基于GPS的自來水管網監控系統設計分析

施悅楓

摘 要：如今自來水廠逐漸使用監控系統展開管網運維管理，通過結合GPS技術的應用，優化監控系統的功能。基于此，本文先分析了GPS監控系統的優勢，然后研究了系統設計，從系統構成、運行原理、功能設計和消除誤差四個方面進行了具體的分析，以期通過結合GPS技術優化監控系統功能，讓監控系統輔助管網管理，提高管理效率，提高自來水廠供水服務水平。

關鍵詞：GPS;自來水管網;監控系統

引言：自來水廠如今加快自動化建設，自來水廠管網圖更新慢、閥門位置模糊、閥門控制范圍不明確等問題逐漸顯露出來，人工難以改善上述問題，隨著通信技術、GPS技術的廣泛應用，為自來水廠管網管理提供了管理空間，通過建設管網監控系統，對自來水管網展開自動化監控。因此，研究自來水管網GPS監控系統的設計，對于優化自來水管網管理有著重要作用。

一、自來水管網GPS監控系統的優勢

自來水管網監控是實現自來水廠自動化管理的重要舉措，隨著自來水廠對于管網運行管理提出更高的要求，越來越多的技術融入監控系統，讓監控系統的功能和服務更加完善。自來水管網監控系統使用全球衛星定位技術，融合計算機網絡、通信技術、GIS技術以及GPS技術等，適合在自來水管網運行中展開業務管理。通過使用GPS技術，讓監控信息得到準確的傳輸，同時使用地理信息系統綜合分析定位信息[1]。在自來水管網遇到緊急事故時，可以第一時間對事故進行處理，維護管網的信息，實施動態化測量，方便于自來水管網的自動化處理，提高自來水運維管理的工作效率。

二、基于GPS的自來水管網監控系統設計

（一）系統構成

自來水管網監控系統主要包括GPS系統、GIS系統、數據庫、SCADA系統、壓力監測系統以及通信鏈路。在網絡環境下，監控系統可以保證多個用戶同時操作，同時滿足多站點共享的要求。其中GPS系統包含24顆衛星，實現全球覆蓋，衛星可以連續發射信號和電文，電文中涵蓋了衛星位置數據。GPS系統可以完成全天候定位，且定位精度高，具有一定抗干擾能力和良好的保密性，由于自動化水平較高，可以節約觀測測量時間和成本。此外定位單元也是系統重要構成，將基準站放置在已知高程和坐標的電位，通過接收衛星信號，通過數據鏈形式將衛星信號傳遞給周圍用戶。監控單元可以為高層人員提供決策和調度的支持，通過監控平臺、顯示器、無線通信設備等，使用中心站天線通信，數據經過通信接口傳送給微機處理，經過解碼處理分析，傳輸給監控GIS系統。工作站使用HUB連接顯示器、監控終端、服務器等，讓發布控制命令、地圖定位、數據搜索等功能得到實現。經過二次開發監控系統，增加數據處理模塊，讓管網得到全面的監控。

（二）運行原理

管網普查過程中線使用GPS靜態功能建立控制網，將其作為常規控制點。通過基準站上精準的地心坐標和當做轉換參數，作為起算數據。在待測點上使用GPS接收機，再展開數據的觀測。觀測期間，基準站可以接收同步數據，對三維坐標進行解算，在解算結果逐漸穩定的情況下，要求精度達到設計的要求。展開動態測量要啟動差分基準站，發射改正信號。流動站根據航線以及間隔測量，和基準站一起同步觀測數據，確定采樣具體位置。完成全部測量工作之后，顯示出已經測量的線路。處理事故過程中，如地下管線發生漏水事故，依賴壓力監測系統對壓力信息進行檢測，通過自動控制向監控中心反饋。監控中心對信息進行分析，向維護人員提供事故GPS坐標位置。決策人員根據GIS平臺提出的數據分析報告，下達指令給檢修部門具體的閥門位置，利用GPS系統調用數據信息，對閥門和井的位置進行實時檢測，實現管線監控以及搶修。

（三）功能設計

（1）測量功能，要求監控系統展開靜態測量、實時測量、快速測量幾種測量方式，測量功能可以支持管網普查，通過實時測量，向管網輸出實時精密控制點以及管線位置的坐標。

（2）處理事故，利用控制界面準確顯示作業點，為作業人員導航，導航的誤差可以控制在5cm之內，方便確定管線結點以及閥門位置。

（3）放樣，根據系統數據庫中GIS坐標，可以制定準確的作業計劃，在野外展開工程放樣，根據公路的要求，在系統中輸入曲線要素，完成實時實地編輯曲線、直線等，有序完成實地的放樣工作。

（4）快速成圖，系統可以快速自動生成管網矢量圖，根據系統GPS定位數據，讓矢量電子地圖可以和GPS定位信息完美結合移動目標和文字。

（5）管理地理信息，結合GPS和GIS系統數據庫，可以有效查找自來水管網中突發事件地點，更新GIS數據庫，掌握管網管線縱橫走向，對地貌和地物展開全面數據調查。建成自來水管網的監控系統，系統將以供水管網作為中心，提供空間信息等，監控系統借助于企業網絡，形成動態實時監測的通信網絡。

（四）誤差消除

分析GPS測量誤差消除措施，可以滿足監測精度實際要求。一是使用差分法消除誤差，對于SA頻率抖動、衛星頻率不穩定、定位誤差、接收機振蕩誤差等方法，通過差分法的應用對誤差進行消除處理[2]。二是信號被天線接收前被其他物體反射，造成出現嚴重的誤差，造成衛星信號出現失鎖，要使用雙頻觀測對誤差進行檢查，要清理天線附近反射體，減少此類影響。三是消除對流層折射造成的誤差，長距離可利用雙頻接收機對折射誤差進行消除。四是消除電離層折射，采用雙頻相位和電離改正模型對折射影響進行消除。

結論：綜上所述，自來水管網GPS監控系統主要包括GPS系統、GIS系統、數據庫、SCADA系統、壓力監測系統以及通信鏈路。系統功能主要有測量功能、處理事故、放樣、快速成圖、管理地理信息。通過GPS監控系統的設計，讓系統具備更完善的功能，提高自來水廠的服務水平，提高運檢維修效率。

參考文獻：

[1]董鵬飛. 基于超聲波流量計的自來水管網無線監測系統的研制[D].哈爾濱工業大學，2017.

[2]張勇，張俊，張小波，等.成都自來水管網移動巡檢系統的設計與實現[J].測繪與空間地理信息，2015，38（09）：119-121.