基于無線網絡供水管道流量監測系統的研究

【摘要】為了便于對管道型取水戶的用水情況進行管理，水利部門管理人員應當建立能夠監測水資源流量數據使用情況的系統，便于借助信息化的手段征集、整合與管理水資源的流量使用情況。基于此，本文首先分析了無線網絡供水管道流量監測系統的結構情況，其次闡述了系統的設計方式，最后研究了系統管道檢測站的設計方式，并在文中舉了北疆大型平原水庫成功建設的案例，希望具備一定的借鑒意義。

【關鍵詞】無線網絡；供水管道；流量監測系統

引言：

隨著社會經濟水平的持續走高，當前我國日常生產生活中都需要消耗大量的水資源，一定程度上也存在著水資源浪費的情況。而無線網絡下供水管道的流量監測系統能夠實現水資源監管業務的現代化以及信息化，使得數據傳輸的終端設備能夠在各種安裝環境下，對多點集中的取水戶進行統一設計，繼而節約供水管道監測的成本，使得水資源的利用情況能夠通過網絡上的直觀化數據展現出來。

一、無線網絡供水管道流量監測系統的結構分析

（一）水量信息采集

1.RS485智能數字端口

在無線網絡供水管道流量監測的系統中，主要應用的技術是當下先進的物聯網技術，能夠通過對用水情況的數據采集、傳輸和分析，再通過水位采集、傳輸網絡以及監測平臺這三大部分，將采集分析到的水資源利用情況，運用GPRS無線網絡傳送給水量監測的平臺中，繼而經過平臺對于數據信息的儲存和處理后，為用戶提供水資源的應用服務。由此，無線網絡下的供水管道流量檢測系統能夠通過對各監測點數據信息的采集，實現對于實時在線狀態下水量信息的采集，其中采用的流量計RS232/485智能數字端口的基本構造。

2.HART信號端口

在水量信息采集的過程中，通常可以采用的信息采集方式主要有間接監測以及實時在線監測這兩種，其中在線采集的系統中涵蓋著取水計量設備和數據傳輸系統，能夠實現對于取水點實時用水情況的監測，進而將信息通過無線網絡傳送到需要取水數據信息的水務系統監控中心，繼而完成無線網絡下取水信息的采集。要想取水點能夠進行在線監測，則需要保證使用的監測設備能夠滿足監控的需求，通常需要配置國家計量監督局制定的RS485數字通信接口采集儀器。而一些取水用戶的流量計儀表中只設置了HART輸出信號接口，還未配備RS-485智能數字端口，在這種情況下，工作人員就可以運用HART-RS485型號的協議轉換器，來輸出RS485的信號，從而使得取水用戶流量計儀表中內置的數據能夠被讀取和存儲，繼而便于無線供水管道流量監控系統的應用。

（二）水量信息處理

在實時監測取水點水量使用的數據信息后，還應需要對水量信息進行處理。在這一過程中，傳輸水量信息的方式主要是GPRS信道與省級中心通信，之后便可以將收集到的取水點用水信息通過無線網絡輸送到水務中心服務器。通常來說，在監測點第一時間采集到數據信息時，就應當定時將信息進行上報，盡量避免在數據上傳的高峰期傳送信息，以免遇到傳輸擁堵的狀況，損害數據上傳的實時性。采集水量監測信息的時候，可以采用超限上報與人工召測相結合的方式，在按照1h間隔定時輪詢的頻次，依次將每個取水監測點的數據信息實時的上傳。

二、無線網絡供水管道流量監控系統的設計

（一）供水管道流量監控系統的功能要求

供水管道流量監控系統中涵蓋著數據采集終端、發動終端以及流量計量設備等多個設備結構，在運行過程中多個結構的同時正常運行，才能保證取水量自動監測工作的順利完成。這一過程中對于流量監控的系統具有功能方面的要求，需要系統能夠在用水過程中，對水位、閘位以及取水流速等信息進行自動化的監測，并且還要求系統具備自動召測及報信的智能功能。其次，流量監控系統還應當具備對當前取水點以及遠程參數的配置，進而在監測取水點運行中頻段以及時段的同時，發揮對當前取水點以及遠程數據的下載功能。

（二）供水管道流量監控系統的設計

供水管流量監控系統的設計，常常要根據用戶實際的取水情況進行，按照我國居民水資源的利用情況，系統的設計通常會以多點集中取水戶作為設計的參考，針對取水點比較集中的情況，再將多臺傳感器連入到一臺RTU中。其中供水管道流量監測系統主要設備的配置大致如下表所示：

而在設計過程中，往往還要結合工程項目的實際情況進行考量。考量到工程中壩軸線長17km，并且其中壩的最高高度為28m，壩基為深厚覆蓋層軟基等條件，相關人員設計供水管流量監控系統系統時，首先在高處設置了能夠觀測大壩原型的系統，用于保證施工過程中的安全性，其次又深入研究了大壩在變形、接觸土壓力性狀以及滲流等方面存在的規律和特點，繼而首先完成了大壩監測系統的設計，從監測結果中能夠分析出大壩的降量為715mm，而壩基的沉降量比例處于87%上下，進一步說明了監測結果的正確性，從而發揮出了供水管流量監測系統在判斷工程質量方面具備的科學性。

三、無線網絡供水管道流量監控系統的管道檢測站設計

（一）數據采集終端的安裝和調試

1.終端設備

數據采集終端設備的工作目標，主要是對水資源監測儀器與傳感器中的數據進行采集，這些信息中涵蓋著取水點的用水量、水位以及閘門的開度等情況，之后數據采集終端就可以首先對這些重要信息進行存儲與檢測。在上傳終端數據的時候，還要按照水利部在水資源監控管理系統數據傳輸方面的要求上傳通信協議，以便發揮無線網絡供水管道流量監控系統終端設備，所具有的工程參數自動監測以及多種通信方式的功能。

2.技術要求

在安裝無線網絡供水管道流量監控系統的時候，應當注意遵循安裝過程的要求以及指標規定，在安裝數據采集端的時候，應當選取能夠精簡線纜的技術，以便能夠實現簡單的操作。同時，安裝數據采集端的時候要盡量考慮到干擾的因素，盡量選擇能夠附近不存在電磁干擾源，并且不會發生滲水、強震的地段進行安裝，以便保證數據在傳輸過程中具有穩定的信號。其次，在安裝數據采集重點的時候，要充分考慮到機箱的接地情況，盡量選在接地電阻在5Ω以內的區域，接地線最好選用截面積超過4mm，并且具有黃色和綠色兩種顏色的多股銅芯線，同時接地線的兩端應當用固定起來，可以用螺栓作為固定工具。

3.安裝步驟

在安裝數據采集終端的時候，首先應當將數據采集的終端進行固定，可以選用螺絲作為操作工具，在離地一米以上的墻上確定適合安裝的位置，在采集終端機箱已經固定到墻上時，首先要找到數據采集終端接地的螺栓，以便與地網中的接地極進行連接。在確定終端機箱已經固定完畢，并且接地螺栓也與接地極連接好之后，就可以按照詳細的說明書，在斷電的前提下，將數據采集終端的各極線路進行接線，繼而完成數據采集終端的安裝步驟，在過程中一定要確保每個環節都按照標準進行操作，避免在安裝過程中埋下隱患。

4.調試步驟

等到安裝完畢后，接下來就要及時對設備進行調試。首先要斷開交流電中的開關，再將數據采集終端上的電源斷開，等待供電完成，之后就是要考量配置的參數是否存在誤差情況，需要重點查看其中的站號、傳感器類型以及儲存數據的時間間隔等參數，再按照水資源管理系統中的數據需求進行設備的配置。

（二）流量計的安裝和調試

在安裝流量計的時候，應當選取能夠滿足長度條件的直管段，確保流量計的前直管段長度能夠超過管徑的五倍，并且后直管段長度也要超出至少三倍。在地埋管道的時候，應當為監測儀器的安裝提供足夠的空間，也可以采用開挖安裝井的方式，過程中要注意考慮到排水的因素，如果無法對管道進行加工，還可以采用外夾式安裝方式，之后便可以按照《水資源監測設備現場安裝調試》的要求安裝與調試流量計。

結論：

綜上所述，建立無限網絡流量監測站點，確實能夠實現對于水資源利用情況的有效監控，繼而對用水情況有科學全面的了解，便于發現供水管道等基礎設施的建設情況，并及時采取改善措施。在水資源不斷減少的當下，水利業務部門應當善于運用現代化網絡化的手段，來實現對于區域內水資源的全面準確監測，進而為水資源的分配及管理工作提供宏觀與微觀角度的保障，提升水資源的管理利用效率。

參考文獻：

[1]蔡亮， 王榮合， 趙仁鑫，等. 基于無線傳感網絡與水量反演方法的供水管網監測模式研究[J]. 給水排水， 2016（s1）：304-309.

[2]楊浩. 基于供水管網離線流量數據處理定位漏失研究[D]. 哈爾濱工業大學， 2016.

作者簡介：谷琛（1981—），工程師，從事水利信息化、閘門自動控制、管道供水流量監測、水情自動測報等自動化項目工作。