安徽省农村供水工程安全监测信息汇集体系建设

王铭铭 ，沈 超 ，刘 方

（1.安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院，安徽 合肥 230094；2.安徽省大禹水利工程科技有限公司，安徽 合肥 230094）

0 引言

安全饮用水是人类生存的基本需求，事关群众的身心健康和正常生活。农村供水安全是国民经济建设与社会发展的重要组成部分和基础保障，是广大农村居民生活质量高低和饮水安全是否达标的主要依据。目前，全面建成小康社会和实现脱贫攻坚等重大战略目标已进入关键阶段，及时解决农村人口饮水安全问题是实现重大战略目标的重要前提。

近年来，农村集中供水工程建设规模和范围不断扩大，安徽省已累计建设集中式供水工程 6 000 多处，其中千吨万人以上集中式供水工程有 1 419 处，解决了 4 199 万农村居民和 195 万农村学校师生饮水安全问题。但与此同时，集中式供水工程数量的剧增、供水人口的不断增加、供水状态的动态变化、农村饮水（以下简称农饮）精准扶贫给农村供水安全工程管理方式带来了新的挑战。传统的监管体系、技术手段与当下农村供水安全管理之间的矛盾日益激化，亟须创建新的监管体系，使用新技术手段实现对全安徽省乃至全国农村供水的可靠监管[1]。

随着物联网、嵌入式及移动互联网等技术的发展，有条件的农村供水安全工程管理单位开展了信息化系统建设。但因缺少供水信息化建设的行业或地方技术标准，且无完备的项目规划和实施方案，各地已建信息化系统技术标准不一，建设形式各异，建设质量良莠不齐，严重影响了建设效益，同时也为数据汇集共享增加了壁垒。农村供水数据汇集与共享是农饮信息化平台的重要组成部分，实现全省农村供水监测数据的统一汇聚与管理是农村供水安全管理的必然趋势和迫切要求。

1 农饮信息化平台建设思路

农饮信息化建设，数据是基础。安徽省农饮安全工程信息管理系统（以下简称省农饮安全管理系统）应以数据为主线，按照一数一源的思路，建立全省农饮数据统一汇集接入与互联共享体系，建成一个农饮大数据分析平台，实现农饮数据全量汇集、资源化管理及数字化服务[2]。

农饮信息化建设，用户是核心。安徽省农饮管理系统应以用户需求为导向，按照“一级部署，多级共用”的思路，建立全省农饮管理业务关联体系，建成多级共用的省级农饮安全管理系统，原则上不新开展市县级农饮安全管理系统建设，已建市县农饮安全管理系统需与省级农饮安全管理系统业务互联、数据互通。

农饮信息化建设，标准是关键。安徽省农饮管理系统应标准先行，按照“一套标准，一体化管理”的思路，建立全省农饮技术与建管标准化体系，实现全省农饮信息化项目设计、建设等关键环节的标准化管理，保障项目建设质量。

2 农饮信息化整体架构

省农饮安全管理系统建设架构设计应立足于已建信息化基础设施。安徽省已建立水利私有云平台，建成数据及网络机房，计算、存储、网络、安全等硬件资源丰富。因此，从农饮信息化整体技术架构设计而言，安徽省农饮平台依托现有水利信息中心数据机房软、硬件环境，系统应部署于省水利厅机房。

安徽省农饮信息采集与汇集采用扁平化设计理念，省农饮安全管理系统负责数据集中采集与汇聚，即原则上全省以农村供水工程为单元，监测数据直接汇集至省农饮管理系统。采用此数据传输方式不仅可提升数据监管效率，节约农饮平台建设资金，还可解决市县级农饮安全管理系统建管能力弱等问题。农村供水工程可分为规模、小型集中 2 类供水工程：由于规模供水工程采集数据指标较多，因此本地监测数据均接入农饮水厂中控室，通过汇集装置经数据传输专线（或互联网线路）传输至省水利数据中心；小型集中供水工程由于采集数据指标较少，主要为水量、水质、水压等信息，可通过遥测终端直接采集并上传至省水利数据中心[3-4]。

秉承“资源共享、数据互通”的设计理念，一方面为充分利用已建县级农饮平台资源，基于构建标准数据接口或配置前置机的方式，实现省农饮安全管理系统与已建县级农饮安全管理系统间的数据共享，进而实现全省农饮数据汇集的目标；另一方面为充分发挥农饮数据资源的作用与效益，省级农饮平台建成后，可通过省水利数据中心云平台与省政务大数据中心实现数据交互共享，并根据需要由省政务大数据中心再共享至各市政务大数据中心，以提高农饮数据社会化服务能力和水平。当市政务大数据中心具备农饮监测数据接入条件后，亦可以一点双发的方式，实现农村供水工程监测数据到市政务大数据中心的推送[5]。省农饮安全管理系统架构设计图如图1 所示。

图1 省农饮安全管理系统整体架构示意图

按照“一级部署、多级公用”的思路，省农饮安全管理系统建成后，可为省、市、县、乡镇、水厂、用水户等多级系统用户提供服务。为提升市县级农饮监管能力，配备指挥调度终端，实现“一屏展示、预警分析、应急调用”。

3 农村供水工程安全监测信息汇集体系

3.1 农村供水工程监测数据采集技术路线

农饮数据可分为监测数据、视频信息及混合信息3 类。不同规模的供水工程和不同类别的信息需要不同的采集方式、传输网络及上报频次，因此需分别制定全省统一的农饮安全监测信息自动化采集与汇集标准，明确不同规模供水工程数据监测指标，提出不同类别数据科学可行的采集与汇集方案[6]。农村供水工程信息汇集接入技术路线如图2 所示。

图2 农村供水工程信息汇集接入技术路线示意图

3.2 规模供水工程信息汇集

规模供水工程存在监测数据指标多、量大等特点，且均有视频数据，难以通过常规的数据遥测采集终端和无线传输方式进行信息汇集上报。此外，信息汇集上传应不影响规模供水工程自动控制系统的正常运行，因此宜采用数据单向推送的方式，由供水工程直接推送至省级农饮管理平台[7]。规模供水工程分类信息汇集方式如下：

1） 规模供水工程监测数据部分。供水工程需配备汇集装置，部署规模农饮工程制定的标准数据库表和数据推送软件，并由该工程运行单位负责按照库表结构将数据推送进来，再由推送软件将数据统一推送至省级数据汇聚前置机。农村供水工程监测数据至汇聚装置每 1 min 推送 1 次，频次可调；汇集装置每 10 min向省农饮管理平台传输 1 次，频次可调；省农饮管理平台每 60 min 存储 1 次数据。数据若未按规定时间和质量推送，省农饮管理平台可进行预警和管理。

2） 规模供水工程视频监控部分。根据规模供水工程的网络线路采用不同的汇集方案：对于有互联网专线的农村供水工程，可以在省农饮安全管理系统部署流媒体服务器，开放标准流媒体服务主动拉取视频流数据；对于未配置互联网专线的农饮工程，可以在农饮工程汇集装置上部署视频流推送服务，在省农饮安全管理系统部署视频流接收服务器，并由汇集装置将视频流数据主动推送至省流媒体服务器，完成推流、拉流、流媒体解压、点播等功能，最终实现省农饮安全管理系统对各规模供水工程视频监控的远程点播。视频资源在规模供水工程本地存储，存储时长不低于 60 d。

为充分利用已有资源，有效降低农饮信息汇集建设及运行成本，规模供水工程信息汇集原则上基于自建互联网进行数据传输，自建互联网带宽不低于100 Mbit/s，若自建互联网专线，带宽不低于 20 Mbit/s。

3.3 小型集中供水工程信息采集

小型集中供水工程供水规模较小，且多为单村供水工程，取水、制水及输水工艺简单，多为单泵房控制与管理，因此，所需监测数据指标少，主要为水量、供水水质、水压等数据指标，多数水厂不需要开展远程视频监控建设。鉴于此类情况，综合考虑需求、经费及运维因素，可采用常规数据遥测方式，在满足农饮安全监管需求的基础上，最大限度降低建设成本，提高运维保障力度。

小型集中供水工程监测数据部分，供水工程需配备采集终端，兼容水量、水质、水压等各类仪表采集通信协议，实现现地数据的现场采集与展示。制定采集终端到省农饮安全管理系统的数据通信规约，开发全省统一的数据接收软件，实现对所有规模以下农饮工程的水量与水质、管网的流量与压力等数据的集中接收。目前省农饮安全管理系统数据采集尚处于测试阶段，信息采集规约根据农饮信息监测需求，在SL 651—2014《水文监测数据通信规约》的基础上定制农饮通信规约[8]。每个小型集中供水工程每天传输不低于 24 条数据（具备条件的可增加数据），对于异常突变数据须即时主动上报。

小型集中供水工程大多分布于皖南山区，受限于电源、网络等因素，一般不开展视频监控建设，部分工程可建设本地视频监控，不进行远程传输与访问。对于确有远程视频监控需要的小型集中供水工程，可在工程厂区内部署硬盘录像机（NVR），实现视频本地落地。省农饮管理平台端部署流媒体服务器及视频流媒体软件，部署的 NVR 设备可通过互联网、5G（具备条件的）、“无线网桥 + 附近运营商基站”（利用运营商冗余带宽）等方式进行传输，实现省农饮管理平台对各小型集中供水工程视频的远程点播。视频资源在规模供水工程本地存储，存储时长不低于 60 d。

4 已建县级农饮平台的信息汇集

对于已建县级农饮安全管理系统的县（市）区，采用平台互联共享方式，在每个县农饮安全管理系统部署1 台节点服务器、1 套标准库表及共享软件。农饮监测数据由县级农饮平台负责接入、汇聚，定时（可设定）推送至节点服务器标准数据库，节点服务器共享软件负责数据的存储，且同步向省农饮管理平台推送；农饮基础数据，由省农饮管理平台定时（可设定）推送至节点服务器，供县农饮平台调用；农饮业务数据，通过节点服务器部署的业务状态库表（实时推送）进行交互，状态表更新时自动触发数据推送，实现省农饮管理平台与已建县级农饮平台业务的实时协同交互[9]。监测数据共享利用平台已建互联网专线或水利专网进行数据交换。

农饮视频信息可通过县级农饮平台与农村供水工程视频 2 种点播方式接入，实现省农饮管理平台对农村各供水工程的视频点播浏览。通过县级农饮平台点播时，要求县级节点视频汇集存储或县域农村供水工程已建城域网，县级农饮平台互联网专线带宽不低于 100 Mbit/s。

5 结语

农饮安全是国家实施乡村振兴战略的核心任务之一，农村供水工程基础建设与管理能力相对薄弱，多数已进行信息化建设的供水工程或县级农饮信息化平台难以实现到省级农饮平台的汇聚。本研究提出的农饮信息汇集体系从平台建设思路、架构设计、分类信息汇集等方面，探讨了不同规模农村供水工程及监测数据类别的信息汇集技术路线，形成了 1 套完整的农饮数据采集、汇集及共享技术体系。不同与其他现有成果，本研究成果可适应于各类数据汇集场景，可为农村供水工程信息集中接入与汇聚提供建设思路与技术参考。所探讨的技术成果已于 2021 年在安徽省农村供水信息化建设中示范应用，目前已示范开展 7 座农饮水厂信息汇集，运行情况良好，技术成果在打通信息壁垒、数据稳定汇集、数据分权责管理等几个方面效果显著。