佛山市南海瀚泓污水处理系统管理有限公司
摘要：市政道路雨污水管网工程施工容易受到施工环境、技术、自然气候等因素影响，出现质量验收不合格、存在安全隐患等问题，需要施工单位引起重视。雨污水泵房的地下结构，在设计、施工和监理方面应注意的主要问题和一些具体做法，介绍了雨污合建泵站的改造工程设计，分析了泵站现状存在的问题，结合以往施工经验，认真总结施工期间较常出现的问题，本文主要针对市政道路的雨污水管网施工关键技术进行了研究，指出了施工中方案执行问题、道路高填方地段采用大直径顶管施工造成路面塌陷、管道基础不均匀沉降等问题，并且提出了有效的施工管理对策，以此提升工程施工质量，减少工程安全隐患，延长工程使用寿命。为了有效解决这些问题，实现其远程监控和智能调度，本文在充分研究雨污水泵站的管理模式和控制机理的前提下，将地理信息技术和物联网技术结合起来，建设了雨污水泵站的联合智能调度系统，为城市市政排水提供了可靠的依据，为城市排涝提供了有效的辅助手段。
关键词：雨污水；泵房；远程监控；物联网；智能调度
引言
随着地理信息技术和物联网技术的发展，智慧城市的建设逐渐开始应用到生活的各个领域，尤其是在近几年比较热门的城市内涝排水和城市污水排放以及污水处理等领域，智慧化建设不断提升，许多城市也在不断探索城市内涝的预警预报系统。这些系统大多偏重于城市降雨量和地面积水的水位监测，数据深层挖掘的功能相对较少，对于整个城市的排涝泵站调度考虑并不多，有时候，为了及时排掉立交桥下的积水，将泵站全负荷开启，甚至超过了管网的可承载能力，造成马路上排水井盖处雨水冒溢等情况。本文在研究新技术的基础上，充分结合地理信息和物联网技术，在雨污水泵房的远程控制和智能化调度方面，提出一种系统实现方案，在系统中，实现泵房水位、水质等情况的实时监控，实现泵房里水泵的实时运行情况、故障情况等的实时监控，并通过PLC控制柜在远程实现对泵站内的设备的远程开关控制，同时，根据城市居民生活用水排放规律和工业废水排放规律，根据污水处理厂的处理能力等，调整泵站的开启和关闭规则，保障雨污水的正常排放和污水厂的达标处理。
一、应用的主要技术
1．1地理信息技术
地理信息技术以空间位置为载体，融合了地理、地图、定位和相关的计算机、测绘、管理系统等多类学科和知识，综合了多种与位置相关的数据，在地图上展开基于空间位置的分析和基于位置的查找等，在GPS等卫星定位行业中，实现了动态物体的实时位置和定位导航，在涉及车辆的各个行业中，包括交通、公安等与车辆、物资、人员的位置有关系的领域，得到了广泛的应用。在本次研究的课题中，地理信息技术主要是用于泵房、污水厂以及相关雨污水排放设施的位置展示，在一张图上进行相关信息的查询和统计分析。
1．2物联网技术
物联网技术采用传感器技术、智能终端等核心技术，通过实时采集泵房污水和雨水的水质、水位、流量、雨量、视频等信号，提高安全隐患问题排查的实时性、准确性和可靠性，提高安全水平、事故预防与应对能力，提升安全管理的科技支撑能力，完善管网安全应急管理体系，真正实现地下管网安全全方位、全过程、全时段的监管。
1．3PLC控制技术
PLC控制系统是工业控制的核心，它是一种可编程的逻辑控制器，针对泵站设备，我们采用它的可编程控制性质，在其内部存储控制程序，通过远程网络传输模块，传输设备的运行参数和远程控制指令，使得管理员能够在办公室统一调配控制泵站的启停等操作。
二、系统总体架构
2．1数据采集及网络
系统数据采集和系统整理的架构涉及到数据采集终端、数据传输、控制方式、智能调度等，架构如图1所示。
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雨污水泵房远控与智能调度系统在监控端安装必要的传感器，主要包括水位计、雨量计、流量计、水质监测设备等，采集到关于泵房内的存水情况数据通过GPＲS、无线、有线等多种网络，传输到服务器、监控端以及移动终端；机站和泵站采用PLC自动化控制柜的方式进行数据采集和控制，在重要位置建立视频监控，重点关注出现报警时的视频影像。
2．2系统开发技术路线
整个系统的开发结合地理信息技术和物联网技术，采用B/S模式，在网页端展示和访问系统，将地理信息行业的地图作为底图来进行管理。所有的数据采用Oracle+ArcSDE管理的模式，采用ArcGISServer实现数据服务的发布和管理，底图采用瓦片服务，提升泵房图层，排水设施、污水厂等图层采用动态矢量服务，统一坐标系，在一张图图上展示数据。
三、系统功能设计与实现
3．1泵房数据管理系统
雨污水泵房设备设施数据管理系统结合实际，提供科学的雨污水泵房设备设施管理方案。系统的主要功能包括：
1）一张图展示系统地图采用管理范围的影像图和基础地形图作为底图，所有管辖区域内的泵房位置在地图上进行标识，泵房的基本信息和实时监控数据，都能够通过地图进行管理。地图操作功能模块主要是实现系统中图层的添加、基本视图操作（放大、缩小、漫游、全幅显示、全屏地图等）。
2）设备设施数据更新编辑通过本模块用户可以进行设备设施数据的导入、编辑、维护、更新，并对修改留存相应的记录，记录历史数据，实现雨污水泵房设备设施数据更新管理。
3）设备设施查询主要提供对泵房、污水处理厂、设备设施等的属性数据进行查询，包含地图查询、快捷查询、地名查询以及节点属性表、区域属性表查询等。
4）设备设施统计本模块主要有实时统计设施状态、实时检查数据质量，统计设备设施的运行情况，泵房的水泵满额负载率、故障率，并将统计结果以文档的形式生成统计汇总报告。
3．2雨污水泵房远程监控系统
雨污水泵房远程监控系统通过中心站和遥测站（监测站）的协同工作，实现对于雨污水泵房的远程实时数据采集和监控，并能够根据智能调度的指令，开启和关闭水泵的开关。
1）数据在线采集雨污水泵房内安装有水位、水质、流量等实时监测设备，能够实时不间断采集泵房内收集的水的实时情况。另外，对于提升泵，有PLC控制柜实时采集水泵的运行参数，包括开关状态、电流情况、运行报警故障等信息。
2）视频监控通过在雨污水泵房等处安装视频监控设备，可对水位过高、设备故障等现场情况进行实时查看。此外，也能够对视频录像进行查询和历史回放。
3）其他数据接入该模块提供外部数据的接入功能，可接入气象部门的天气数据，水利部门的水情信息，污水处理厂的视频信息，以及其他工情、灾情信息。
4）数据查询与统计分析提供历史数据查询功能，可根据时间、监测点等参数查询历史数据，并能够根据一定周期或以自定义形式导出监测数据的统计报表。
5）设备远控雨污水泵房内水泵的远程控制通过PLC控制柜来实现，通过协同调度来控制水泵的开和关，控制每个泵房里的水泵开启的台数。
3．3雨污水泵房智能调度系统
3．3．1生活污水泵房调度
1）生活污水排放及处理现状城区居民生活用水排放高峰期为下午4点到晚上11点，这段时间是生活污水的排放高峰期，其余时间基本维持平稳偏低的水平，尤其是晚上12点到凌晨5点钟，城市生活污水的排放量相对较少。
2）引发的主要问题高峰期污水处理厂处理设备处于超负荷运转状态，在空闲期，污水厂污水不能满足处理量的要求。
3）调度安排针对分布于居民区，主要提升生活污水的泵房，按照时间，调整泵房内的水泵开启水位，污水排放高峰期的时候，调高水泵开启的水位，让城市污水留一部分在污水管道中，等到夜深水量减少的时候，按照污水处理厂的处理能力，再相应降低水泵的开启水位，让管道里的污水陆续排放到污水处理厂，保障生活污水的正常处理。
3．3．2工业废水泵房调度
1）工业废水排放情况企业废水有许多不达标的排放情况，污水排到污水厂时，超出了污水厂的处理能力；有些企业还存在偷排漏排现象，常常会在夜间出现大量排放的现象；有些排放企业的污水管道没有接入污水处理厂，而是通过在雨水管道中开口的方式，将污水直排到雨水管，直接排放到河流中去。
2）引发的问题工业污水处理不达标排放，直排引起河道污染等，污染源偷排漏排，查找困难。
3）调度安排根据泵房内的水质情况，来确定启动水泵的开启和关闭，综合水位和水质情况，在水质严重超标的情况下，设定更高的水位作为水泵的开启水位，尽量保证进入污水厂的水，与污水厂处理能力相匹配。同时，根据泵房的水质变化情况，溯源查找排放污染源，查找处理违法企业，减少违法违规排放等问题的出现。
3．3．3雨污水混流泵房调度
1）存在问题由于历史原因造成的很多地方雨污水混流情况仍然存在，且有些城市的雨污水管道确实留有相互切换的辊闸，在城市降水量较大的时候，立交桥下积水排放非常集中，管道的输送能力与提升泵的提升能力不匹配；污水管道的设计与污水提升泵的提升能力不匹配，没有联合调度，造成道路上污水冒溢的情况。降雨量较大的季节，大量雨水流入污水管道，并输送到污水处理厂，大量不需要处理的水给污水处理厂的处理工作造成较大的压力。
2）调度安排根据现有的管网管径情况，限制同时开启的水泵台数，在水位控制开启的限制条件中加入同时开启台数的限制，如果一个泵房中多台水泵不能同时开启，则设置均衡磨损原则，各台设备轮换开启，故障设备跳转启动等。在雨水大量流入污水管道，水质能够达到直排标准的情况下，通过原有的辊闸切换水的流向，降低污水处理厂的压力。
结束语
本文研究的雨污水泵房远控和智能调度系统，实现了对雨污水泵站的远程自动化控制，对泵站进行了相应的PLC远控改造，实现了在线监控，并以在线监测数据、管网空间数据、降水数据、地表径流为基础，充分考虑管网排水能力，结合GIS的数据管理和空间分析能力，为城市雨污水泵房的远控和智能调度方案提供有力支撑，解决城市面临的管网排水能力、泵站抽水能力、污水处理厂处理能力不匹配造成的各种矛盾。通过对排水泵站进行联合调度，使得泵站之间排水相互协调，做到泵站的最佳节能运行，从全局实现对城市雨污水监控系统的联合调度运行。同时，系统还可以实现对雨污水泵站日常运营状况进行管理，实现对雨污水泵站人员、设备、运营指标等的管理。但是，由于对管网排水能力模型的建设还有欠缺，对城市内涝发生前的预测和集中调度水泵开启还存在算法上的缺陷，现在的算法是在经验模型的基础上建立的，并没有真正将管道排水能力的模型建立起来，算法上还有待提升。
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