數字化水廠供水管網遠程監測系統的探討

楊萍，溫雪豐

(華電水務工程有限公司，北京 100160)

某水務集團公司于2013年起陸續投資建設了8個南水北調供水廠，每個水廠在管網巡檢過程中主要采用人工巡檢、紙質記錄的方式進行。巡檢人員在現場巡檢時，因現場無法實時查看管網數據，無法準確確定管網所在的具體位置，導致施工單位挖破供水管網的事件時有發生，供水安全性得不到保障；爆管發現不及時，導致水資源浪費較多，社會影響面大。搶修人員在現場搶修時全憑經驗關閉閥門，超關、漏關和錯關閥門的現象時有發生，影響用戶生活、生產用水。

這些水廠在投資建設過程中，因考慮投資成本，水廠整體自動化水平配置較低，需配備大量操作人員保障水廠的正常運轉。投入生產運行的水廠，操作人員需現場抄水表，采用紙質方式記錄，再錄入電腦；用戶到營業網點、水費代收點繳納水費，費時費力。

1 水廠監測管理運行模式現狀

2 水廠集中監控數字化研究

隨著城鄉一體化的快速推進，供水區域的不斷拓展，管網的不斷延伸，加上部分管網超期服役，不可避免地存在著漏檢、錯檢和記錄數據不真實等問題，供水質量管理難以保證，影響人們正常生活。該公司承接南水北調中線部分城市的供水，為了保證城市的優質高效供水，基于某縣水廠供水管網于2015年開始進行數字化供水管網遠程監測系統的技術改造。

2.1 系統介紹

數字化供水管網遠程監測系統是集傳感技術、自動化控制技術、無線通信技術、網絡技術為一體的自動化網絡式監控管理系統。利用物聯網、地理信息系統(GIS)，實現流量、壓力等運行參數的匯集處理并輔助決策建議。有效解決供水管網調度困難，供水管網不合理等問題，合理管控管網供水壓力，并為推進智慧水務做好技術準備。

該監測系統能夠使相關人員在監控中心，通過計算機隨時直觀地監視和控制管網運行狀況，可以提高對供水管網的監控調度水平，有助于水務管理部門掌握本區域用水量、加強水壓調度，實現對水壓合理調度及有效控制。

2.2 數據采集架構

該監測系統數據采集采用B/S結構，以GIS方式顯示，通過相應的采集終端，對多種監測參數進行采集，包括： 管道壓力值、小區觀察表和分區計量表瞬時流量、累計流量等，并將采集到的數據存儲到數據庫，用于數據處理與分析。數據采集系統架構如圖1所示，包括數據管理層、數據傳輸層、數據采集層三部分。

1)數據管理層(監控中心)。數據管理層由硬件和軟件兩部分構成。軟件主要包括： 操作系統軟件、數據中心軟件、數據庫軟件、GIS服務軟件、管網遠程監測系統軟件、防火墻軟件。

2)數據傳輸層(數據通信網絡)。數據傳輸層采用短消息(SMS)/GPRS網絡傳輸數據，該系統具有無需布線，構建簡單、快捷、穩定，數據傳輸速率高，信號覆蓋范圍廣、實時性強、安全性高、維護成本低等特點。

3)數據采集層(前端硬件設備)。數據采集層中遠程測控成套設備由遠程測控終端(RTU)，DataRTU H86B-M遙測終端機組成。

圖1 數據采集系統架構示意

3 系統功能

3.1 壓力和流量數據采集

壓力監測點和流量監測點是由采集設備和遠程測控成套設備組成，傳感計量設備為壓力傳感器、流量計。監測點數據采用RTU傳輸至監測管理系統數據庫。

專利權利要求中的錯誤初探：錯誤的形式、改正的途徑........................................................................孟 睿 徐棣楓 11.66

每一個壓力傳感器和智能水表配置SIM物聯網卡，工作頻率(GSM)為0.9 GHz/1.8 GHz，定時采集管網壓力和流量數據并通過無線GSM/GPRS網絡上傳至管理中心，水務人員通過管理軟件查詢管網壓力數據。當管網壓力出現異常時，智能水表將報警信息上傳至管理中心，管理中心可將告警信息轉發至水務人員，以便及時排查管網異常情況。

3.2 監測原理

針對供水管網爆管、漏水、管網末梢壓力問題，利用供水管網上的遠傳壓力表、遠傳流量表，實時采集管網壓力、流量數據，設置管網壓力、流量上下限，根據采集實時數據及時預警，工作人員可以在信息中心遠程監測全區供水管網的壓力、流量情況，預防一些不必要損失的發生。

該系統根據監測供水管網的壓力和流量監測點，在GIS畫面上顯示監測到的所有監測點的空間位置靜態信息和實時動態監測信息。一旦有報警，并在GIS總畫面上以閃爍形式顯示，形成GIS壓力監測數據曲線，如圖2所示，GIS流量監測數據曲線如圖3所示。

圖2 GIS壓力監測數據曲線示意

3.3 監測點的設置

供水管網監測點依據壓力和流量監測設備，其設置不僅要考慮設備數量，而且要兼顧設備安裝位置的選取。增加監測點設置數量雖可以提高城市供水管網壓力和流量的監測準確性，但無疑會增大數據傳輸量，不利于供水管網遠程監測系統數據分析及處理。因此，應在具有代表性的位置安裝監測壓力和流量的設備，數量可相對減少。

3.4 系統功能

3.4.1 供水管網巡檢系統

供水管網巡檢系統由數據服務器、服務管理端和手持巡檢儀三部分組成。數據服務器為用戶提供查詢、更新、事務管理、高速緩存及多用戶存取等功能。管理人員登錄服務管理端進入工作界面，通過巡檢人員現場采集的管線及設施的運行狀態和運行數據，安排對管線和設施進行維護保養，并通過以上數據的積累和數據挖掘為管線和設施的更新、選型決策提供依據。手持巡檢儀具有良好的人機界面，便于運行人員掌握和操作，操作過程中語音功能、手寫輸入方式均方便巡檢人員在巡更過程中記錄設備信息。

圖3 GIS流量監測數據曲線示意

3.4.2 供水管網監測系統

供水管網監測系統可設置壓力上、下限報警值，瞬時流量上、下限報警值，實時上報或定時上報，輔助預測爆管等分析功能；現場監測設備選用帶防水性能的微功耗型，并支持市電、鋰電等多種供電方式；支持脈沖量和模擬量分時段報警功能、狀態(開關量)報警、模擬量上下限報警、信號強度報警、電池低電壓報警，并通過短信和電話的方式通知負責人，同時可設置4個報警電話號碼及IP地址；查詢歷史數據功能。

3.5 數字智能抄表系統

該縣供水管網采用了智能水表，結合GSM/GPRS無線網絡方式組成數字智能抄表系統。智能水表采用先進的超聲波測量技術，計量水流量。運行人員可通過管理軟件查詢水表累積水量、瞬時流量等數據。另外，根據需要，智能水表還可配置管網壓力檢測的功能，定時采集管網壓力數據并通過GSM/GPRS網絡上傳至管理中心，運行人員可通過管理軟件查詢管網壓力數據。

4 系統特點

4.1 數字智能管網巡檢系統

供水管網智能巡檢系統可應用于供水管道巡檢、自來水管道巡檢等領域，該系統的使用，使從事管網檢漏、搶修、巡檢、查勘、施工和營業服務人員全面了解供水管網的分布、運行和用戶信息情況，不但節省了大量的工作時間和人力物力，還提高了員工的工作效率，促進了企業的精細化管理，使供水企業的勞動生產率、經營管理和服務效率大幅提高，管網漏損率和管理成本大幅降低。

4.2 數字智能抄表系統

當管網壓力出現異常時，智能水表將報警信息上傳至管理中心，管理中心可將告警信息轉發至管網人員，以便及時排查管網異常情況。

4.3 多元化繳費

實現網上銀行、支付寶、微信等平臺繳費，方便又省力。滿足用戶需求，緩解營業廳繳費高峰期的壓力。

5 結束語

該系統的應用可減少供水管網漏損情況，生產水量與銷售量差值控制在12%以內。根據每天的管網運行參數，實時對比分析，將異常參數及時推送給相關人員，結合GIS真正實現靠數據判斷故障、解決問題，為管網漏損管理提供快速的反應時間，為公司帶來實際的經濟效益；減少運營人員約50%以上，節省開支；采用智能抄表，降低運行人員的勞動強度，減少紙張浪費；應用微信、支付寶等方式繳費，不用專人催繳水費，方便了用水戶，提高了服務水平。