1 建设背景
水污染特别是饮用水源的污染已经逐渐威胁到城市饮用水的安全，而水源的突发污染事件对整个城市供水安全的影响也日益扩大。随着经济的高速发展和人们生活水平的逐步提高，现代社会各行各业对水资源的需求剧增，同时供水水质的安全保障要求也越来越严格，水务企业面临的压力越来越大。
由于各地自来水公司管辖的水源井普遍存在数量多、分布离散、管理难度大的问题。需要自来水公司投入大量的人力成本进行巡检维护，有些水司也试图通过架设光纤或铺设电缆的方式进行数据采集和监管，但也由于成本高、时延长及维护难等问题无法快速实施。为满足安全供水的需要，必须针对水源井及原水水质建立及时、快速的预警机制，监控水源井的运行情况及水质的变化情况，并及时调整生产措施，以保证供水水质的安全稳定。制定本原水监控系统解决方案，旨在以信息化手段对XX自来水公司的水源井、原水管道及各类设备进行实时集控管理，实现数据展示、异常预警、能耗分析，协助解决水司所面临的原水管理问题。
2 需求分析
XX自来水公司本着“节约成本、安全第一”的原则，为了能够对水源井和原水水质进行实时监管，有效降低水司的人力成本，提升故障处理的响应速度。亟需建设一套原水监控系统，以信息化的手段解决原水监管面临的各类问题。
结合水司的业务现状与未来扩展需求，制定本方案，具体需求内容如下：
1) 在电子地图上实时展示水源井、原水管、供水管的位置分布，同时也可展示今日总取水量、今日总能耗量、水质采样、各水源井运行数据等；
2) 当某个水源井发生故障时，系统能够进行实时预警；
3) 能够以工艺运行图的形式展示水源井的运行原理，能够显示累计流量、累计电量、累计运行时长、电流状态、电压状态、液位、压力等数据；
4) 结合电子地图，可实时展示辖区内各水质采样点的位置分布以及各采样点的水质化验结果；
5) 可提供丰富的数据分析图表，能够对吨水电耗、水泵运行效率、水位、水泵运行时长等进行统计分析。
3 建设目标
3.1 数据采集标准化
通过应用最新的物联网技术，能够对各水源井的压力监测设备、流量监测设备、水质监测设备、水泵等设备进行统一接入和管理，从而实现数据的标准化采集，为后期的数据分析和展示提供数据基础。
3.2 预警提醒智能化
通过对采集到的监测数据进行综合分析，当某项指标超过系统预设的阈值时，系统能够进行异常预警提醒，管理人员能够及时发现异常情况并进行快速处置，有效防止异常事件的事态蔓延。
3.3 数据展示多维化
通过大数据分析模型，可对海量的历史数据和实时数据进行综合分析，通过多维度可视化图表，展示原水管理的关键指标，能够让领导的决策分析更加科学和准确。
4 系统总体设计
4.1 设计原则
4.1.1 先进性
系统采用成熟、具有国内先进水平、符合国际发展趋势的技术和软硬件设备。在设计过程中严格遵循国内外相关技术标准和行业标准，保证系统具有较长的生命力。
4.1.2 可靠性
系统必须在满足功能需求的前提下，采用可靠和成熟的技术、软件和硬件设备，最大限度地保证系统连续无故障运行，如出现故障能够及时排除，具备快速恢复的能力。
4.1.3 易用性
系统整体界面友好，直观易操作，便于用户快速上手，同时常用功能突出显示，适应各类用户和各业务特性，尽可能地提供可视化操作界面，对于某些用户信息界面能够支持自定义。
4.1.4 可扩展性
系统设计中充分考虑到今后技术的不断发展和用户需求的增加，需具备良好的更新、扩展和升级的能力，系统规模和功能可根据实际情况进行灵活新增，满足系统今后的扩展需求。
4.2 设计依据
1) 《国家智慧城市试点暂行管理办法》；
2) 《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》；
3) 《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》；
4) 《水污染防治行动计划》；
5) 《城市供水行业反恐防范工作标准》；
6) 《中华人民共和国水利行业标准化指导性技术文件》SL/Z 589-2013；
7) 《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006；
8) 《智慧供排水信息系统安全技术规范》DB33/T 2051-2017；
9) 《计算机软件开发规范》GB/T8566；
10) 《计算机软件需求说明编制指南》GB9385-2008；
11) 《计算机软件可靠性和可维护性管理》GB/T 14394-2008；
12) 《软件维护指南》GB/T 14079-93。
4.3 总体架构设计
系统总体架构分为机房和前端设备两部分。
机房作为整个系统的数据汇聚和分析中心，主要负责采集水源井设备的运行数据，同时可对采集到的数据进行存储和智能化分析，当前端设备发生故障时，机房能够进行实时预警，提醒水司管理人员进行处置。系统支持通过台式电脑、笔记本电脑、手机等终端同步访问系统进行数据查看。
前端设备包括压力监测设备、流量监测设备、水质监测设备、水泵，通过接入这些设备的数据，从而实现水源井的远程在线监控。
4.4 关键技术
4.4.1 GIS技术
GIS是集地理信息采集、存储管理、集成分析和可视化模拟于一体，能够提供地理决策服务的技术系统。不仅能够分级分层管理地理信息，同时还能进行组合、分析、查询，GIS可提供地图服务，能够清晰直观的表现出各地理信息的规律和分析结果，同时还能在屏幕上动态监测地理信息的变化。
4.4.2 物联网技术
物联网技术是通过射频识别（RFID）、红外感应、全球定位系统等信息传感设备，按约定的协议进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种网络技术。在供水企业信息化建设中，可充分利用局部网络或互联网等通信技术把传感器、控制器、人员和物等通过新的方式关联起来，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能化的网络。
4.4.3 云计算技术
云计算技术是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储、虚拟化等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物。旨在通过网络把多个成本相对较低的计算实体整合成一个具有强大计算能力的系统，并借助SaaS、PaaS、IaaS、MSP等先进的商业模式把这强大的计算能力分布到终端用户手中。云计算的核心理念就是通过不断提高“云”的处理能力，进而减少用户终端的处理负担。
4.4.4 大数据技术
大数据技术是从各种类型的海量数据中快速获得有价值信息的技术。随着原水监管的规模和业务日益扩大，自来水公司面临的数据量也越来越大。传统的信息技术已无法满足海量数据实时处理的需求，通过基于大数据的数据挖掘和分析技术，能够辅助水司领导进行决策指挥。
5 系统核心功能
5.1 原水总览
系统提供原水总览版块，结合电子地图，实时展示水源井、原水管、供水管的位置信息，同时汇总原水监管相关的关键信息，包括：今日总取水量、今日总能耗量、本月水质采样、水源井运行情况等，全面展示原水各类设备及水质的状况，可为原水管理提供数据支撑，实现原水数据一目了然、原水异常提前预警、原水问题及早发现。
5.2 水源井监控
系统能够对辖区内的水源井进行在线监控，能够实时监控各水源井的运行情况，当水源井出现异常时可进行实时预警，让管理人员快速发现水源井的异常并处理，同时还支持查看水源井详细信息，能够掌握水源井的3D运行图及更全面的监测信息。
5.2.1 实时监控
系统提供实时监控功能，支持查看各水源井的工艺运行图，能够实现查看水源井的基本信息、运行日志、预警报警等信息，同时系统还展示了液位、流量、压力、取水量、累计流量、累计电量、累计运行时长等运行数据，方便用户能够快速了解水源井的运行情况。
5.2.2 异常预警
系统能够以卡片的形式，展示各水源井的基本运行数据，根据水源井的设备运行情况分为开泵、报警、未知、停泵四种类型，点击报警栏，可实时显示报警的水源井信息，方便管理人员及时发现问题并快速处置。
5.3 水质采样
系统能够在电子地图上实时显示原水、管网、水厂等采样点的位置分布，点击图标可查看各采样点水质化验是否合格，同时通过列表的形式展示原水各采样点的水质化验结果，支持查看化验结果详情，实时查看化验结果的详细表格、曲线以及报告附件。
5.4 数据分析
系统可提供多样化的统计分析图表，能够从不同的维度对原水相关数据进行综合分析，主要包括吨水电耗分析、水泵经济性分析、水源井运行概况、水源井运行日志、水位分析、水泵运行时长、优化调度方案等，通过可视化的图表，能够为水司管理人员的指挥调度提供数据支撑。
5.4.1 吨水电耗分析
系统可提供吨水电耗分析功能，既能够对总的吨水电耗、取水量、用电量进行统计分析，同时也能对单个水源井的吨水电耗、取水量、用电量进行分析。系统还支持通过时间、查询时段等条件进行查询，支持分析报表的下载、导出和打印。管理人员可通过历史数据对比，发现电耗异常情况，提醒巡检人员进行问题核查。
5.4.2 水泵经济性分析
系统可提供水泵经济性分析功能，可对任意两个水源井的吨水电耗、取水量、用水量进行对比分析，通过参数设置可对电价和年度取水进行设置，结合各水源井水泵的价格和运行电费，可对比出哪个水源井的水泵更经济，从而指导管理人员进行设备选型。
5.4.3 水源井运行概况
系统可提供水源井运行概况分析功能，能够统计出各个水源井每月或每年的运行概况，包括：运行时长、取水量、用电量、吨水电耗等数据。方便管理人员快速查看水源井每月或每年的运行概况。
5.4.4 水源井运行日志
系统可提供水源井运行日志分析功能，能够统计出各个水源井在某段时间的运行日志情况。包括：采集时间、水源井名称、状态、液位、瞬时流量、压力、电压、电流、累计流量、累计电量等数据。支持通过水源井名称和时间进行查询，当发现异常情况时，方便管理人员进行历史数据的回溯。
5.4.5 水位分析
系统可提供水位分析功能，能够统计分析出单个水源井每天的动水位和静水位，同时系统可提供水源井液位表，能够按月份或按年来统计分析各水源井的液位数据，支持全屏查看液位表，同时还支持液位分析表的下载和打印。
5.4.6 水泵运行时长
系统可提供水泵运行时长分析功能，支持按月份或按年来统计各个水源井水泵的运行时长，包括：运行时长、停泵时长和停电时长。支持对分析结果进行下载和打印。
5.4.7 优化调度方案
系统可提供优化调度方案功能，通过对任意多个泵站进行组合并开启，可快速对比分析出具体哪一组水泵组合运行的能耗最低，从而提醒管理人员使用该组合运行方案。
5.5 测点详情
通过测点详情可快速查看水源井、水厂、加药设备等的详细运行数据，通过勾选“数据显示内容”，能够对关注的指标以曲线或表格的形式进行展示，支持选择日期和同期对比，同时用户可点击“加关注”实现对重点目标的关注。
6 效益分析
6.1 减少人力投入成本
传统的原水管控，需要自来水公司投入大量人力和物力到现场，人力成本和交通成本比较高。在本系统建成之后，可将辖区内的水源井进行统一接入和监管，快速获取各水源井的运行情况及水质变化状况，及时发现水源井异常情况，同时可对水源井设备进行远程集中控制，大大减少人工巡查的工作量，同时也能降低水司的人力投入成本。
6.2 提升异常情况处理速度
在本系统建成之后，能够改变以往的被动处置模式，当系统发现异常情况时，能够进行实时预警，提醒自来水公司管理人员进行处置，管理人员可根据报警的类别和报警点的位置，快速调配现场周边人员进行核查，能够将各种异常事件扼杀在源头，做到防患未然。
6.3 确保供水水质安全
在本系统建成之后，能够对水源井的水质情况进行实时监测，通过原水水质的指标变化，能够快速判断是否存在水质污染的情况，当水质遭到污染时，也能第一时间通知管理人员进行处置，从而保障了原水供水安全，为城市居民提供优质的供水资源。