本發(fā)明涉及供水管網管理維護領域,更具體地說,它涉及一種供水管網監(jiān)測管理方法及系統(tǒng)。
背景技術:
城市供水管網擔負著為所在區(qū)域內居民供水的重任。隨著城市的擴張,原有的供水管網也在不斷的擴大。在供水管網的使用過程中,常常出現管道爆裂的現象,其中很大部分的原因在于管網內部的水壓分布不均,使得部分管網承壓過重而導致輸水管道破損。
為了保證供水管網的正常運行,需要對供水管網進行管理與維護。傳統(tǒng)的維護方法在于派駐工作人員巡檢各個供水管網的節(jié)點壓強,根據供水管網節(jié)點處的水壓流量等信息推測出該區(qū)域內管網的運行狀態(tài),以此避免供水管網局部水壓過大而導致的爆管現象。對于小城鎮(zhèn)而言,上述方式尤可接受,但是對于規(guī)模較大的城市供水管網,由于供水管網節(jié)點眾多,顯然,上述方法費時費力且效率不高。
技術實現要素:
針對實際運用中供水管網由于管網水壓過大而導致爆管、監(jiān)測維護困難這一問題,本發(fā)明目的一在于提出一種供水管網監(jiān)測管理方法,目的二在于提供一種供水管網監(jiān)測管理系統(tǒng),具體方案如下:
一種供水管網監(jiān)測管理方法,包括如下步驟,
s1,建立供水管網的scada系統(tǒng)及gis系統(tǒng);
s2,采集scada系統(tǒng)中的各監(jiān)測位點的地理位置信息,在gis系統(tǒng)中標定各個監(jiān)測位點的地理位置坐標并在gis系統(tǒng)用戶界面展示;
s3,建立后臺表單數據庫,數據庫中的數據表單與各個監(jiān)測位點的監(jiān)測數據一一對應;
s4,建立gis系統(tǒng)用戶界面與數據表單的索引鏈接;
s5,建立數據統(tǒng)籌模塊,用于根據接收到的監(jiān)測數據更新后臺服務器數據庫中的各個數據表單,當數據表單中的一項或多項數據值超過預設值時,在gis系統(tǒng)用戶界面中進行示警。
通過上述技術方案,將scada系統(tǒng)中的各個監(jiān)測位點換算為gis系統(tǒng)中的坐標位置并在gis系統(tǒng)用戶界面中進行顯示,用戶點擊gis系統(tǒng)用戶界面上的監(jiān)測位點,便可以調取該位點的數據表單,上述數據表單可以存儲該位點的監(jiān)測信息,也可以存儲與該監(jiān)測位點相適配的固定信息,如監(jiān)測位點的名稱,設置時間等信息,維護人員可以足不出戶地對供水管網進行監(jiān)測。當供水管網出現故障時,gis系統(tǒng)用戶界面將故障點位顯示出來進行示警,使得監(jiān)測維護人員能夠清楚快速地發(fā)現故障點位所在,便于維護,由此也可以避免供水管網出現爆管的情況。
進一步的,所述步驟s5進一步包括如下步驟,
區(qū)域劃分步驟,按照如下設定將供水管網劃分為若干劃定區(qū)域:
{∑(s1,s2,、、、,sn)-∑(s1,s2,、、、,sk)}*v≦x,其中,n、k均為正整數,sn為任一劃定區(qū)域與其相鄰的劃定區(qū)域之間的第n個進水管的流體橫截面積,sk為任一劃定區(qū)域與其相鄰的劃定區(qū)域之間的第k個出水管的流體橫截面積,v為供水管網中水體的平均流速,x為該劃定區(qū)域內供水管網單位時間內可承受的最大供水量;
∑(p1,p2,、、、,pm)≦y,其中,m為正整數,pm為任一供水管網中第m個泵站的泵送功率,y為該劃定區(qū)域內供水管網單位時間內可承受的最大泵送功率;
地理位置信息搭建步驟,采集劃定區(qū)域內水泵及檢測位點的位置信息以及監(jiān)測設備信息,搭建完善scada系統(tǒng),并根據上述位置信息建立完善gis系統(tǒng);
區(qū)域監(jiān)測步驟,根據scada系統(tǒng)監(jiān)測數據,統(tǒng)計各個劃定區(qū)域內供水管網的平均壓強pa,其中,所述平均壓強pa=f(x,y);
預警調控步驟,接收各個劃定區(qū)域內的平均壓強,利用gis系統(tǒng)用戶界面,顯示出各個劃定區(qū)域的警戒值并根據gis系統(tǒng)中存儲的供水管網的管網圖預生成新的供水管網連通方案。
根據管道壓強計算公式,某一區(qū)域中的供水管網水壓與通入到該區(qū)域的水量、泵送功率、管徑大小、水體流速等因素有關,對于劃定區(qū)域,該區(qū)域中的管道管徑大小,管道高度差等因素即已固定,因此,影響該區(qū)域內供水管網壓強的主要因素即為通入到該劃定區(qū)域中的水量以及該區(qū)域中泵站的泵送功率,在水量一定的條件下,泵送功率越大,水壓越強。通過上述技術方案,給每一個劃定區(qū)域設定供水量的最大值,即整個劃定區(qū)域內的供水量不得超過該設定值;同樣,給劃定區(qū)域內的泵站功率設定最大值,即一個或多個泵站的總功率不得超過某一設定值;由供水量以及泵送功率二者的關系可以得到,上述供水量與泵站總功率的關系呈反相關趨勢,利用scada系統(tǒng)的檢測以及gis系統(tǒng)的直觀顯示,使得維護人員能夠清楚地知曉某一劃定區(qū)域距離警戒值的程度而非單一的某一供水管線距離警戒值的程度,便于維護人員直觀地知曉問題位置所在,并且能夠借助于區(qū)域的劃分,快速地找到可供過量水量及時排入的區(qū)域,由此第一時間找到排解某一區(qū)域內供水管網壓強的途徑。
進一步的,所述地理位置信息搭建步驟包括:
基礎搭建步驟,在供水管網的關鍵部位設置數據采集以及監(jiān)測控制裝置;
地理位置采集步驟,在供水管網的各個關鍵部位設置地理位置標簽,根據上述地理位置標簽的坐標值生成scada系統(tǒng)中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的地理位置信息表單,并存儲至后臺服務器的數據庫中;
同步搭建步驟,后臺服務器將所述地理位置信息表單表示在gis軟件中,gis軟件根據上述地理位置信息表單數據顯示scada系統(tǒng)中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的地理位置信息,同時結合電子地圖或衛(wèi)星地圖進行顯示,搭建完成gis系統(tǒng)。
通過上述技術方案,將scada系統(tǒng)中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的地理位置信息轉換為二維坐標,在gis軟件中與電子地圖或衛(wèi)星地圖加以整合,完成gis系統(tǒng)的搭建,同時利用上述gis系統(tǒng),將各個監(jiān)測位點的數據對應于數據表單存儲起來,后期可以直觀快捷地索引到各個監(jiān)測位點的數據。
進一步的,所述基礎搭建步驟包括:
在供水管網中的主供水管線、供水節(jié)點處設置流量傳感器、壓力傳感器以及對應的數據傳輸模塊;
在供水管網中的泵站處設置用于控制泵站泵送功率的遠程控制器;
在供水管網的管路上以及供水管路之間設置電控閥門,控制供水管網中某一供水管線以及供水管路之間的流量大??;
所述數據傳輸模塊、遠程控制器均與后臺服務器連接。
通過上述技術方案,可以實現對供水管網中各個供水管線壓強的采集、水體流量大小的采集,并且可以方便地調整該管線的通斷與水體泵送功率。
進一步的,所述步驟s5中的示警方法包括:
利用gis系統(tǒng)用戶界面,突出顯示供水管網中壓強超過預設范圍的供水管線;和/或
利用gis系統(tǒng)用戶界面,突出顯示供水管網中壓強超過預設范圍的劃定區(qū)域。
通過上述技術方案,可以使得監(jiān)測維護人員方便快捷地找到壓強超范圍的供水管線和/或劃定區(qū)域,直觀快捷。
進一步的,所述供水管網監(jiān)測管理方法還包括:
s6,后臺服務器根據接收到的scada系統(tǒng)監(jiān)測數據,當任一供水管線和/或劃定區(qū)域內的平均壓強小于預設值時,scada系統(tǒng)自動切斷上述供水管線和/或劃定區(qū)域與其它供水管線和/或劃定區(qū)域之間的連通關系;并且
當任意相鄰兩個劃定區(qū)域內的平均壓強超出預設范圍時,scada系統(tǒng)自動導通上述兩個相鄰劃定區(qū)域的供水管網;以此類推。
通過上述技術方案,當某一供水管線或者劃定區(qū)域內的平均壓強小于一設定值時,則認為該供水管線或者劃定區(qū)域內出現了爆管現象,利用scada系統(tǒng)中的監(jiān)測控制裝置對該區(qū)域或該管線進行切斷;同樣的,當某一供水管線或劃定區(qū)域中的壓強超過設定值后,則表明該劃定區(qū)域短時間內供水量過大或泵站功率過高,此時導通該劃定區(qū)域與其它水壓較低的劃定區(qū)域,使得水壓能夠在短時間內達到平衡,避免供水管線破裂。
進一步的,利用移動設備登錄gis系統(tǒng)用戶界面,實時查詢數據值異常的供水管網的各個關鍵部位位置并進行檢修。
通過上述技術方案,維護人員可以利用移動終端設備快速準確地找到故障點位所在,方便供水管線的維修。
一種供水管網監(jiān)測管理系統(tǒng),包括,
后臺服務器;
scada系統(tǒng),包括多個數據采集以及監(jiān)測控制裝置,用于監(jiān)測采集供水管網中的數據信息,控制供水管網中管線的通斷及連通關系;
gis系統(tǒng),用于在地圖信息中標注scada系統(tǒng)中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的地理位置信息;
數據庫,包括多個數據表單,所述數據表單與scada系統(tǒng)中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置數據連接,實時存儲更新監(jiān)測數據;
界面顯示端,與所述后臺服務器、gis系統(tǒng)以及數據庫數據連接,用于在gis系統(tǒng)用戶界面顯示scada系統(tǒng)中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的位置,并在gis系統(tǒng)用戶界面建立與所述數據表單的索引鏈接;
警示模塊,內置于所述后臺服務器中,接收scada系統(tǒng)的監(jiān)測數據,若其超過預設范圍,則輸出示警信息至gis系統(tǒng)用戶界面。
通過上述技術方案,在后臺服務器中內置gis系統(tǒng),并且與外部的采集監(jiān)測裝置等構成scada系統(tǒng),利用scada系統(tǒng)與gis系統(tǒng)各自的優(yōu)勢,利用gis系統(tǒng)用戶界面直觀的展示效果,使得維護人員能夠在短時間內找到故障點位所在。
進一步的,所述scada系統(tǒng)中的數據采集裝置包括設置于供水管網中的用于檢測供水管線中水壓的壓力傳感器以及供水管線中水體流量的流量傳感器;
所述監(jiān)測控制裝置包括設置于供水管線中或供水管線節(jié)點處的電控閥門,以及泵站;
所述壓力傳感器、流量傳感器、電控閥門以及泵站均與后臺服務器數據連接。
通過上述技術方案,可以準確地對供水管網中的水流量以及水壓進行監(jiān)測,并對供水管網進行調整控制。
與現有技術相比,本發(fā)明的有益效果如下:
(1)通過設置scada系統(tǒng)實現對供水管網的實時在線監(jiān)測,通過設置gis系統(tǒng),使得維護人員可以通過gis系統(tǒng)用戶界面直觀清楚地查看供水管網的運行信息,方便供水管網的維護,避免出現爆管等情況;
(2)通過將供水管網劃定為多個劃定區(qū)域,將原有單一的供水管線監(jiān)控改成供水區(qū)域監(jiān)控,簡化了所要監(jiān)測的參數,監(jiān)測的范圍大且簡單易行,顯示也更為直觀,方便供水管網維護;
(3)通過將供水管網劃定為不同的供水區(qū)域,利用scada系統(tǒng)以及后臺服務器,可以準確快速地調節(jié)各個劃定區(qū)域的水壓,使得各個劃定區(qū)域的水壓達到相對平衡的狀態(tài)。
附圖說明
圖1為供水管網監(jiān)測管理方法的流程示意圖;
圖2為數據統(tǒng)籌模塊的工作流程示意圖;
圖3為供水管網監(jiān)測管理系統(tǒng)的框架示意圖。
附圖標記:1、scada系統(tǒng);2、后臺服務器;3、gis系統(tǒng);4、數據庫;5、警示模塊;6、界面顯示端。
具體實施方式
下面結合實施例及圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明,但本發(fā)明的實施方式不僅限于此。
如圖1所示,一種供水管網監(jiān)測管理方法,主要包括如下步驟,
s1,建立供水管網的scada系統(tǒng)1及gis系統(tǒng)3;
s2,采集scada系統(tǒng)1中的各監(jiān)測位點的地理位置信息,在gis系統(tǒng)3中標定各個監(jiān)測位點的地理位置坐標并在gis系統(tǒng)3用戶界面展示;
s3,建立后臺表單數據庫4,數據庫4中的數據表單與各個監(jiān)測位點的監(jiān)測數據一一對應;
s4,建立gis系統(tǒng)3用戶界面與數據表單的索引鏈接;
s5,建立數據統(tǒng)籌模塊,用于根據接收到的監(jiān)測數據更新后臺服務器2數據庫4中的各個數據表單,當數據表單中的一項或多項數據值超過預設值時,在gis系統(tǒng)3用戶界面中進行示警;
s6,后臺服務器2根據接收到的scada系統(tǒng)1監(jiān)測數據,當任一供水管線和/或劃定區(qū)域內的平均壓強小于預設值時,scada系統(tǒng)1自動切斷上述供水管線和/或劃定區(qū)域與其它供水管線和/或劃定區(qū)域之間的連通關系;并且
當任意相鄰兩個劃定區(qū)域內的平均壓強超出預設范圍時,scada系統(tǒng)1自動導通上述兩個相鄰劃定區(qū)域的供水管網;以此類推。
上述步驟s6,當某一供水管線或者劃定區(qū)域內的平均壓強小于一設定值時,則認為該供水管線或者劃定區(qū)域內出現了爆管現象,利用scada系統(tǒng)1中的監(jiān)測控制裝置對該區(qū)域或該管線進行切斷,上述設定值的設定標準為:該劃定區(qū)域內所有自來水用戶同時用水,且泵站的功率最小,在此時的平均壓強即為設定值,經過上述設定,若劃定區(qū)域內的平均壓強小于設定值,則基本可以判定出該區(qū)域內的某一位置出現了管道爆裂。同樣的,當某一供水管線或劃定區(qū)域中的壓強超過設定值后,則表明該劃定區(qū)域短時間內供水量過大或泵站功率過高,此時導通該劃定區(qū)域與其它水壓較低的劃定區(qū)域,使得水壓能夠在短時間內達到平衡,避免供水管線破裂。
通過上述技術方案,將scada系統(tǒng)1中的各個監(jiān)測位點換算為gis系統(tǒng)3中的坐標位置并在gis系統(tǒng)3用戶界面中進行顯示,用戶點擊gis系統(tǒng)3用戶界面上的監(jiān)測位點,便可以調取該位點的數據表單,上述數據表單可以存儲該位點的監(jiān)測信息,也可以存儲與該監(jiān)測位點相適配的固定信息,如監(jiān)測位點的名稱,設置時間,用戶用水量等信息,維護人員可以足不出戶地對供水管網進行監(jiān)測。當供水管網出現故障時,gis系統(tǒng)3用戶界面將故障點位顯示出來進行示警,使得監(jiān)測維護人員能夠清楚快速地發(fā)現故障點位所在,便于維護,由此也可以避免供水管網出現爆管的情況。
如圖2所示,在步驟s5中,數據統(tǒng)籌的過程可以概括為:
s51,區(qū)域劃分步驟,按照如下設定將供水管網劃分為若干劃定區(qū)域:
{∑(s1,s2,、、、,sn)-∑(s1,s2,、、、,sk)}*v≦x,其中,n、k均為正整數,sn為任一劃定區(qū)域與其相鄰的劃定區(qū)域之間的第n個進水管的流體橫截面積,sk為任一劃定區(qū)域與其相鄰的劃定區(qū)域之間的第k個出水管的流體橫截面積,v為供水管網中水體的平均流速,x為該劃定區(qū)域內供水管網單位時間內可承受的最大供水量;
∑(p1,p2,、、、,pm)≦y,其中,m為正整數,pm為任一供水管網中第m個泵站的泵送功率,y為該劃定區(qū)域內供水管網單位時間內可承受的最大泵送功率;
s52,地理位置信息搭建步驟,采集劃定區(qū)域內水泵及檢測位點的位置信息以及監(jiān)測設備信息,搭建完善scada系統(tǒng)1,并根據上述位置信息建立完善gis系統(tǒng)3;
s53,區(qū)域監(jiān)測步驟,根據scada系統(tǒng)1監(jiān)測數據,統(tǒng)計各個劃定區(qū)域內供水管網的平均壓強pa,其中,所述平均壓強pa=f(x,y);
s54,預警調控步驟,接收各個劃定區(qū)域內的平均壓強,利用gis系統(tǒng)3用戶界面,顯示出各個劃定區(qū)域的警戒值并根據gis系統(tǒng)3中存儲的供水管網的管網圖預生成新的供水管網連通方案。
對于步驟s51,具體而言,后臺服務器2在劃分區(qū)域的時候,具體有兩種實施方式,第一是選擇位于供水管網中心處的一個節(jié)點,以該節(jié)點為中心,向外進行擴展,當區(qū)域內的供水節(jié)點數已經達到某一設定值,例如通入自來水的管道數量已經超過n,或輸出自來水的管道已經超過k,此時以該區(qū)域所圈定的范圍作為一個劃定區(qū)域,上述劃定區(qū)域中的基本條件滿足{∑(s1,s2,、、、,sn)-∑(s1,s2,、、、,sk)}*v≦x;第二中劃分區(qū)域的實施方式為:在gis系統(tǒng)3中,按照地理位置信息,將供水管網所在的地域劃分為等面積的若干劃分區(qū)域,而后按照步驟s51中的計算式加以調整,最終得到劃定的區(qū)域。對于上述劃定區(qū)域,嚴格控制單位時間內通入到某一區(qū)域內的供水量以及泵站的泵送功率,可以有效地保證該區(qū)域內的平均水壓,最大限度的保證該區(qū)域內不會出現管道爆裂的情況。
對于步驟s53,根據管道壓強計算公式,某一區(qū)域中的供水管網水壓與通入到該區(qū)域的水量、泵送功率、管徑大小、水體流速等因素有關,對于劃定區(qū)域,該區(qū)域中的管道管徑大小,管道高度差等因素即已固定,因此,平均壓強pa=f(x,y),上述函數中的參數因各個劃定區(qū)域不同而不定,影響該區(qū)域內供水管網壓強的主要因素即為通入到該劃定區(qū)域中的水量以及該區(qū)域中泵站的泵送功率,在水量一定的條件下,泵送功率越大,水壓越強。
對于步驟s52,包括:
s521,基礎搭建步驟,在供水管網的關鍵部位設置數據采集以及監(jiān)測控制裝置;
s522,地理位置采集步驟,在供水管網的各個關鍵部位設置地理位置標簽,根據上述地理位置標簽的坐標值生成scada系統(tǒng)1中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的地理位置信息表單,并存儲至后臺服務器2的數據庫4中;
s523,同步搭建步驟,后臺服務器2將所述地理位置信息表單表示在gis軟件中,gis軟件根據上述地理位置信息表單數據顯示scada系統(tǒng)1中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的地理位置信息,同時結合電子地圖或衛(wèi)星地圖進行顯示,搭建完成gis系統(tǒng)3。
通過將scada系統(tǒng)1中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的地理位置信息轉換為二維坐標,在gis軟件中與電子地圖或衛(wèi)星地圖加以整合,完成gis系統(tǒng)3的搭建,同時利用上述gis系統(tǒng)3,將各個監(jiān)測位點的數據對應于數據表單存儲起來,后期可以直觀快捷地索引到各個監(jiān)測位點的數據,上述地理位置標簽在gis系統(tǒng)3中體現為數字二維坐標,在硬件上為定位裝置,例如gps定位器或者rfid信號發(fā)射器,利用衛(wèi)星或者手持移動端可以對其進行定位。
步驟s521中,進一步包括:
s5211,在供水管網中的主供水管線、供水節(jié)點處設置流量傳感器、壓力傳感器以及對應的數據傳輸模塊;
s5212,在供水管網中的泵站處設置用于控制泵站泵送功率的遠程控制器;
s5213,在供水管網的管路上以及供水管路之間設置電控閥門,控制供水管網中某一供水管線以及供水管路之間的流量大?。?/p>
所述數據傳輸模塊、遠程控制器均與后臺服務器2連接,以實現對供水管網中各個供水管線壓強的采集、水體流量大小的采集,并且可以方便地調整該管線的通斷與水體泵送功率。
在實際應用當中,步驟s521中,數據采集裝置還包括自來水用戶的水量使用量監(jiān)測表(水表)等,監(jiān)測控制裝置包括控制供水管網水流大小的電控閥門以及相應的泵站。
詳述的,所述步驟s5中的示警方法包括:
利用gis系統(tǒng)3用戶界面,突出顯示供水管網中壓強超過預設范圍的供水管線;和/或
利用gis系統(tǒng)3用戶界面,突出顯示供水管網中壓強超過預設范圍的劃定區(qū)域。
本實施例中,優(yōu)選的,對于不同壓強的管線和劃定區(qū)域采用不用等的顏色表示,例如壓強超出預設范圍的區(qū)域在gis系統(tǒng)3用戶界面上表示為紅色等,以此可以使得監(jiān)測維護人員方便快捷地找到壓強超范圍的供水管線和/或劃定區(qū)域,直觀快捷。
利用智能手機、平板電腦等移動設備登錄gis系統(tǒng)3用戶界面,實時查詢數據值異常的供水管網的各個關鍵部位位置并進行檢修。維護人員可以利用移動終端設備快速準確地找到故障點位所在,方便供水管線的維修。
如圖3所示,一種供水管網監(jiān)測管理系統(tǒng),包括,
后臺服務器2;
scada系統(tǒng)1,包括多個數據采集以及監(jiān)測控制裝置,用于監(jiān)測采集供水管網中的數據信息,控制供水管網中管線的通斷及連通關系;
gis系統(tǒng)3,用于在地圖信息中標注scada系統(tǒng)1中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的地理位置信息;
數據庫4,包括多個數據表單,所述數據表單與scada系統(tǒng)1中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置數據連接,實時存儲更新監(jiān)測數據;
界面顯示端6,與所述后臺服務器2、gis系統(tǒng)3以及數據庫4數據連接,用于在gis系統(tǒng)3用戶界面顯示scada系統(tǒng)1中各個數據采集以及監(jiān)測控制裝置的位置,并在gis系統(tǒng)3用戶界面建立與所述數據表單的索引鏈接;
警示模塊5,內置于所述后臺服務器2中,接收scada系統(tǒng)1的監(jiān)測數據,若其超過預設范圍,則輸出示警信息至gis系統(tǒng)3用戶界面。上述警示模塊5主要包括運算器,運算器接收監(jiān)測數據并將其與存儲在后臺服務器2中的設定值數據作比較運算,若其超出設定范圍,則輸出示警信號,后臺服務器2根據示警信號控制gis系統(tǒng)3用戶界面的顯示內容。
詳述的,所述scada系統(tǒng)1中的數據采集裝置包括設置于供水管網中的用于檢測供水管線中水壓的壓力傳感器以及供水管線中水體流量的流量傳感器;
所述監(jiān)測控制裝置包括設置于供水管線中或供水管線節(jié)點處的電控閥門,以及泵站;
所述壓力傳感器、流量傳感器、電控閥門以及泵站均與后臺服務器2數據連接。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例,凡屬于本發(fā)明思路下的技術方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應當指出,對于本技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。