CN105223890A - 基于gprs的城市地下综合管廊供水管道在线监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于GPRS的城市地下综合管廊供水管道在线监控系统，其主要包括：管道监测点、GPRS数据传输网络、中央控制室、自动控制环节四大部份。本发明是利用GPRS网络将监测数据传输到中央控制室，对供水管道的压力、流量、液位、余氯的各项数据进行采集、处理，通过无线传输回来的数据分析供水管道的运行状态，当管道数据异常时，在报警的同时自行启动计算机辅助控制软件关闭安装在故障点的开关阀门，对地下综合管廊中供水管道的运行状态实施在线检测、在线诊断以及在线控制。在管道发生故障时利用GIS和GPS精确定位故障点位置，并在监控中心显示屏上显示故障信息，减少事故的损害程度，提高供水管道的运行效率和质量。
Description
技术领域
本发明是一种基于GPRS的城市地下综合管廊供水管道在线监控系统。
技术背景
水是人类赖以生存的不可或缺的物质，水资源的匮乏是目前全世界面临的一个重大问题，随着工业的发展，加速了城市化的发展进程，建设城乡一体化成为了我国当前的一个大趋势。随着城市人口数量的剧增，城市用户的用水量也将大幅度增加，我国目前主要是通过自来水公司在地下铺设的地下管道进行供水。
城市地下综合管廊建设是近几年国家提出的一项重大民生项目，关系到经济的发展和人民生活水平的提高，管廊建设的主要目的就是改善当前管线管理混乱、管线故障难以维护、维护成本高等潜在的问题。将包括供水管道的多种管线（燃气、排水、电力电缆、工业管道）融合到管廊中进行有效地监测管理，提高城市的运行效率和质量，解决近些年因为管理混乱、故障频繁、维护困难所造成的社会不安定因素。
供水管道关系到国民经济的发展，供水管道作为管廊建设中的重要组成部分，提高其运行质量和减少故障率成为市政部门必须解决的重大问题。在供水监控系统中，监测数据精确传输到中央控制室，通过控制室服务器对数据分析处理是监控环节不可或缺的部分，影响着整个监控系统的有效运行。在数据获取、传输、处理的过程中，数据是由监测点获取并传输到中央控制室，监测点和中央控制室的距离会影响数据的传输效率，因此提高传输效率是供水管道在线监测系统可靠运行的保障。以前的管线网络错综复杂，没有一个合理有效的在线监测管理系统，监测数据在传输过程中容易失真，传输的效率也比较低，导致监控中心不能及时发现故障状态，事故发生率很高。随着城市的发展，城市地下综合管廊建设正在有序进行，而供水管道作为城市地下综合管廊中的一部分，针对供水管道提出了一种有效的在线监控系统具有重大的现实意义。
发明内容
本发明针对现有城市地下供水管道在线监测系统不完善、事故诊断能力差、故障维护困难、维护成本高等存在的缺陷，提出一种基于GPRS城市地下综合管廊供水管道在线监控系统。
一种基于GPRS的城市地下综合管廊供水管道在线监控系统，该在线监控系统主要包括四大部分：管道监测点、GPRS数据传输网络、中央控制室、自动控制环节；
——所述管道监测点通过传感器采集供水管道内部压力、流量、余氯、水位及相关数据，初始数据通过铺设电子标识器记录并建立数据库；实时数据是通过传感器检测并利用数据处理模块进行A/D转换，处理后的数据通过RS232接口与GPRS数据传输终端模块相连，通过GPRS数据传输终端内置的处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络；
——所述GPRS数据传输网络：现场监测点采集的数据经过GPRS网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公共网络数据传送的格式，通过GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到中心控制室；各管道监测点使用GPRS数据传输终端，通过移动的GPRS网络与中央控制室相连；各数据监测点使用移动通信公司统一的SIM卡，同时中心控制室对各点进行登记，生成报表，保存资料以便识别和维护处理；各信息监测点运行监控系统软件，支持全天在线；
——所述中央控制室的主模块与分站模块按照主从方式进行传输，将采集到的各分站传输过来的封装后的压力、流量、余氯、液位及相关数据进行处理；
中央控制室服务器的监控软件采集所有监测点的数据信息，并作画面显示，显示监测点的动态运行图、实时趋势图、运行报表、日期显示以及报警数据；接收上报的数据及报告信息，同时对采集的数据进行存储和管理，生成实时数据库和历史数据库，能实现查询、统计、报表、故障显示及自动控制；
——所述自动控制环节在供水管道监测点上安装电子阀门，电子阀门的开关由监测终端的微处理器控制，微处理器控制阀门开关动作信号来源于中央控制室控制软件；当供水管道发生故障时，中央控制室会发出报警信号，在显示屏上显示故障点的位置信息，根据位置信息和故障信息，中央控制室服务器上的控制软件就会发出一个信号，通过GPRS网络将该信号无线传输到监测终端控制电子阀门开关动作的微处理器上，微处理器接收到信号后根据故障信息，使故障点的电子阀开关处于关闭状态，切断故障管道的供水，等到工程维护人员解决问题，排除故障后，中央控制室显示故障解除，控制软件再发出信号以GPRS网络传输到监测终端微处理器，微处理器发出指令打开相应的电子阀门；
该控制系统施工时，在管道监测点上装设电子标识器，将供水管道的基础信息记录到电子标志器中；每个标识器都有唯一的ID，标识器埋设后，通过现场记录标识器的ID和GPS坐标，用探测器将这些电子标识器中的信息获取出来，把标识器的ID和基础信息以及标识器的GPS空间坐标，上传给服务器建立数据库存储在监测中心服务器中；同时将各类传感器安装在管线监测点上，通过数据采集装置，将监测点测量的数据经过处理后通过RS232接口与GPRS数据传输终端模块相连，通过GPRS数据传输终端内置的处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络，中央控制室接收GPRS无线网络传输回来的数据，并在显示屏上显示、生成报表。
本发明是利用GPRS网络将监测数据传输到中央控制室，对供水管道的压力、流量、液位、余氯的各项数据进行采集、处理，通过无线传输回来的数据分析供水管道的运行状态，当管道数据异常时，在报警的同时自行启动计算机辅助控制软件关闭安装在故障点的开关阀门，对地下综合管廊中供水管道的运行状态实施在线检测、在线诊断以及在线控制。其中传感器检测供水系统的流量、压力、水位、余氯，并在铺设管道时把这些数据的初始量通过电子标识器记录并建立数据库。通过GPRS无线网络进行数据传输，利用在线监测软件和控制软件对供水管道的状态进行实时监测和控制。在管道发生故障时利用GIS和GPS进行精确定位故障点位置，定位出故障点后自动发出指令关闭故障管线周围相关的开关阀门，并在监控中心显示屏上显示故障信息，减少事故的损害程度，提高供水管道的运行效率和质量，保证城市供水的可靠运行。
附图说明
图1是本发明城市地下综合管廊供水管道在线监控系统流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详述。
如图1所示，城市地下综合管廊供水管道在线监控系统是以GPRS无线网络传输方式，获取城市地下管廊中供水管道的各项测量数据，将数据无线传输到监控中心服务器，并利用无线射频（RFID）技术获取管道的基础信息建立数据库进行管理，结合监测软件和控制软件实现供水管道的在线监测、在线诊断及在线控制，以提高供水系统的运行质量和效率。
基于GPRS的城市地下综合管廊供水管道在线监控系统主要包括四大部分：管道监测点模块、GPRS数据传输网络模块、中央控制室、自动控制环节模块。
（1）管道监测点
管道监测点根据需要设置，每一个管道监测点通过传感器采集供水管道内部压力、流量、余氯、水位等数据，初始数据通过铺设电子标识器记录并建立数据库。实时数据是通过传感器检测并利用数据处理模块进行A/D转换，处理后的数据通过RS232接口与GPRS数据传输终端模块相连，通过GPRS数据传输终端内置的处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络。
（2）GPRS数据传输网络
目前，GSM网络的建设已经趋于完善，在电信部门多年的努力下，其覆盖范围不断扩大，在通信方面具有成熟、稳定、可靠的特点，尤其是中国移动推出的GPRS数据业务，通过增加相应的功能实体和对现有基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对较小，但得到的用户数据速率却相当可观。因此，利用GPRS业务平台构建供水管道监测系统，实现监测点数据的无线数据传输可以有效利用现有网络，降低建设成本，缩短建设周期的特点，而且安装方便、维护简单，具有实用性、安全性、可靠性。
现场监测点采集的数据经过GPRS网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公共网络数据传送的格式，通过GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到中心控制室。
各监测点使用GPRS数据传输终端，通过移动的GPRS网络与监控中心相连；个数据监测点使用移动通信公司统一的SIM卡，同时中心控制室对各点进行登记，生成报表，保存资料以便识别和维护处理。各信息监测点运行监控系统软件，支持全天在线。
（3）中央控制室
中央控制室的主模块与分站模块按照主从方式进行传输，将采集到的各分站传输过来的封装后的压力、流量、余氯、液位等数据进行处理。
中央控制室服务器的监控软件采集所有监测点的数据信息，并作画面显示，显示监测点的动态运行图、实时趋势图、运行报表（日报表、月报表、各项参数报表）、日期显示以及报警数据。接收上报的数据及报告信息，同时对采集的数据进行存储和管理，生成实时数据库和历史数据库，实现查询、统计、报表、故障显示及自动控制。
（4）自动控制环节
在供水管道监测点上安装电子阀门，电子阀门的开关由监测终端的微处理器控制，微处理器控制阀门开关动作信号来源于中央控制室控制软件。当供水管道发生故障时，中央控制室会发出报警信号，在显示屏上显示故障点的位置信息，根据位置信息和故障信息，中央控制室服务器上的控制软件就会发出一个信号，通过GPRS网络将该信号无线传输到监测终端控制电子阀门开关动作的微处理器上，微处理器接收到信号后根据故障信息，使故障点的电子阀开关处于关闭状态，切断故障管道的供水，等到工程维护人员解决问题，排除故障后，中央控制室显示故障解除，控制软件再发出信号以GPRS网络传输到监测终端微处理器，微处理器发出指令打开相应的电子阀门。
施工时，在管道监测点上装设电子标识器，将供水管道的基础信息（包括管道的压力、流量、流向、液位、余氯）记录到电子标志器中。每个标识器都有唯一的ID，标识器埋设后，通过现场记录标识器的ID和GPS坐标。用探测器将这些电子标识器中的信息获取出来，把标识器的ID和基础信息以及标识器的GPS空间坐标，上传给服务器建立数据库存储在监测中心服务器中。
将各类传感器安装在管线监测点上，通过数据采集装置，将监测点测量的数据经过处理后通过RS232接口与GPRS数据传输终端模块相连，通过GPRS数据传输终端内置的处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络，中央控制室接收GPRS无线网络传输回来的数据（压力、流量、液位、余氯），并在显示屏上显示、生成报表。
供水管道监测点的某些参量（如流量、压力、流向、液位、余氯等）通过对应的传感器准确测量出来（在电子标识器中有这些参量的初始值），建立数据库。由于电子标识器中的是基础信息量，一旦铺设在管道上，标识器中的值就不会变化。监测点的参量在不同的时间段，不同的环境下会有所波动，因此需要设定一个误差变化的上下限值。如果传感器测出来的数据超出设定的上限值或下限值，那么监控中心就会发出警报并在显示屏上显示故障信息，表明该传感器监测的管道出现故障，服务器就会调出与与该传感器对应的电子标识器的ID号，将其中的GPS坐标提取出来并查询GIS系统精确定位故障点所在位置，同时，控制软件自动发出信号指令通过GPRS网络无线传输到监测终端控制电子阀门的微处理器上，关闭故障点周围的相关阀门，并通知故障维修部门进行迅速应急处理，故障解除后，显示屏上显示故障解除，同时控制软件再发出指令通过GPRS传输到监测终端微处理器，微处理器发出指令打开电子阀门开关，使供水管道恢复正常。
Claims (1)
1.一种基于GPRS的城市地下综合管廊供水管道在线监控系统，其特征在于：所述在线监控系统主要包括四大部分：管道监测点、GPRS数据传输网络、中央控制室、自动控制环节；
——所述管道监测点通过传感器采集供水管道内部压力、流量、余氯、水位及相关数据，初始数据通过铺设电子标识器记录并建立数据库；实时数据是通过传感器检测并利用数据处理模块进行A/D转换，处理后的数据通过RS232接口与GPRS数据传输终端模块相连，通过GPRS数据传输终端内置的处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络；
——所述GPRS数据传输网络：现场监测点采集的数据经过GPRS网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公共网络数据传送的格式，通过GPRS无线数据网络进行传输，最终传送到中心控制室；各管道监测点使用GPRS数据传输终端，通过移动的GPRS网络与中央控制室相连；各数据监测点使用移动通信公司统一的SIM卡，同时中心控制室对各点进行登记，生成报表，保存资料以便识别和维护处理；各信息监测点运行监控系统软件，支持全天在线；
——所述中央控制室的主模块与分站模块按照主从方式进行传输，将采集到的各分站传输过来的封装后的压力、流量、余氯、液位及相关数据进行处理；
中央控制室服务器的监控软件采集所有监测点的数据信息，并作画面显示，显示监测点的动态运行图、实时趋势图、运行报表、日期显示以及报警数据；接收上报的数据及报告信息，同时对采集的数据进行存储和管理，生成实时数据库和历史数据库，能实现查询、统计、报表、故障显示及自动控制；
——所述自动控制环节在供水管道监测点上安装电子阀门，电子阀门的开关由监测终端的微处理器控制，微处理器控制阀门开关动作信号来源于中央控制室控制软件；当供水管道发生故障时，中央控制室会发出报警信号，在显示屏上显示故障点的位置信息，根据位置信息和故障信息，中央控制室服务器上的控制软件就会发出一个信号，通过GPRS网络将该信号无线传输到监测终端控制电子阀门开关动作的微处理器上，微处理器接收到信号后根据故障信息，使故障点的电子阀开关处于关闭状态，切断故障管道的供水，等到工程维护人员解决问题，排除故障后，中央控制室显示故障解除，控制软件再发出信号以GPRS网络传输到监测终端微处理器，微处理器发出指令打开相应的电子阀门；
该控制系统施工时，在管道监测点上装设电子标识器，将供水管道的基础信息记录到电子标志器中；每个标识器都有唯一的ID，标识器埋设后，通过现场记录标识器的ID和GPS坐标，用探测器将这些电子标识器中的信息获取出来，把标识器的ID和基础信息以及标识器的GPS空间坐标上传给服务器，建立数据库存储在监测中心服务器中；同时将各类传感器安装在管线监测点上，通过数据采集装置，将监测点测量的数据经过处理后通过RS232接口与GPRS数据传输终端模块相连，通过GPRS数据传输终端内置的处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络，中央控制室接收GPRS无线网络传输回来的数据，并在显示屏上显示、生成报表。
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