水流量远程智能监测系统的设计与实现
2011-12-27郝友帅
王 娜,成 彬,郝友帅
(1.河北省科学院,河北石家庄 050081;2.河北省科学院应用数学研究所,河北石家庄 050081; 3.河北省科学院华烨冀科公司,河北石家庄 050081)
水流量远程智能监测系统的设计与实现
王 娜1,成 彬2,郝友帅3
(1.河北省科学院,河北石家庄 050081;2.河北省科学院应用数学研究所,河北石家庄 050081; 3.河北省科学院华烨冀科公司,河北石家庄 050081)
介绍了水流量远程智能监测系统,阐述了系统的设计思路、逻辑架构、创新技术、功能组成等部分关键技术。系统设计严密、操作方便,具有通用性,适用各地水务部门,有利于提高水务行业的信息化水平。
水流量远程监测;系统设计;功能实现
目前,在我国水务行业中,水的漏失现象严重,造成的经济损失可谓巨大。水漏失一方面是管网原因,另一方面是由分区表、用户表计造成的。流量仪表精度不够,或者仪表故障及仪表供电中断,都会使流量计量偏小或漏计,对分区用户、大用户由此造成的损失是非常惊人的。减少水的漏失率,不但使水这种不可再生的资源将以充分利用,利于社会的可持续发展,而且对提高水行业的经济效益,其意义也非同一般。因此,监管体系网络化、精确化、实时化将是今后的发展方向。建立区域性统一的大流量用户系统监管平台,建立健全安全日常监管体系,实现信息资源共享,构建畅通的用水信息监测报告、分析处理系统,完整记载大流量用户的基本信息和用水信息的变化轨迹,实现对信息的动态管理,采用智能化、自动化的水费收取方式是大流量用户水资源安全监管发展的必然趋势。
笔者开发的水流量远程智能监测系统,实现水流量远程智能监管。对分区、大用户流量仪表实现远程监测,能够及时发现流量计出现的问题,并通过调度设备管理实现立即维护,使仪表能够长期保持正常状态,降低漏失率;同时实现对流量计供电进行实时监测,自动记录停电时长,杜绝未经授权的非法用水行为,实现水务部门的远程实时监控,避免造成经济损失和浪费。
1 系统设计
1.1 系统总体架构
随着供水部门对信息化、自动化的要求,远程监控系统已成为水行业自动化管理和智能化控制不可缺少的组成部分。监控平台系统将计算机技术、移动数据通信技术、数据网络技术、自控技术溶为一体,可自动完成用水户水表网络的远程数据采集、记录、实时监测、统计分析、打印和供、停水控制等管理工作。
系统总体架构由监控中心、通信网络、终端设备、计量表具等四大部分构成(图1)。
监控中心:主要由服务器、客户端、移动数据专线或 GPRS数据传输模块等设备组成硬件系统。由操作系统软件、数据库软件、远程监测平台软件等构成主要软件系统。通信网络:可选中国移动 GPRS网络、移动专网、GSM网络等。终端设备:可选微功耗测控终端,市电供电、太阳能供电、电池供电等。计量表具:可以选用传统大口径水表、普通流量计、电池供电流量计等。
图1 系统总体设计工艺技术路线图
1.2 系统关键技术
水流量远程智能监测系统是以移动GPRS通信网络为线路依托,以商业密码技术为安全保障,以水流量监测仪所提取的大用户水流量状态及实时水量的基本数据为基础,建立水流量监控中心;实现对大用户用水量及用水状况的实时掌控,并对异常情况建立预警机制,建立统一的水务行业管理系统,实现对大用户用水量及供水公司供水量的实时动态监控,建设节约水资源管理的远程智能监测平台与信息共享平台。
水流量远程智能监测系统的设计主要采用了GPRS定位技术、数据加密技术等先进技术来实现目标任务。其中,①为确保准确、快速找到问题发生点使用了 GPRS定位技术;②对上传数据及通信数据的安全保密方面,通过公钥加密,保证数据的安全可靠性,充分运用了有自主研发基础的数据加密技术;③运用VPN技术有效解决在数据传输的过程中可能出现的非法入侵;④使用数据挖掘技术,实现为建立应急预案提供数字依据;⑤运用 NGN通讯融合技术实现通过采用分层、分布和开放业务接口的方式,为企业的不同通讯接口提供一种能够通过逐步演进的策略,使数据有效整合,实现对数据按地域、时间等进行多维多角度分析。
2 系统主要功能与实现
选用中国移动的GPRS系统作为城市供水调度监控系统的数据通信平台,使用TCP传输控制协议以及电子文档安全技术保证数据可靠送达。整个系统包括用户端与中心端及安全保护部分。
2.1 用户端功能实现
2.1.1 主要功能
实现对远程现场的运行设备进行监视和控制,降低故障率,提高对系统的反应时间。同时,能够及时迅速的了解及控制远端管网设备故障率、检修时间,减少停水次数。各水源监测点的数据采集终端可以自动采集管道压力、水流量实时数据、开关状态等数据,然后通过信息传输至监控中心,监控中心通过数据分析,可以找出故障的地点,从而当一个远端出现故障时,能在最短的时间内解决问题,实现水务管理的信息化、现代化。
2.1.2 功能实现
通过用户端安装的水流量监测仪,采集如压力、流量等数据。通过转换器接口与 GPRS透明数据传输终端相连,由GPRS传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络进行实时数据采集及终端水流量状态监测。
监测系统用户端完成:(1)通过串口与流量计通讯,接收流量计输出的数据并保存;(2)整点时,将收到的流量计数据主动上传。即每到整点将流量数据通过串口送到D TU(无线传输设备)由D TU上传数据;(3)监测流量计的供电,一旦停电立即记录下停电时间,并随即关机。恢复供电时将供电时间同样记录,立即把本次停电来电时间上传到中心;(4)水流量计监测仪平时处于等候状态,等待接收中心命令,以按中心指令完成校时,上传当时数据和上传历史记录数据;(5)具有大容量的非易失性数据存储区,可存储半年以上的流量历史数据和停电时间记录,以供用户核查;(6)为了节省因 GPRS产生的费用,平时为维护在线状态,DTU不用发送心跳包,处于下线状态,只在需要传输数据时,临时上线,通讯结束立即下线。在D TU上线时,中心可向监测仪下达上传数据、校时等命令。(7)电磁流量计进行正反方向流量测量,显示流速和总流量,精确度为±0.5,最大测量范围比为1000∶1,流量测量范围为0.1 -10m/s;(8)同时支持Edge网络同CDMA网络,并可以实现快速切换。
部分数据收集程序:
2.2 中心端功能实现
2.2.1 主要功能
在中心端实现网上自动升级,降低维护成本;采用数据二级存储,分级管理,保证数据安全,真正做到用户只能看到自己管理范围内的数据。实现远程的数据采集和传输、统计分析、应急管理等智能监测管理功能,实现对流量、总量等自动统计分析,进行科学有效地调度管理,并建立预警机制,及时有效的进行监管。
2.2.2 功能实现
在中心端运用中心服务器通过光纤与IN TER网互联。中心端应用软件由信息采集、传输接口、实时监测、调度管理、设备管理、应急管理、供水管网GPRS地理信息及服务网站等模块组成,能够显示用户流量计停电记录,各终端机状态,网络实时监控等功能。采用B/S结构,这样凡是能上网的用户,在获取权限后,均可以使用中心服务器的资源,进行监控、查询、打印报表。
图2 系统网络拓扑图
主要功能模块有:
信息采集。现场记录数据时间间隔15min/次。数据上传时间间隔1次/日,每天定点向监测中心发送一次数据。数据包括:正向分时流量、反向流量、累计流量、报警种类、次数和时间(包括检测设备停电、水表损坏、数据传输故障、表停等)出现异常时,系统自动通知管理员。
实时监测。该模块监测水表的流量信息,可对流量数据进行修正。对水表最新数据监测,监测水表的最新流量信息;对水表数据补录,补录水表的丢失数据,保证水表数据的完整性。
调度管理。该模块是对当前系统中所要监测水表的工作状态进行录入、查询、调控。完成水表的巡检管理,对所监测水表的情况做巡视查看,并将巡视结果录入、保存。
供水管网GPRS地理信息。能够直观的查看到水表网点地理位置等信息。
统计分析。实现水表用水量统计、用户用水规律曲线、水表运行情况分析、用水异常提示、在线检定。
测量计管理:对测量计信息、维修更换记录维护,测量计条码生成及打印等功能,便于对测量计管理。
示警信息管理,根据测量计设计参数规格自定义示警信号信息,方便识别及时维护。
智能分析。根据统计信息将常用流量、分界流量、最小流量、最大流量的图形曲线,分析水表是否合适。对历史数据对比分析,将当前流量数据与历史同期数据进行对比,得出趋势曲线等分析功能。
系统维护。主要是对当前系统中需要的信息进行管理和设置,先设置,系统才能正确运行。包括4个子模块组成。
(1)数据库参数设置对系统中的数据库服务器的信息进行设置以保证数据的正确存储。
(2)通信服务器设置对当前需要监测对象所使用的通信通道进行设置,保证该通信畅通正常。
(3)操作员管理对管理员的信息进行登记,对使用权限进行设置。提供用户注册、用户验证、用户权限设置、用户信息维护等功能。
(4)密码修改修改管理员的登录密码。
中心端软件管理模式为:根据用户的级别如:管理员、区域用户、单位用户等,显示不同功能模块,模块功能个数依照权限逐次降低和减少,实现跨一级管理所辖区用户权限及信息。
4 小结
(1)通过监测平台,建立健全了安全日常监管体系、用水预警应急处理体系,实现了信息资源共享,构建起了畅通的用水信息监测报告、分析和处理系统,完整记载大流量用户的基本信息和用水信息的变化轨迹,实现对信息的动态管理。
(2)有效解决了水行业存在的漏失率等问题,满足水务行业用户的需求,实现实时动态监管,提高了工作效率,降低了工作成本,增加水务部门的经济效益。通过大幅降低的漏失率,及自动记录停电时长而杜绝的人为停电偷水不法行为。
(3)水流量远程智能监测系统的推广使用,对降低水务行业的供销差率将起到实质性的作用,同时对实现节约用水起到了推动作用。
[1] 李俊林,张丽华.流量远程监测系统在用水大户计量中的应用[J].供水技术,2009,(5):59-61.
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The design and implementation remote intelligentmonitoring system of water flow
WANGNa1,CHENGBin2,HAO You-shuai3
(1.Hebei Academ y of Sciences,Shijiazhuang Hebei050081,China;2.Institute of A pp lied M athematics,Hebei Academ y of Sciences,Shijiazhuang Hebei050081,China;3.HuaYeJiKe Co.,Hebei Academ y of Sciences,Shijiazhuang Hebei050081,China)
This article describes remotemonito ring system of water flow and the concep tual design logical architecture,innovation,function composition and some other key technologies.The system has compact design and is easy to operate,w hich isapp lied to the water secto r around,and can imp rove the level of information in the water industry.
Remo te monito ring of w ater flow;System design;Function realization
TP319
:A
1001-9383(2011)02-0034-06
2011-02-25
王 娜(1978-),女,天津人,助理研究员,主要从事计算机技术应用的研究.