摘" 要：研究旨在为城市级水务企业下属的污水处理厂的运营管理领域设计一套智能的信息处理系统。系统建立以标准化作为其核心原则，利用资源集约化策略，以及以生产和运营活动作为主要业务流程。通过构建和实施这一信息化平台，水务企业增强了对污水处理活动的监控和管理能力，实现对运营各环节的状态进行深度分析，识别数据的变化趋势及异常波动，预测可能的风险，并进行评估和规避，确保污水处理站点能够高效且低成本地运行。
关键词：信息系统；污水处理；智慧水务；智能化；数据分析
中图分类号：TP311" 文献标识码：A" 文章编号：2096-4706（2024）19-0086-05
Design and Implementation of an Enterprise Level Sewage Treatment Information Management System
WANG Minfeng
（Xiamen Yescan Environmental Protection Science and Technology Co.， Ltd.， Xiamen" 361000， China）
Abstract： The aim of this study is to design an intelligent information processing system for the operation and management field of sewage treatment plants subordinate to urban water enterprises. The system is established with standardization as its core principle， and it utilizes resource intensive strategies， and takes production and operational activities as the main business processes. By constructing and implementing this information platform， the water enterprises enhance the monitoring and management capabilities for sewage treatment activities， achieve in-depth analysis of the status of various operational links， identify data trends and abnormal fluctuations， predict possible risks， and evaluate and avoid them， ensuring that sewage treatment stations can operate efficiently and at a low cost.
Keywords： information system; sewage treatment; smart water management; intelligence; data analysis
0" 引" 言
随着水资源短缺和水环境污染等问题的日渐突出，物联网、云计算、大数据等新一代信息技术在水务行业加速渗透与发展，智慧水务应运而生，逐渐发展成为传统水务转型升级的重要方向。自2010年起，工信部和发改委先后出台系列政策支持物联网产业化发展，加速传统产业数字化转型[1-2]。
目前，我国各级城市都是依托地方的水务集团，建设各个基层污水处理厂，并且随着城市化进程的推进，未来污水处理业务仍将继续拓展。各地方污水处理厂数量多、分布散，增加了城市水务集团运营管理难度。针对这些现状，利用物联网、云计算、大数据、移动应用等新一代信息技术，建立企业级的污水处理信息管理系统，从“数据采集—数据分析—综合调度—科学决策”四个维度的一体化水务调度管控，实现区域化集中管理，降低运营成本、提高运营效率，推动污水处理厂运营维护管理实现精细化、标准化、智能化。
1" 业务及功能需求分析
企业级污水处理信息管理系统为污水处理设施提供一个集成化、高效、安全的监控管理方案，通过实时数据采集、远程控制、智能预警与深度分析功能，旨在优化运行效率，保障水质安全，支持环保及可持续发展。系统设计需兼顾业务与用户多样性需求，确保其高效、稳定性及提供易用的操作界面与强大数据处理能力[3-4]。
因此，从需求上来讲，应该从以下几个方面充分考虑。
1.1" 业务需求
企业级的污水处理信息管理系统的核心是实现对污水处理厂的实时数据采集、监控、远程控制、统计分析、预警报警、报表生成、知识和文档管理、系统安全与配置管理以及移动办公支持。同时，系统应支持第三方平台接入和未来的扩建与纳管功能。因此从业务层面来看，系统应实现的功能包括：
实时数据采集、监控、远程操作、统计分析、预警、报告生成、知识与文档管理、系统安全及配置管理，并支持移动办公。系统保障数据的高可用性与准确性，使能远程控制主要工艺设备及实时状态监测。具备高级分析工具如趋势对比、K线分析、超标统计等以支持管理决策，同时提供全面报告功能。系统还要支持专家、预案和文档管理，满足移动办公需求，并能与第三方平台无缝对接，同时预留未来扩展能力[5]。
1.2" 用户需求
结合实际的业务来看，污水处理的业务包括了企业的管理决策层、水务集团管理人员、污水处理厂的运维工程师、信息系统的运维人员以及通过移动端使用系统业务的用户。
首先，面向管理决策层展示关键性能指标（KPIs）和实时数据仪表盘，方便快速了解全局业务状况。能够生成全面的数据报告。能够分析和比较各污水厂的设备健康状况及水质达标率，用于监督和品质保障。
其次，对于污水处理厂运维工程师，可通过GIS地图集成，查看各厂区的位置和详细运行状态。能够远程控制工艺设备，进行设备维护和故障诊断，快速查找处理问题的解决方案和操作指南。
最后，对于移动端用户，能够查看设备运行数据和系统警报；支持现场数据采集、设备巡检、故障处理；在移动端接收和处理工作订单，查询设备历史记录和维护信息[6-7]。
2" 系统架构分析与设计
结合企业级的污水处理信息管理系统的需求分析，从业务场景及用户的特征来看，系统在技术实现上应采用模块化设计，确保系统的可扩展性与可维护性，使用安全可靠的数据通信协议，确保数据传输的安全性。同时，系统设计应考虑高并发场景，确保在数据量大时依然保持高性能。
2.1" 系统业务架构设计
在架构设计方面，系统采用了基于智能化的多层次处理方法，包括数据采集、处理、统计与分析。这种设计逐步发展出了多个子系统，涉及远程监控管理、运营管理、设备管理、安全管理、巡检管理、数据分析、数据存储、工单处理、出勤记录以及人车管理，并整合了移动APP应用。实现了跨平台的实时监控数据与视频数据，生产管理以及丰富的数据查询和分析服务，从而支持管理人员在运营管理、智能数据分析和综合决策制定等方面发挥关键作用[8-9]。具体设计架构如图1所示。
2.2" 系统技术架构设计
系统采用微服务架构，基于SpringCloud和Nacos实现服务的注册与发现、配置管理等功能。数据存储方面，选用了MySQL作为关系型数据库，Redis作为缓存数据库，Elasticsearch用于全文搜索与分析，以及Tdengine时序数据库用于处理时序数据。日志管理方面，采用Loki作为日志聚合系统，Grafana用于展示监控指标，Promtail用于日志采集。编译和部署方面，采用了Docker容器化技术进行应用的打包与部署，Maven作为项目的构建工具，SVN用于版本控制，Jenkins用于持续集成与持续部署。具体技术架构及环境如图2所示。
3" 系统主要功能设计
系统使用使用B/S架构的应用程序实现相关功能，系统部署在对应的服务器上，用户通过浏览器或者手机APP访问登录页面，输入账号密码进入系统，系统会根据用户的账号及角色的权限，为各类用户提供对应的功能模块，系统的功能组成如图3所示。
3.1" 数据管理中心模块
数据中心完整的处理链路涉及多个环节，包括设备采集数据、数据传输、存储、处理与分析，以及最终的展示与可视化。数据中心负责存储和管理各区域厂站的基本信息（概况、设计和运维资料等），通过将纸质资料数字化并分类归档，实现资产的无纸化管理，确保信息的易检索和快速查阅。同时，数据中心通过将监测数据和统计指标可视化，提供实时数据监控和远程访问，辅助用户进行数据分析和决策支持。
3.2" 集团级管理平台
集团级管理平台的权限是系统的最高权限，能够查看汇总数据、图表，可以按单个市或站查看。能够对市级子平台的接入，对下辖所有污水处理厂日常管理与调度决策需要的水情、工情、水质等相关信息的实时采集、传输。对所辖地级市的运行数据进行横向、纵向统计分析，并生成相关报表，为水资源的利用、节约以及水环境保护与水生态治理等综合管理提供决策服务。主要功能有以下两个。
3.2.1" 统一门户模块
用户登录系统后，可以直接展示用户基本信息和项目平台总览，以数据驾驶舱的方式，提供实时、直观的设施管理和运行监控，支持高效的现场管理和决策，如图4所示。结合地理信息系统（GIS）在地图上直观显示各种设施的地理位置和运行状态。
3.2.2" 业务管理模块
如图5所示，用户进入系统后台，可实时查看下辖多个污水厂的同步实时监控，支持过程监视、曲线查询、运行统计、状态预警、视频监视等。实现远程、实时的设施运维监控，提高运维效率和设施安全。
3.3" 市级生产运营管理平台
市级管理运营模块主要面向集团下属的各市级水务企业或者分公司使用，主要是用于市级单位对区县下的污水处理厂站进行集中管理，实时了解现场污水处理厂具体情况。实现对各重要工艺环节的视频监控、数据共享、状态查询等。实现对相关设备的远程自动控制，减少管理人员投入[10]。主要功能有以下三个。
3.3.1" 市级综合驾驶舱模块
以市级下辖的各个层级的采集数据为基础，实现涉及污水站定位、管网展示、运维数据、设备信息及AI视频识别等功能的集成展示，如图6所示。同时，针对工艺管理与远程控制实现包含三维和全景工况展示，及远程控制物联网设备。
3.3.2" 运营管理模块
市级用户使用该功能对关键运营数据进行分析，如水质监测和设备运行情况，如图7所示。实现针对系统报警的记录、展示、规则设定和订阅功能。
3.3.3" 市级业务管理模块
实现对实验室基础信息、仪器设备、药剂、样品以及检验流程的精细化管理；实现对各级污水处理厂的设备、备品备件、药品等资产信息统一管理；并为市级单位提供的数据分析统计功能、
同时，根据不同设备（处理工艺、设备数量、设备组成）定制工艺流程云图，将设备和运行情况可视化呈现。
3.4" 移动端运营管理软件
移动端运营管理软件主要是以手机APP的方式，来实现设备和设施在运行过程中的动态数据实时监控，如图8所示。不仅可以保证各级管理和操作人员能在第一时间内准确获知设备的运行状态，而且通过利用移动互联网技术，也能实现对分散式数据的高效管理。采用移动应用还能提高管理的灵活性和响应速度，增强决策的时效性和准确性。管理人员可以通过智能手机或其他移动设备随时随地访问所需数据，及时做出调整和应对，从而优化资源配置，提升运营效率和服务质量。移动端主要包括两个版本：提供给管理人员使用，为高层管理提供基于移动端的决策支持系统，通过汇集关键的运营数据和指标，使决策者能够快速、准确地获取信息，并基于此制定策略，管理人员通过登录手机APP，使用监管端的功能。
4" 结" 论
智慧水务代表了一种更加精细、动态和智能的水务管理新模式，对于促进资源的整合与共享、实现节能减排具有深远意义。它已成为推进水务行业高质量发展的关键策略，并且在数字经济背景下，成为传统水务企业转型升级和实现科学发展的关键路径。本文提出的企业级的污水处理信息管理系统，作为智慧水务大体系中的重要环节，通过采用快速、及时、精准的感知技术，扩大感知内容和覆盖范围，以实现对水资源状态的全面监控。利用集中控制系统，自动化管理防洪、水源、供水、排水和生态河湖等水务工程，提高控制效率和响应速度。
从系统层面，通过及时发现问题、发出预警、通知相关人员、提出解决方案和控制措施，构建全生命周期的决策支持系统，系统涵盖信息采集、仿真、诊断、预报、调度、控制到服务的各个环节，以实现业务的协调和优化。
此外，企业级的污水处理信息管理系统，能够帮助各省的水务集团构建分散式污水处理站监测网络，实现对污水处理运行情况的实时监控，对环境污染治理设施进行虚拟化接入和整合，获取在线监测数据，对收集的数据进行智能化分析处理，实现数据的高效利用，并通过可视化技术，直观展示水质和处理过程，便于管理和决策。
参考文献：
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作者简介：王敏锋（1984—），男，汉族，福建宁化人，高级工程师，本科，研究方向：水环境监测治理、智能化集成产品。
