王 娜,成 彬,郝友帥

(1.河北省科學(xué)院,河北石家莊 050081;2.河北省科學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所,河北石家莊 050081; 3.河北省科學(xué)院華燁冀科公司,河北石家莊 050081)

水流量遠(yuǎn)程智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王 娜1,成 彬2,郝友帥3

(1.河北省科學(xué)院,河北石家莊 050081;2.河北省科學(xué)院應(yīng)用數(shù)學(xué)研究所,河北石家莊 050081; 3.河北省科學(xué)院華燁冀科公司,河北石家莊 050081)

介紹了水流量遠(yuǎn)程智能監(jiān)測系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)的設(shè)計思路、邏輯架構(gòu)、創(chuàng)新技術(shù)、功能組成等部分關(guān)鍵技術(shù)。系統(tǒng)設(shè)計嚴(yán)密、操作方便,具有通用性,適用各地水務(wù)部門,有利于提高水務(wù)行業(yè)的信息化水平。

水流量遠(yuǎn)程監(jiān)測;系統(tǒng)設(shè)計;功能實現(xiàn)

目前,在我國水務(wù)行業(yè)中,水的漏失現(xiàn)象嚴(yán)重,造成的經(jīng)濟(jì)損失可謂巨大。水漏失一方面是管網(wǎng)原因,另一方面是由分區(qū)表、用戶表計造成的。流量儀表精度不夠,或者儀表故障及儀表供電中斷,都會使流量計量偏小或漏計,對分區(qū)用戶、大用戶由此造成的損失是非常驚人的。減少水的漏失率,不但使水這種不可再生的資源將以充分利用,利于社會的可持續(xù)發(fā)展,而且對提高水行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,其意義也非同一般。因此,監(jiān)管體系網(wǎng)絡(luò)化、精確化、實時化將是今后的發(fā)展方向。建立區(qū)域性統(tǒng)一的大流量用戶系統(tǒng)監(jiān)管平臺,建立健全安全日常監(jiān)管體系,實現(xiàn)信息資源共享,構(gòu)建暢通的用水信息監(jiān)測報告、分析處理系統(tǒng),完整記載大流量用戶的基本信息和用水信息的變化軌跡,實現(xiàn)對信息的動態(tài)管理,采用智能化、自動化的水費收取方式是大流量用戶水資源安全監(jiān)管發(fā)展的必然趨勢。

筆者開發(fā)的水流量遠(yuǎn)程智能監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)水流量遠(yuǎn)程智能監(jiān)管。對分區(qū)、大用戶流量儀表實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測,能夠及時發(fā)現(xiàn)流量計出現(xiàn)的問題,并通過調(diào)度設(shè)備管理實現(xiàn)立即維護(hù),使儀表能夠長期保持正常狀態(tài),降低漏失率;同時實現(xiàn)對流量計供電進(jìn)行實時監(jiān)測,自動記錄停電時長,杜絕未經(jīng)授權(quán)的非法用水行為,實現(xiàn)水務(wù)部門的遠(yuǎn)程實時監(jiān)控,避免造成經(jīng)濟(jì)損失和浪費。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

隨著供水部門對信息化、自動化的要求,遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已成為水行業(yè)自動化管理和智能化控制不可缺少的組成部分。監(jiān)控平臺系統(tǒng)將計算機(jī)技術(shù)、移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自控技術(shù)溶為一體,可自動完成用水戶水表網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、記錄、實時監(jiān)測、統(tǒng)計分析、打印和供、停水控制等管理工作。

系統(tǒng)總體架構(gòu)由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)、終端設(shè)備、計量表具等四大部分構(gòu)成(圖1)。

監(jiān)控中心:主要由服務(wù)器、客戶端、移動數(shù)據(jù)專線或 GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊等設(shè)備組成硬件系統(tǒng)。由操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺軟件等構(gòu)成主要軟件系統(tǒng)。通信網(wǎng)絡(luò):可選中國移動 GPRS網(wǎng)絡(luò)、移動專網(wǎng)、GSM網(wǎng)絡(luò)等。終端設(shè)備:可選微功耗測控終端,市電供電、太陽能供電、電池供電等。計量表具:可以選用傳統(tǒng)大口徑水表、普通流量計、電池供電流量計等。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計工藝技術(shù)路線圖

1.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

水流量遠(yuǎn)程智能監(jiān)測系統(tǒng)是以移動GPRS通信網(wǎng)絡(luò)為線路依托,以商業(yè)密碼技術(shù)為安全保障,以水流量監(jiān)測儀所提取的大用戶水流量狀態(tài)及實時水量的基本數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),建立水流量監(jiān)控中心;實現(xiàn)對大用戶用水量及用水狀況的實時掌控,并對異常情況建立預(yù)警機(jī)制,建立統(tǒng)一的水務(wù)行業(yè)管理系統(tǒng),實現(xiàn)對大用戶用水量及供水公司供水量的實時動態(tài)監(jiān)控,建設(shè)節(jié)約水資源管理的遠(yuǎn)程智能監(jiān)測平臺與信息共享平臺。

水流量遠(yuǎn)程智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計主要采用了GPRS定位技術(shù)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)來實現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)。其中,①為確保準(zhǔn)確、快速找到問題發(fā)生點使用了 GPRS定位技術(shù);②對上傳數(shù)據(jù)及通信數(shù)據(jù)的安全保密方面,通過公鑰加密,保證數(shù)據(jù)的安全可靠性,充分運(yùn)用了有自主研發(fā)基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)加密技術(shù);③運(yùn)用VPN技術(shù)有效解決在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中可能出現(xiàn)的非法入侵;④使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),實現(xiàn)為建立應(yīng)急預(yù)案提供數(shù)字依據(jù);⑤運(yùn)用 NGN通訊融合技術(shù)實現(xiàn)通過采用分層、分布和開放業(yè)務(wù)接口的方式,為企業(yè)的不同通訊接口提供一種能夠通過逐步演進(jìn)的策略,使數(shù)據(jù)有效整合,實現(xiàn)對數(shù)據(jù)按地域、時間等進(jìn)行多維多角度分析。

2 系統(tǒng)主要功能與實現(xiàn)

選用中國移動的GPRS系統(tǒng)作為城市供水調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信平臺,使用TCP傳輸控制協(xié)議以及電子文檔安全技術(shù)保證數(shù)據(jù)可靠送達(dá)。整個系統(tǒng)包括用戶端與中心端及安全保護(hù)部分。

2.1 用戶端功能實現(xiàn)

2.1.1 主要功能

實現(xiàn)對遠(yuǎn)程現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制,降低故障率,提高對系統(tǒng)的反應(yīng)時間。同時,能夠及時迅速的了解及控制遠(yuǎn)端管網(wǎng)設(shè)備故障率、檢修時間,減少停水次數(shù)。各水源監(jiān)測點的數(shù)據(jù)采集終端可以自動采集管道壓力、水流量實時數(shù)據(jù)、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù),然后通過信息傳輸至監(jiān)控中心,監(jiān)控中心通過數(shù)據(jù)分析,可以找出故障的地點,從而當(dāng)一個遠(yuǎn)端出現(xiàn)故障時,能在最短的時間內(nèi)解決問題,實現(xiàn)水務(wù)管理的信息化、現(xiàn)代化。

2.1.2 功能實現(xiàn)

通過用戶端安裝的水流量監(jiān)測儀,采集如壓力、流量等數(shù)據(jù)。通過轉(zhuǎn)換器接口與 GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連,由GPRS傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集及終端水流量狀態(tài)監(jiān)測。

監(jiān)測系統(tǒng)用戶端完成:(1)通過串口與流量計通訊,接收流量計輸出的數(shù)據(jù)并保存;(2)整點時,將收到的流量計數(shù)據(jù)主動上傳。即每到整點將流量數(shù)據(jù)通過串口送到D TU(無線傳輸設(shè)備)由D TU上傳數(shù)據(jù);(3)監(jiān)測流量計的供電,一旦停電立即記錄下停電時間,并隨即關(guān)機(jī)。恢復(fù)供電時將供電時間同樣記錄,立即把本次停電來電時間上傳到中心;(4)水流量計監(jiān)測儀平時處于等候狀態(tài),等待接收中心命令,以按中心指令完成校時,上傳當(dāng)時數(shù)據(jù)和上傳歷史記錄數(shù)據(jù);(5)具有大容量的非易失性數(shù)據(jù)存儲區(qū),可存儲半年以上的流量歷史數(shù)據(jù)和停電時間記錄,以供用戶核查;(6)為了節(jié)省因 GPRS產(chǎn)生的費用,平時為維護(hù)在線狀態(tài),DTU不用發(fā)送心跳包,處于下線狀態(tài),只在需要傳輸數(shù)據(jù)時,臨時上線,通訊結(jié)束立即下線。在D TU上線時,中心可向監(jiān)測儀下達(dá)上傳數(shù)據(jù)、校時等命令。(7)電磁流量計進(jìn)行正反方向流量測量,顯示流速和總流量,精確度為±0.5,最大測量范圍比為1000∶1,流量測量范圍為0.1 -10m/s;(8)同時支持Edge網(wǎng)絡(luò)同CDMA網(wǎng)絡(luò),并可以實現(xiàn)快速切換。

部分?jǐn)?shù)據(jù)收集程序:

2.2 中心端功能實現(xiàn)

2.2.1 主要功能

在中心端實現(xiàn)網(wǎng)上自動升級,降低維護(hù)成本;采用數(shù)據(jù)二級存儲,分級管理,保證數(shù)據(jù)安全,真正做到用戶只能看到自己管理范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集和傳輸、統(tǒng)計分析、應(yīng)急管理等智能監(jiān)測管理功能,實現(xiàn)對流量、總量等自動統(tǒng)計分析,進(jìn)行科學(xué)有效地調(diào)度管理,并建立預(yù)警機(jī)制,及時有效的進(jìn)行監(jiān)管。

2.2.2 功能實現(xiàn)

在中心端運(yùn)用中心服務(wù)器通過光纖與IN TER網(wǎng)互聯(lián)。中心端應(yīng)用軟件由信息采集、傳輸接口、實時監(jiān)測、調(diào)度管理、設(shè)備管理、應(yīng)急管理、供水管網(wǎng)GPRS地理信息及服務(wù)網(wǎng)站等模塊組成,能夠顯示用戶流量計停電記錄,各終端機(jī)狀態(tài),網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控等功能。采用B/S結(jié)構(gòu),這樣凡是能上網(wǎng)的用戶,在獲取權(quán)限后,均可以使用中心服務(wù)器的資源,進(jìn)行監(jiān)控、查詢、打印報表。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

主要功能模塊有:

信息采集?，F(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)時間間隔15min/次。數(shù)據(jù)上傳時間間隔1次/日,每天定點向監(jiān)測中心發(fā)送一次數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括:正向分時流量、反向流量、累計流量、報警種類、次數(shù)和時間(包括檢測設(shè)備停電、水表損壞、數(shù)據(jù)傳輸故障、表停等)出現(xiàn)異常時,系統(tǒng)自動通知管理員。

實時監(jiān)測。該模塊監(jiān)測水表的流量信息,可對流量數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。對水表最新數(shù)據(jù)監(jiān)測,監(jiān)測水表的最新流量信息;對水表數(shù)據(jù)補(bǔ)錄,補(bǔ)錄水表的丟失數(shù)據(jù),保證水表數(shù)據(jù)的完整性。

調(diào)度管理。該模塊是對當(dāng)前系統(tǒng)中所要監(jiān)測水表的工作狀態(tài)進(jìn)行錄入、查詢、調(diào)控。完成水表的巡檢管理,對所監(jiān)測水表的情況做巡視查看,并將巡視結(jié)果錄入、保存。

供水管網(wǎng)GPRS地理信息。能夠直觀的查看到水表網(wǎng)點地理位置等信息。

統(tǒng)計分析。實現(xiàn)水表用水量統(tǒng)計、用戶用水規(guī)律曲線、水表運(yùn)行情況分析、用水異常提示、在線檢定。

測量計管理:對測量計信息、維修更換記錄維護(hù),測量計條碼生成及打印等功能,便于對測量計管理。

示警信息管理,根據(jù)測量計設(shè)計參數(shù)規(guī)格自定義示警信號信息,方便識別及時維護(hù)。

智能分析。根據(jù)統(tǒng)計信息將常用流量、分界流量、最小流量、最大流量的圖形曲線,分析水表是否合適。對歷史數(shù)據(jù)對比分析,將當(dāng)前流量數(shù)據(jù)與歷史同期數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,得出趨勢曲線等分析功能。

系統(tǒng)維護(hù)。主要是對當(dāng)前系統(tǒng)中需要的信息進(jìn)行管理和設(shè)置,先設(shè)置,系統(tǒng)才能正確運(yùn)行。包括4個子模塊組成。

(1)數(shù)據(jù)庫參數(shù)設(shè)置對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的信息進(jìn)行設(shè)置以保證數(shù)據(jù)的正確存儲。

(2)通信服務(wù)器設(shè)置對當(dāng)前需要監(jiān)測對象所使用的通信通道進(jìn)行設(shè)置,保證該通信暢通正常。

(3)操作員管理對管理員的信息進(jìn)行登記,對使用權(quán)限進(jìn)行設(shè)置。提供用戶注冊、用戶驗證、用戶權(quán)限設(shè)置、用戶信息維護(hù)等功能。

(4)密碼修改修改管理員的登錄密碼。

中心端軟件管理模式為:根據(jù)用戶的級別如:管理員、區(qū)域用戶、單位用戶等,顯示不同功能模塊,模塊功能個數(shù)依照權(quán)限逐次降低和減少,實現(xiàn)跨一級管理所轄區(qū)用戶權(quán)限及信息。

4 小結(jié)

(1)通過監(jiān)測平臺,建立健全了安全日常監(jiān)管體系、用水預(yù)警應(yīng)急處理體系,實現(xiàn)了信息資源共享,構(gòu)建起了暢通的用水信息監(jiān)測報告、分析和處理系統(tǒng),完整記載大流量用戶的基本信息和用水信息的變化軌跡,實現(xiàn)對信息的動態(tài)管理。

(2)有效解決了水行業(yè)存在的漏失率等問題,滿足水務(wù)行業(yè)用戶的需求,實現(xiàn)實時動態(tài)監(jiān)管,提高了工作效率,降低了工作成本,增加水務(wù)部門的經(jīng)濟(jì)效益。通過大幅降低的漏失率,及自動記錄停電時長而杜絕的人為停電偷水不法行為。

(3)水流量遠(yuǎn)程智能監(jiān)測系統(tǒng)的推廣使用,對降低水務(wù)行業(yè)的供銷差率將起到實質(zhì)性的作用,同時對實現(xiàn)節(jié)約用水起到了推動作用。

[1] 李俊林,張麗華.流量遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)在用水大戶計量中的應(yīng)用[J].供水技術(shù),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,助理研究員,主要從事計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用的研究.