有線與無線相結(jié)合的方式把感知層采集到的各種數(shù)據(jù)上傳到泵房的管理平臺(tái),同時(shí)完成管理平臺(tái)到設(shè)備端的指令下發(fā)。1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層即泵房管控平臺(tái),管理人員在監(jiān)控中心或者通過移動(dòng)端設(shè)備訪問管控平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對泵房的泵組管理、環(huán)境監(jiān)控、能耗管理、系統(tǒng)巡檢、入侵監(jiān)測、數(shù)據(jù)管理、表計(jì)監(jiān)測等管理。

二、系統(tǒng)功能

泵房內(nèi)的主控系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)云、邊、端分級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì),利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)智能等ICT 技術(shù),具有開放、安全、可靠、易用等特點(diǎn),為泵房提供設(shè)備廣泛物聯(lián)、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、業(yè)務(wù)自動(dòng)化、運(yùn)維智能化等核心能力。該系統(tǒng)部署在泵房的監(jiān)控中心該系統(tǒng)主要功能包括大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、智能控制、數(shù)據(jù)分析、設(shè)備管理、實(shí)時(shí)告警和系統(tǒng)設(shè)置。系統(tǒng)功能模塊如下頁圖 2所示。

2.1 大屏

為方便泵房日常運(yùn)維,泵房主要信息通過聯(lián)接外接顯示器、LED 屏對泵組狀態(tài)、供水信息、環(huán)境安全水質(zhì)信息菜單進(jìn)行切換展示，直觀顯示泵房實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)見下頁圖 3。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控

1)泵組監(jiān)控:泵組轉(zhuǎn)速、頻率、進(jìn)口壓力、出口壓力、報(bào)警狀態(tài)、泵組噪聲、泵組震動(dòng)等。

2)水質(zhì)監(jiān)控:實(shí)時(shí)在線監(jiān)測水質(zhì)余氯、濁度、pH值等數(shù)據(jù);智能分析水質(zhì),當(dāng)水質(zhì)超標(biāo)時(shí)進(jìn)行緊急停機(jī)并報(bào)警。

3)水箱安全:用水量歷史數(shù)據(jù)完成用水預(yù)測,根據(jù)水箱液位完成智能補(bǔ)水(錯(cuò)峰、動(dòng)態(tài)補(bǔ)水、節(jié)假日供水),滿足居民用水需求的同時(shí),實(shí)現(xiàn)緩解管網(wǎng)壓力波動(dòng)功能;同時(shí)對水箱水齡進(jìn)行邊緣計(jì)算,通過控制水箱供水閥門開度,調(diào)節(jié)補(bǔ)水情況,從而控制水箱水齡數(shù)據(jù)在合適的范圍。

4)環(huán)境監(jiān)控:實(shí)時(shí)監(jiān)控泵房環(huán)境、溫度、濕度、跑冒滴漏等。

5)實(shí)時(shí)報(bào)警:360°人臉識(shí)別會(huì)自動(dòng)識(shí)別進(jìn)入者容貌,非工作人員非法闖人智能報(bào)警;泵組運(yùn)行狀態(tài)報(bào)警、水質(zhì)超限報(bào)警等。2.3 智能控制

1)聯(lián)動(dòng)定義是指運(yùn)維管理人員利用意圖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)@對泵房管理需求進(jìn)行物與物的控制邏輯(M2M)部署,滿足泵房設(shè)備之間的業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)。

2)遠(yuǎn)程控制指管理人員可以通過遠(yuǎn)程模式控制機(jī)組的急停、遠(yuǎn)程調(diào)參;遠(yuǎn)程監(jiān)控門禁、視頻系統(tǒng)。對泵房內(nèi)水泵、液位計(jì)、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。2.4 數(shù)據(jù)分析( 見圖 4)

感知層采集的泵組運(yùn)行數(shù)據(jù)、用水量歷史數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)清洗,充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，完成智慧運(yùn)維的決策支持及水齡的動(dòng)態(tài)控制以保證泵組安全、水質(zhì)安全。

數(shù)據(jù)分析是指通過數(shù)據(jù)報(bào)表、智能分析,對泵房的泵組運(yùn)行時(shí)長、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、系統(tǒng)控制等運(yùn)行數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì),并對平均水齡、平均出水量等指標(biāo)進(jìn)行智能分析。

設(shè)備管理25

泵房設(shè)備數(shù)量多、類型跨度大,通過設(shè)備管理模塊,實(shí)現(xiàn)對泵房設(shè)備的維護(hù)、升級(jí)、管理,及時(shí)了解設(shè)備接口數(shù)量、連接、運(yùn)行狀態(tài)。

2.6視頻監(jiān)控

視頻系統(tǒng)實(shí)時(shí)對泵房的人員人侵等情況進(jìn)行安全監(jiān)測。

2.7系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置包括菜單管理、控制面板、用戶管理、系統(tǒng)日志,滿足管理人員對系統(tǒng)的功能設(shè)置、賬戶管理等需求。

三、關(guān)鍵技術(shù)

區(qū)域計(jì)算3.1

區(qū)域計(jì)算是赫里奧(蘇州)科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)在物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行的技術(shù)升級(jí),豐富了邊緣計(jì)算的業(yè)務(wù)范圍,實(shí)現(xiàn)虛擬模型驅(qū)動(dòng)。區(qū)域計(jì)算部署在設(shè)備側(cè),物理的一端,靠近數(shù)據(jù)源的地方,它和云計(jì)算相輔相成,保證了端側(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)反饋的實(shí)時(shí)性、高可靠性、高效率、高安全性。通過區(qū)域計(jì)算技術(shù),對整個(gè)泵房系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)截取進(jìn)行分析,得出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的水位、水質(zhì)變化情況,及時(shí)進(jìn)行管控。管控內(nèi)容主要有:水箱監(jiān)測控制、排氣扇聯(lián)動(dòng)控制、排污泵聯(lián)動(dòng)控制、除濕、消防等。

3.2意圖物聯(lián)網(wǎng)

意圖物聯(lián)網(wǎng)的概念是赫里奧(蘇州)科技有限公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)在業(yè)界首先提出的,是一種基于用戶對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求和意圖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的部署,管理及應(yīng)用的新型物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。由于意圖物聯(lián)網(wǎng)可以在網(wǎng)絡(luò)傳輸層上支持多協(xié)議互通,可以實(shí)現(xiàn)泵房內(nèi)不同廠商傳感器及設(shè)備之間的信息交換、各個(gè)子系統(tǒng)的信息交換,利用意圖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),當(dāng)需要調(diào)整或增加泵房控制邏輯時(shí)不用修改程序,只需要通過用戶圖形界面設(shè)置(系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)定義模塊)就可將控制指令下發(fā)到設(shè)備端去執(zhí)行,這是目前絕大部分的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)都無法實(shí)現(xiàn)的。

低功耗無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3.3

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃興起推動(dòng)了無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,LoRa是低功耗廣域網(wǎng)通信技術(shù)中的一種,其優(yōu)勢在于技術(shù)方面的長距離能力，具備高性能、遠(yuǎn)距離、低功耗,支持大規(guī)模組網(wǎng)等突出特點(diǎn),非常適合泵房這類環(huán)境條件比較嚴(yán)苛的場景回。泵房中使用搭載LoRa 技術(shù)的溫濕度傳感器、水浸傳感器、明火傳感器、煙感傳感器對環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集,對空調(diào)、除濕機(jī)、門禁、排風(fēng)扇、排污泵、消毒系統(tǒng)、閥門電動(dòng)執(zhí)行器等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制,在報(bào)警情況下將報(bào)警數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái),并通過聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備對泵房環(huán)境進(jìn)行應(yīng)急性的調(diào)節(jié),保證泵房安全

3.4 數(shù)據(jù)挖掘與分析

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)即從海量的數(shù)據(jù)信息中提取、分析、預(yù)測事物發(fā)展規(guī)律,總結(jié)現(xiàn)有數(shù)據(jù)表示含義,整合統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)的綜合學(xué)科四泵房系統(tǒng)通過整合各類傳感設(shè)備數(shù)據(jù)信息,采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),根據(jù)小區(qū)用戶用水量歷史數(shù)據(jù),學(xué)習(xí)并預(yù)測當(dāng)天用水高峰期和用水量數(shù)據(jù),控制閥門電動(dòng)執(zhí)行器,進(jìn)行智能補(bǔ)水(錯(cuò)峰、動(dòng)態(tài)補(bǔ)水、節(jié)假日供水),科學(xué)調(diào)度水力資源,保障小區(qū)用戶用水需求,達(dá)到科學(xué)預(yù)警、減少成本的目的。

四、結(jié)語

介紹了區(qū)域計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在一體化智慧二次供水泵房的應(yīng)用,通過區(qū)域計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實(shí)現(xiàn)泵房泵組、水質(zhì)的實(shí)時(shí)檢測、智慧消毒、安消防一體化等功能,確保泵房日常管理的事前預(yù)警、事中監(jiān)控、事后追溯,打造“物聯(lián)、數(shù)聯(lián)、智聯(lián)”的泵房數(shù)字底座,同時(shí),利用意圖物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將二供泵房日常操作系統(tǒng)的業(yè)務(wù)面和技術(shù)面分離,實(shí)現(xiàn)“零代碼”定義業(yè)務(wù),可視化的平臺(tái)使用工具,降低業(yè)務(wù)系統(tǒng)操作門檻,解決好城鎮(zhèn)供水“最后一公里”的水質(zhì)安全問題,為人們提供正常穩(wěn)定的生活飲水。