自动监测站在饮水安全管理中的应用

2011-04-30杨胜梅

水利信息化 2011年2期

祁洁，杨胜梅，陆敏

（水利部南京水利水文自动化研究所，江苏南京 210012）

0 引言

农村饮水安全根据水质、水量、用水方便程度等指标衡量。目前全国各地饮水安全工程都在建设中，以江苏省宿迁市宿城区为例，饮水安全工程建设 2 年来，虽然满足了群众日常的饮用水需求，但是管理效率低下，成本过高，对各水厂、输配水管网运行情况也只采用人工方式进行监测，一旦发生突发事件，应急响应机制严重滞后。因此，建立宿城区饮水安全管理信息化系统，对满足人民群众日常的饮用水需求，解决农村饮水安全问题，提高饮水安全管理工作的科学性，显得尤其必要。

饮水安全管理信息化系统要求实时掌握水源地、水质、水量、管网运行等信息，监测管网的运行和饮水安全，为科学取水和配水提供科学决策依据。宿城区饮水安全管理信息化系统建设内容包括信息采集、通信链路、局域网络（包括监控中心和乡镇管理站设施）、应用软件（包括系统和支撑软件）及与之相配套的工程建筑物和基础设施改造等 5 个方面，通过建立监控中心、乡镇管理站、中心水厂自动监测站，对整个饮水安全工程的水源地、管网运行、水量等信息实时监测，实现饮水安全管理信息化系统的基础数据采集及存储。

中心水厂自动监测站对中心水厂水井水位、流量和压力及管网运行安全进行自动监测，并将数据通过移动通信方式（CDMA1X 或 SMS）发送到宿城区监控中心处理和存储。监控中心通过监测数据对饮水安全情况进行分析、处理，对环网供水进行优化调度与管理，以节约水资源。

1 自动监测站构成

宿城区自动监测站点是 9 个乡镇管理站所管辖的中心水厂，监测参数包括中心水厂取水井水位、出水流量、供水压力、开关机时间等。中心水厂自动监测站由数据采集终端、通信模块（CDMA1X 和 SMS 双信道）、水位传感器（压力式）、水流量传感器（远传水表）、压力传感器（远传压力表）、交流电充电设备等组成，中心水厂自动监测站结构示意图如图 1 所示。水质监测目前采用人工定期监测方式，自动监测站提供水质传感器接口，经扩展后可由自动监测替代人工监测水质[1]。

2 自动监测站工作流程及运行方式

中心水厂自动监测站的数据采集终端有自动触发测量数据（水位、流量、压力等），24 h 全天候响应监控中心请求的测量，执行监控中心远程操作指令等功能，能将采集到的数据通过 CDMA1X 或 SMS 通信方式发送到监控中心。

图1 中心水厂自动监测站结构示意图

监控中心可以通过下达远程操作指令来改变自动监测站的工作方式、运行参数等，如连接间隔时间、数据采集模式切换等。监控中心主动要求测量数据时，则发送指令由自动监测站接收后执行采集，并将采集到的实时数据立刻回发给监控中心。

自动监测站可自动测量，自动测量触发条件如下：时间，指定时间到了就触发；事件，水位、流量、报警、防盗等信息产生变化时触发。时间和数据相关的参数由监控中心设定。

当水量（流量）或水位等参数变化时，每达到规定的增减量变化时（如瞬时、累积流量增加到一定量或水位涨落 l cm）即向中心发送 1 次数据。每隔一定时间间隔，不管参数有无变化，都向中心发送 1 次数据。为防止水位波动太大造成数据频率过高，设置了限时发送功能，只有超过一定时间间隔以后的水位变化才发送。

3 自动监测站功能

自动监测站负责采集中心水厂取水井水位、水厂供水出水口流量和水压等[2]，实现的功能如下：对数据进行采集、显示、存储，通过通信设备与信道完成数据传输；具有低功耗和高可靠性，有较强的抗干扰能力，并可以扩展传感器和通信接口；可以自动触发测量数据（水位、流量、压力等）或响应监控中心请求的测量，并执行远程操作指令；在被测参数值发生增减变化（可设定变化范围）或达到设定时间间隔时，自动采集、存贮和发送参数数据；现场或远程设置站址编码、通信模式等相关参数；修改测量间隔、工作模式、时间等参数；大容量存储器，可现场保存 6 个月以上的监测数据；双通信信道自动切换；越限、故障自动报警。

4 自动监测站信息发布

宿城区饮水安全工程管理信息化系统逻辑结构按系统功能区分为信息采集传输层、数据资源层、应用支撑层、业务应用层、应用交互层等 5 个业务层次，标准化和保障体系，保障整个系统安全、正常运行。系统除信息采集层之外的几个业务层均在系统监控中心站。

数据资源层是系统信息汇集的目的地，是数据存储与管理的基础，由 2 台安装 Windows 2008 Server 的计算机组成 1 个集群服务器系统，存储饮水安全管理信息化系统的全部数据。数据库采用 SQL Server 2008，库表结构采用江苏省水资源管理系统数据库，有利于与其他系统的数据共享、集成和对接。

业务应用层由综合信息管理和发布等组成。综合信息管理软件包括信息服务、实时监控、预警与报警和饮用水收费管理等功能模块。综合信息发布是统一的数据查询服务平台软件，采用 B/S 结构，由基于.net Framework 4.0 部署的 Web 应用服务发布，提供通过 IE 进行数据访问服务，不仅可以提供查询的数据（包括实时、历史、统计等信息），还可以通过自定义业务模式，为外部接入数据提供数据访问服务。

4.1 信息流程

中心水厂自动监测站自动采集信息，采用CDMA 和 SMS 双信道通信方式（CDMA 主信道，SM 备用信道）将数据发送到监控中心，同时乡镇管理站进行人工信息采集，通过 ADSL 网络发送到监控中心。采集的信息在监控中心进行处理与存储，由综合信息发布软件提供统一的系统数据管理和查询平台，采用在监控中心建立调度与管理、决策发布的机制，对整个系统的运行进行科学、有序地管理。系统信息流程如图 2 所示。

4.2 信息查询功能

信息显示提供概化图、表格、过程线、直方图等多种显示方式。主要包括以下功能模块：供水管网实时信息、井水位报表、流量报表、水泵状态表、管道压力表、水泵电流表、水泵频率表、水厂流量统计表、乡镇水损统计表、变频参数图、水位流量对应图、供水量和开泵时间统计。

图2 系统信息流程图

这些模块采用灵活配置的方法进行设计，根据用户权限的不同，进行界面初始化，实现不同用户的个性化界面。实时信息图采用概化图的模式，可以在站点信息上，直接通过点击的模式，打开该项目的历史数据查询。供水管网实时信息如图 3 所示，显示了各个站的实时信息，包括水位、累计和瞬时流量、管道压力、水泵的频率电流状态等，可根据需要筛选需要显示的数据类型。

其他模块都可以根据乡镇水厂及不同的时间段组合来筛选信息，并提供导出到 Word，Excel 及打印功能。水位流量报表统计了最高最低水位、最大流量的数值和时间；水泵状态表累计查询到的信息；变频器参数图提供报表和图形对比显示；供水量和开泵时间统计提供表格、图形和柱状图对比显示。