一、方案背景與意義

隨著城市化進程的加速和水環境治理要求的不斷提高，污水提升泵站作為城市排水系統的關鍵節點，其運行效率、安全穩定性直接關系到城市水環境質量和居民生活質量。傳統污水提升泵站普遍存在 “人工巡檢效率低、設備故障難預判、運行狀態不透明、應急響應滯后” 等問題，已難以滿足現代智慧水利建設的需求。

智慧污水提升泵站監控系統基于物聯網、大數據、人工智能、邊緣計算等新一代信息技術，構建 感知 - 傳輸 - 分析 - 決策 - 控制 全流程智能化體系，實現對泵站設備運行、污水流量、水質參數、安全環境等多維度的實時監控、智能分析和精準調控，對于提升泵站運維管理水平、降低運行成本、防范水環境風險、助力智慧水利建設具有重要的現實意義。

二、總體建設目標

全面感知：實現對泵站內格柵機、潛水泵、閥門、風機等關鍵設備運行狀態，以及污水流量、水位、pH 值、溶解氧、濁度等水質參數，還有泵站內溫濕度、氣體濃度(硫化氫、甲烷等)、視頻圖像等安全環境信息的全面感知和數據采集。

智能監控：通過遠程可視化監控平臺，實時掌握泵站運行全貌，實現設備運行狀態、環境安全、水質水量等信息的 24 小時不間斷監控，及時發現異常情況并報警。

預測預警：基于大數據分析和人工智能算法，建立設備故障預測模型、水質異常預警模型，提前預判設備潛在故障和水質超標風險，實現從 “被動搶修” 到 “主動預防” 的轉變。

精準調控：根據實時水質水量數據、設備運行狀態及管網負荷情況，自動或遠程調控泵站設備運行參數，優化運行策略，提高污水提升效率，降低能耗和運維成本。

高效運維：構建數字化運維管理體系，實現運維任務派發、進度跟蹤、數據記錄、績效考核等全流程信息化管理，提升運維工作效率和規范化水平。

三、系統架構

本系統采用 “云 - 邊 - 端” 三級架構，確保數據采集的實時性、傳輸的穩定性和分析的高效性。

1、終端感知層

作為系統的數據采集源頭，整合多種感知設備，實現對泵站多維度信息的全面感知：

設備狀態感知設備：包括電機振動傳感器、溫度傳感器、電流電壓傳感器、壓力傳感器等，實時采集潛水泵、格柵機、風機、閥門等設備的運行參數，判斷設備運行狀態。

水質水量感知設備：包括超聲波流量計、電磁流量計、雷達液位計、pH 傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、氨氮傳感器等，精準采集污水流量、水位、關鍵水質參數數據。

安全環境感知設備：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、高清網絡攝像頭、紅外報警探測器等，實時監測泵站內有毒有害氣體濃度、環境溫濕度及安全防范情況。

數據采集終端：采用邊緣計算網關，具備數據采集、協議解析、邊緣計算、本地存儲和遠程通信等功能，將各類感知設備的數據進行統一采集和預處理，降低云端計算壓力。

2、網絡傳輸層

負責將終端感知層采集的數據安全、穩定地傳輸至云端平臺，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、布線條件較好的場景，具有傳輸速率高、穩定性強、抗干擾能力強等優勢，保障大量實時數據的高速傳輸。

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據量傳輸需求;LoRa 和 NB-IoT 通信具有低功耗、廣覆蓋、低成本等特點，適用于各類傳感器數據的低速傳輸。

網絡安全保障：部署防火墻、入侵檢測系統、數據加密傳輸等安全措施，防范網絡攻擊和數據泄露，確保數據傳輸的安全性和完整性。

3、云端應用層

作為系統的核心，承擔數據存儲、分析、處理和應用展示等功能，基于云計算平臺構建智能化應用體系：

數據存儲中心：采用分布式存儲架構，整合關系型數據庫和非關系型數據庫，實現對設備運行數據、水質水量數據、安全環境數據、運維管理數據等各類數據的海量存儲和高效管理，保障數據的安全性和可擴展性。

數據處理分析平臺：基于大數據分析和人工智能算法，對采集的各類數據進行深度挖掘和分析：

設備故障診斷：通過建立設備運行參數特征庫，運用機器學習算法對比分析實時數據與特征數據，實現設備故障的精準診斷和潛在故障的預測。

水質趨勢分析：對水質參數歷史數據和實時數據進行分析，挖掘水質變化規律，建立水質異常預警模型，當水質參數超出閾值時及時發出預警。

運行優化分析：結合污水流量、水位變化及管網負荷情況，運用優化算法對泵站設備運行策略進行分析和優化，實現節能降耗。

可視化監控平臺：支持電腦端、移動端等多終端訪問，通過 GIS 地圖、數據看板、視頻監控窗口等形式，直觀展示泵站分布、設備運行狀態、水質水量數據、安全環境信息等，實現泵站運行狀態的全景可視化監控。

四、核心功能

1、實時監控

設備運行監控：實時展示潛水泵、格柵機、風機、閥門等設備的運行狀態(運行 / 停止 / 故障)、運行參數(電流、電壓、振動、溫度、壓力等)，通過不同顏色標識設備狀態，異常情況自動高亮顯示。

水質水量監控：實時顯示污水流量、水位、pH 值、溶解氧、濁度、氨氮等參數數據，繪制實時變化曲線，支持歷史數據回溯查詢。

安全環境監控：實時監測泵站內硫化氫、甲烷等有毒有害氣體濃度，當濃度超標時自動報警;通過高清攝像頭實現泵站內視頻圖像實時預覽、錄像回放、云臺控制等功能，支持移動偵測和紅外報警聯動。

GIS 地圖監控：在 GIS 地圖上標注所有泵站的地理位置，直觀展示泵站分布情況，點擊地圖上的泵站圖標可快速進入該泵站的詳細監控頁面，查看各項運行數據。

2、報警通知

多維度預警：基于預設的閾值和智能分析模型，實現設備故障預警(如電機溫度過高、振動異常等)、水質異常預警(如 pH 值超標、溶解氧過低等)、安全環境預警(如有毒氣體濃度超標、非法入侵等)。

多種報警方式：支持聲音報警、彈窗報警、短信報警、APP 推送報警等多種方式，確保運維人員及時收到報警信息，報警信息包含報警時間、報警地點、報警類型、報警數值等詳細內容。

報警處理跟蹤：對報警信息進行記錄、分類、處理，全流程跟蹤，確保報警問題得到及時有效解決。

3、遠程控制

設備遠程操控：在獲得相應權限后，運維人員可通過手機、電腦端的監控平臺遠程控制潛水泵、格柵機、風機、閥門等設備的啟停，調整設備運行參數(如水泵轉速、閥門開度等)，實現泵站的遠程無人值守運行。

自動控制策略：支持根據預設條件制定自動控制策略，如根據污水水位自動控制潛水泵的啟停數量和轉速，根據水質參數自動控制藥劑投加量等，實現泵站的自動化、智能化運行。

控制操作日志：對所有遠程控制操作和自動控制操作進行詳細記錄，包括操作人、操作時間、操作內容、操作結果等，便于后續查詢和追溯。

4、設備管理

設備信息管理：建立設備檔案庫，記錄設備的基本信息(如設備名稱、型號、規格、安裝位置、安裝時間等)、技術參數、維護記錄、維修記錄、報廢記錄等，實現設備全生命周期管理。

設備狀態評估：基于設備運行數據和智能分析模型，對設備運行狀態進行評估，生成設備健康度報告，為設備維護提供科學依據。

維護計劃管理：根據設備運行狀態、維護周期和維護規程，制定設備維護計劃，支持維護計劃的創建、修改、刪除、查詢和提醒，確保設備維護工作有序開展。

5、運維管理

運維工單管理：支持運維工單的創建、派發、接收、處理、反饋、歸檔等全流程管理，運維人員可通過移動端 APP 接收工單并實時反饋處理進度。

運維人員管理：記錄運維人員的基本信息、技能資質、工作履歷、績效考核等信息，實現運維人員的規范化管理。

運維數據分析：對運維工單處理效率、設備故障率、維護成本等數據進行統計分析，生成運維管理報表，為運維工作的優化提供數據支撐。

6、報表統計

多維度報表生成：支持生成設備運行報表、水質水量報表、安全環境報表、運維管理報表等多種類型的報表，報表數據可按日、周、月、年等時間維度進行統計。

報表自定義配置：支持用戶根據實際需求自定義報表的內容、格式、統計指標等，滿足不同用戶的個性化報表需求。

報表導出與打印：支持報表以 Excel格式導出，也可直接打印，方便用戶進行數據存檔和匯報。

7、移動端 APP

實時監控：支持在移動端實時查看泵站運行狀態、水質水量數據、視頻圖像等信息，實現泵站運行的隨時隨地監控。

報警提醒：及時接收報警信息推送，查看報警詳情，可對報警信息進行確認、處理和反饋。

遠程控制：在獲得權限后，可通過移動端遠程控制設備啟停和運行參數調整。

運維管理：支持移動端接收、處理運維工單、報警通知，查看設備檔案和維護計劃，上報運維情況。

五、方案效益分析

1、經濟效益

降低運維成本：實現泵站遠程無人值守運行，減少現場巡檢人員數量，降低人工成本;通過設備故障預測和精準維護，減少設備維修費用和備件消耗，延長設備使用壽命。

節約能耗成本：基于智能分析和優化控制策略，合理調控設備運行參數，避免設備無效運行，降低泵站能耗(如水泵能耗、風機能耗等)，實現節能降耗。

減少經濟損失：及時發現和處理泵站故障及水質異常問題，避免污水外溢、設備損壞等情況造成的經濟損失和環境治理成本。

2、社會效益

提升水環境質量：通過實時監控水質參數和優化污水提升運行，確保污水得到及時、有效處理，減少污水對周邊水體環境的污染，改善城市水環境質量。

保障城市排水安全：提高泵站運行的安全穩定性和應急響應能力，有效應對暴雨等極端天氣造成的污水量突增情況，避免城市內澇和排水不暢，保障城市正常運行和居民生活安全。

助力智慧水利建設：推動污水提升泵站運維管理的數字化、智能化轉型，為智慧水利建設提供可復制、可推廣的實踐經驗，提升水利行業信息化、智能化發展水平。

3、管理效益

提高管理效率：通過可視化監控平臺和信息化管理系統，實現泵站運行狀態的實時掌握和運維工作的高效管理，減少管理環節，提高決策效率。

規范管理流程：建立標準化的設備管理、運維管理、預警處理等流程，實現管理工作的規范化、制度化，提升管理水平。

提升決策科學性：基于大數據分析和智能分析結果，為泵站運維管理、規劃建設等決策提供科學的數據支撐，避免決策的主觀性和盲目性。

智慧污水提升泵站監控系統,通過整合新一代信息技術與水利工程技術，構建了 感知全面、傳輸穩定、分析智能、控制精準、管理高效 的智能化監控體系，提升污水提升泵站的運行效率、安全穩定性和運維管理水平，降低運行成本，防范水環境風險，為城市水環境治理和智慧水利建設注入強大動力。