刘伟岩：《城镇水务信息在线采集技术标准》解读
摘要：水务信息的准确及时采集和合理有效使用，是城镇智慧水务建设与应用的重要基础，是实现数字化管理、智能化控制、智慧化决策的重要支撑。为规范城镇水务信息在线采集的技术要求，做到信息准确、采集及时、操作简便，中国城镇供水排水协会组织编制了团体标准《城镇水务信息在线采集技术标准》。编制组通过调査研究和总结工程实践经验，提出了城镇水务全流程的关键采集指标、点位和技术要求，根据应用需求提出了合理的指标分级，可用于指导城镇供排水领域信息在线采集系统的建设与运维，推动水务行业的精细化和智慧化管理。该标准共7章，包括总则、术语、基本规定、城镇供水、城镇排水、设备状态、安装与维护。文章对标准的制定原则和关键水务信息的在线采集要求等要点进行了解读。
关键词 水务信息 在线采集 指标分级 技术要求 数据要求 采集要求
长期从事水务运营管理和技术研发等工作，提出并建立了以星级评价为核心的水务企业全维度运营管理体系，牵头编制发布了城镇智慧水务标准体系，建立了行业首个智慧水务云平台 BECloud，主持或参加多项国家、省部级科技项目，主编或参编多项国家、行业和团体标准，获北京市科学技术奖二等奖等荣誉。
引言
我国智慧水务建设呈现快速发展趋势。城镇水务信息包括水质、水量、水压、设施设备运行数据和视频等，对其进行在线采集是实现城镇水务领域数字化管理、智能化控制、智慧化决策的前提和基础，中国城镇供水排水协会发布的《城镇水务2035年行业发展规划纲要》中明确将在线监测的覆盖程度作为智慧水务规划指标。中国城镇供水排水协会组织编写的《城镇智慧水务技术指南》也提出，应构建智慧水务物联感知监测体系，实现城镇水务全范围、全流程的动态监测和预报预警。然而，数据不准确、不完整，相关硬件配置不全面是城镇水务信息在线采集最为突出的问题。因此，编制发布城镇水务信息在线采集技术标准，用于指导选取合理的在线监测指标和仪表设备，规范采集点位、传输方式、采集与传输频率等技术要求，加强对智能控制、智慧决策应用层面的支撑，做到信息准确、采集及时、运维简便，是行业当前关注的重点。
根据中国城镇供水排水协会《关于印发<2022年中国城镇供水排水协会团体标准制订计划>的通知》(中水协[2022]9号)的要求，北控水务(中国)投资有限公司联合16 家单位共同开展了团体标准的编制，在广泛调研的基础上，借鉴了国内外相关标准和工程实践经验，充分征求了行业意见，完成了《城镇水务信息在线采集技术标准》(T/CUWA 10106—2024)(以下简称《标准》)，自2024年6月1日起实施。标准适用于城镇供水、排水等城镇水务领域水务信息在线采集系统的建设与运维。
基本规定
1.1 原则与特点
1.1.1 采集原则
城镇水务信息应全面真实反映城镇水务各环节和各类设备设施运行状况和参数，在注重在线采集的系统性的同时，也要考虑代表性、经济性、安全性和运维便利性。除了遵循现行国家和行业标准，在线采集的指标、要求及设备选型还应充分考虑管理需求、监管要求、应用场景、工艺特点和现场条件。
1.1.2 分级设置指标项
为了规范水务企业设置必要的在线采集指标，同时推动行业实现更高水平的精细化和智能化管理，《标准》将在线采集指标项分为A级和B级。其中，A级指标项包括国家标准或行业标准提出的在线采集要求，以及为保障水务设施稳定运行应在线采集的指标项；B级指标项以实现精细化管理和智能控制为目标，宜在线采集。
1.1.3 鼓励采用新技术和新设备
近年来行业内涌现了一些新型在线监测方法技术和设备，尚未形成国家和行业标准，从使用的可靠性、经济性、便利性和鼓励新产品应用等角度考虑，可以将经过实际应用验证的新技术和新设备用于过程监测、预警预测等用途。但涉及到水厂进水，出水水量计量和水质检测信息的在线采集，还应遵循相关国家标准和行业标准的规定，保障数据的准确性、可用性和可比性。因此，《标准》规定，用于水厂进水、出水水量计量和水质检测的在线采集设备应选用国家或行业标准规定的检测方法，并按国家现行相关产品标准规定或制造厂设定的检定周期进行检定；用于过程监控、预警预测等用途的在线采集设备可采用经应用验证的新技术和新设备。
1.2技术要求
《标准》对在线采集设备和系统的可靠性、稳定性、安全性等方面提出了技术要求。
1.2.1可靠性
在线采集设备的精度、量程及响应时间等性能应满足设备和工艺的控制要求。在线采集系统应具备测量值超标报警、超量程报警及系统故障报警的功能。在检查井等存在爆炸风险的密闭空间内安装的在线采集设备应采用防爆型，宜达到本质安全防爆等级。在含有腐蚀气体环境下安装的在线采集设备应满足防腐要求。连续采集环节或关键环节应增设不间断电源，具备断电保护和来电恢复的功能，在断电时保证已有存储数据不丢失。在线采集设备的数据传输网络宜采用结构简单、易于维护的架构，满足实时性和可靠性要求。
1.2.2稳定性
在线采集系统应保证传输通信的稳定性，能自动存储数据；在通信中断恢复后，采用 RS485有线接口、工业以太网或无线数据传输等数字化传输技术时，在线采集设备自身或外部无线数据传输模块应立即恢复数据上传。
在线采集设备应支持数字信号或模拟量输出并优先使用数字信号传输。采用数字信号传输时在线采集设备应至少具备下列通信方式之一:
1)无线传输方式，应通过 NB-IoT、3G/4G/5G 等无线方式与上位机或管理平台通信;
2)有线传输方式，应直接通过现场总线、局域网、互联网方式与上位机通信。
智慧水务建设规划过程中，应提前规划采集设备传输规则，做到同一系统或同一设施内传输规则统一，便于后续扩展。因此，《标准》要求同一设施内的各类在线采集设备的接口宜采用相同的通信协议。
1.2.3 安全性
水务数据作为重要城镇公共数据，应在采集、传输和存储过程中做好加密保障，重要数据宜采用专网传输，在公共网络上传输时，应采取加密措施。
1.3 数据要求
在线采集与上传频率应能及时反映水质、水量、水压、设备状态和现场信息动态变化，满足预警与处置时间的要求、运行调控的要求，并应能根据实际需要设定。数据信息应及时、稳定、准确上传至上位机或管理平台进行监控和处理。
在线采集过程可能因设备、信号、环境等问题造成数据波动,应进行数据有效性审核,排除故障点、突变数据、超限数据 、漂移数据等。
在线采集系统应能储存至少3个月的原始数据、运行日志及追溯期内的日冻结、月冻结或年冻结数据，并应在授权条件下可检索、可读取、可根据需要输出报表。
城镇供水
2.1 一般规定
城镇供水在线采集点应覆盖水源、输水管渠、水厂、供水管网、二次加压调蓄等环节，在线采集频率应能根据预警与响应时间的要求和工艺调控的要求反映系统变化。
2.2 采集要求
2.2.1 水源
水源水质信息在线采集点应保证采集的水样具有代表性，能对水厂起到水质预警作用。其中河流型、湖库型水源的在线采集点应设置在取水口附近或取水泵房，条件不便时也可设置在原水输送管/渠；地下水水源的在线采集点应设置在有代表性的水源井或取水泵房；若水厂为多水源取水，应在每种水源相应位置设置在线采集点。水源水量信息在线采集应满足所有水源集中取水点的流量或水位监测需求。
2.2.2 输水
输水环节在线采集点应覆盖长距离输水系统管线重要节点。
2.2.3 水厂
配置自动控制系统的供水设施，应根据规模、控制要求和节能降耗要求配置相关水质在线采集设备。水量信息在线采集应满足厂区进出水流量和滤池、清水池、回用水池等水位监测的需求。采集频率应满足水厂生产工艺的要求。
2.2.4 配水
供水干管、不同水厂供水交汇区域、较大规模加压泵站、管网末稍、居民经常用水点及重要区域应单独设置水质在线采集点，采集点数量应根据供水服务人口、服务面积及管网特点确定，中等以上城市在线水质采集点不宜低于1点位/(5万人口)或1点位/(10 km2)。
供水配水系统水量信息在线采集应满足管网运行状态监控和计量分区需求，包括管网上的水量、压力调节设施的流量、水位等。
2.2.5 二次加压调蓄
二次加压调蓄信息在线采集应满足终端水质管理、水量计费、用水调度等需求。
2.2.6 指标统计
将城镇供水系统在线采集的指标及其分级数量进行统计，如表1所示。
表1 城镇供水系统在线采集指标和分级数量
城镇排水
3.1 一般规定
城镇排水系统在线采集点应覆盖污水收集、处理、排放、再生水回用等环节，城市内河或受纳水体，以及源头控制设施、合流制溢流排口、雨水管网、雨水调蓄池、排涝泵站、易涝点等内涝防治关键节点。
城镇排水系统在线采集频率应能反映水量水质变化，满足预警与响应时间、工艺调控和主管部门监管的要求,并结合在线采集设备的分析周期来确定，在发生污染事故或水量水质有明显变化期间应增加采集频率。
3.2 采集要求
3.2.1 污水收集
城镇污水收集管网的在线采集点应覆盖重点排水户、截留井、主干管网重要节点。水量在线采集点的设置应满足提升泵站、污水处理、厂网河(湖)调度的需求。
3.2.2 污水处理
污水处理厂的水质在线采集点应覆盖进水、主要处理单元及出水，采集位置与指标应与工艺要求相匹配。水量信息在线采集应满足各工艺单元和设施调控的要求，包括进出水流量、构筑物水位、液位差、配水量、回流量等。
污水处理厂生化单元采用智能曝气系统和智能碳源投加系统时，应根据控制需要设置相应数量的溶解氧、氧化还原电位、氨氮、硝酸盐氮、正磷酸盐、混合液悬浮固体浓度等在线采集设备。
污水处理厂化学除磷单元采用智能加药除磷控制系统时，应根据控制需要设置正磷酸盐在线采集设备。
污水处理厂污泥相关信息的在线采集点应覆盖污泥处理、存储及转运等环节。污泥处理单元应根据不同控制需要设置在线采集设备。采用智能排泥系统时，应设置悬浮固体浓度在线采集设备；采用厌氧消化工艺时，应设置 pH、温度在线采集设备。泥量信息应包括进泥流量、污泥调理剂流量、各构筑物液位等。
污水处理厂视频信息在线采集点应覆盖预处理单元、生化单元、深度处理单元、药剂存储和加药单元、污泥处理单元等关键工艺单元,以及中控室、危化室、厂区出入口及主要道路等，实现实时采集、连续传输。
3.2.3 内涝防治
城镇内涝防治系统水量信息在线采集指标应包含排水泵站的集水池水位、流量信息，雨水调蓄设施的水位、流量信息，以及排水管网关键检査节点、城镇易涝点的水位信息等。
城镇易涝点在线采集信息应能直接反映地面积水深度，并应实现超阈值预警报警。
雨量信息在线采集宜包含气象站观测数据、区域雨量站采集数据和雨量计工作状态数据。宜采用翻斗式雨量计，设备采集数据和工作状态数据应实现本地储存和即时上传，在非降雨时段设备宜采取休眠模式，在降雨时段应即时发送数据。降雨时段的数据传输频率不宜低于1次/min，非降雨时段的数据传输频率不宜低于1次/h。
城镇内涝防治视频信息在线采集应包含重要的下凹式绿地、湿塘、雨水调蓄池等源头控制设施，以及易涝点、排水管网关键节点、末端排口、河、湖、水库等的现场监控视频，并宜具备图像识别功能，能有效识别内涝积水事件并自动触发预警报警提示信息。
3.2.4受纳水体
城镇排水系统受纳水体应根据控制断面要求、尾水排放要求设置在线采集点。
3.2.5 指标统计
将城镇排水系统在线采集的指标及其分级数量进行统计，分别如表2~表4所示。
表2 城镇污水收集系统在线采集指标和分级数量
表3 城镇污水处理系统在线采集指标和分级数量
表4 内涝防治与受纳水体在线采集指标和分级数量
设备状态
4.1 一般规定
设备状态信息包括设备运行状态和设备运行参数。在线采集对象包括变、配电设备及用电设备(格栅、搅拌器、推流器、泵、鼓风机、脱水机等)。采集指标和频率应满足监视和保障设备运行状态的要求，对异常状态进行及时报警的要求，以及运行优化和节能降耗的要求。信息应实时采集，变化即传，且传输频率不低于1次/(15s)。
4.2 采集要求
4.2.1 设备运行状态
设备运行状态在线采集指标包括设备的本地/远程状态、运行/停止状态、故障状态等。设备的运行和停止状态，或电气开关的分断和闭合状态，宜采用独立的状态信号分别表示。设备故障信号宜直接采用设备保护元件的告警信号。
4.2.2 设备运行参数
设备运行参数在线采集指标包括设备的电测量数据和运行数据。电测量数据模拟量包括设备运行时的电压、电流、功率、功率因数、频率等电测量数据电能量包括有功电能量等。运行数据包括设备运行频率、阀门开度、温度、流量、压力等指标。
对于需要进行技术经济考核的75kW及以上的电动机应装设电能表。对于55kW及以上电动机，以及55kW以下工艺要求监视电流的电动机应测量机组电流。对于潜水泵，应采集泄漏信号，以保障运行安全。
结语
（1）《标准》是智慧水务标准体系中的重要技术标准，为首次发布，有助于规范和加强城镇水务信息在线采集的设计、运行与管理，支撑智慧水务建设。
（2）《标准》对城镇水务感知层设备的技术要求(如设备安装点位、数据传输方式、监测频率、上传周期等)做出了精细化规定，并鼓励采用性价比高、运维便利、新型的在线监测技术和设备，更加适应水务管理需求和智慧水务建设要求。
（3）《标准》综合考虑了现行业标准要求和运营企业实际管理需求，对在线采集指标进行了分级设置，可操作性强，有利于推动行业实现标准化、精细化和智能化管理。
（4）在城镇供排水一体化、厂网河(湖)一体化的发展趋势下，《标准》涵盖了供水水源、输水管渠、水厂、供水管网、二次加压调蓄、污水收集、处理、排放、再生水回用、受纳水体等城镇供排水重要环节和内涝防治关键节点的在线采集要求，对城镇水务全链条系统性管理起到了标准支撑作用。
