CN112750284A - 一种基于独立计量分区的管网漏损监测系统 - Google Patents

一种基于独立计量分区的管网漏损监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于独立计量分区的管网漏损监测系统，包括：多源数据传感终端、数据中心平台和管网业务平台；多源数据传感终端包括流量采集模块、远程水表计量模块和水质监测模块；流量采集模块上设有流量采集设备；网络通信模块、数据处理模块、数据缓存模块、数据存储模块。本发明的有益效果是：通过分区管理模块对现有供水管网做计量分区管理，实现供水管网的精准控漏；通过多源数据采集终端获取运行时的分区和管网数据，使得操作人员可以及时发现地下供水管网存在的漏损隐患和已有的漏水状况；有助于及时消除隐患，维修管网漏损，最大程度地减少了维修的时间和成本、节约水资源；为供水管网的正常运行，提供了夯实的保障。

Description

一种基于独立计量分区的管网漏损监测系统
技术领域
本发明属于城市供水管网系统技术领域，尤其涉及一种基于独立计量分区(District Metering Area，DMA)的管网漏损监测系统。
背景技术
近年来，我国城市化进程不断加快，作为城市化建设中的重要组成部分，市政供水管网质量对城市发展具有重要意义。城市供水系统在我国城市公共事业中扮演着重要的角色，是城市发展的基础。同时，城市供水管网也逐渐成为城市文明和现代化水平的重要体现，但相较与发达国家，中国供水管网漏损率较高。
根据住建部消息，2046年中国城市管网平均漏损率将达15.3％，部分城市管网漏损率将超过25％，特别是北部地区的部分城市，其漏损率甚至将高达40％。供水管道老化、施工不规范、管材选择不到位等问题都是造成供水出现漏损的原因。供水管道长时间的漏损，不仅造成水资源的浪费，也容易影响饮用水的水质，危害人们的身体健康。
传统的检测方法大部分以硬件检测为主，且需人工巡检，供水管道的漏损检测依赖于人工经验和巡检周期，很难做到及时检测；而且供水管网也没有做分区管理，对于庞大的供水管网来说，传统的检测方法的实际应用效果和高昂的成本使其不易推广使用。
综上所述，为了能够较好地解决管网漏损问题，本发明对现有的管网做DMA的分区管理，监测每个分区的流量数据，并结合人工智能的漏损分析方法，实时发现漏损，并通知用户进行管网维修。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于独立计量分区的管网漏损监测系统。
这种基于独立计量分区的管网漏损监测系统，包括：多源数据传感终端、数据中心平台和管网业务平台；多源数据传感终端包括流量采集模块、远程水表计量模块和水质监测模块；流量采集模块上设有流量采集设备；网络通信模块、数据处理模块、数据缓存模块、数据存储模块、数据视图模块和数据修改模块均以进程形式部署在数据中心平台服务器上；数据存储模块和网络通信模块均与数据处理模块相连，数据处理模块与数据缓存模块相连，数据存储模块、数据处理模块和数据缓存模块均与数据视图模块相连，数据存储模块、数据处理模块和数据缓存模块均与数据修改模块相连；网络通信模块与流量采集模块、远程水表计量模块和水质监测模块的传感终端模块均建立网络连接；分区管理模块、用户管理模块、设备管理模块、水质分析模块、统计分析模块、漏损分析模块、漏损预警模块和历史查询模块均部署在管网业务平台上。
作为优选，所述流量采集模块、远程水表计量模块和水质监测模块的传感终端模块与网络通信模块通过GPRS移动通信网络相连，由于户外硬件设备使用电池供电的特殊性，所以电池供电GPRS模块为间歇工作，这样可以最大限度的减少电量的损耗，增强GPRS模块的工作时间。
作为优选，流量采集设备为安装在分区计量点上的电磁流量计(或超声波流量计、管段式电磁流量计、高精度电磁水表等)；远程水表计量模块为安装在计量分区内某一住宅楼总入水口的远程水表；水质监测模块为安装在计量分区内分区计量点的水质监测仪。
这种基于独立计量分区的管网漏损监测系统的工作方法，包括以下步骤：
步骤1、分区管理模块通过智能分区算法对城市的供水管网进行分区管理：分区管理模块通过智能分区算法处理城市的供水管网地图，输出分区规划的层级、不同分区范围的大小、分区流量出入口的位置、分区阀门的数量、分区阀门布置的位置和具体管网调整的内容；然后进行分区封闭性测试实验，确保分区的合理性，最后完成管网分区工作；
步骤2、设备管理模块通过因特网访问数据中心平台，对硬件设备进行管理，实时监控设备的经纬度、实时流量等信息，并对设备进行维护；设备管理模块提供的设备维护管理功能负责监测设备运行状态，在设备为低电量或无法连接状态下，设备管理模块将维护消息同时推送到用户web端和app端；步骤3、多源数据传感终端进行多源数据采集：通过流量采集模块将现场管网运行时数据的模拟信号(包括但不限于水压、水流等模拟信号)进行数字化采集，通过远程水表计量模块将现场管网累积使用流量数据的模拟信号进行数字化采集，通过水质监测模块将现场水质数据的模拟信号进行数字化采集；流量采集模块、远程水表计量模块和水质监测模块均具备信号传感与网络传输功能，信号传感功能可将供水管网现场模拟信号进行数字化采集，而网络传输功能负责将采集的数据通过特定网络传输到数据中心平台；
步骤4、多源数据传感终端与网络通信模块建立特定网络连接，多源数据传感终端将接收流量采集模块、远程水表计量模块和水质监测模块采集的多源数据(现场管网运行时数据、现场管网累积使用流量数据和现场水质数据)通过特定网络发送到网络通信模块，网络通信模块将接收到的多源数据发送至数据处理模块；
步骤5、数据处理模块对多源数据进行处理并输出可观测数据(人可以观测并理解的数据)：数据处理模块根据多源数据中的分号将字段和字段值进行分割，保存在数组中；并通过数据缓存模块进行缓存以提高系统性能，或通过数据存储模块存入数据库中，进行持久化存储；定期将数据缓存模块的数据转移至数据存储模块，删除数据缓存的数据，释放存储空间；
步骤6、通过数据视图模块分别对数据处理模块处理的数据、数据缓存模块缓存的数据和数据存储模块存储的数据进行监控与视图展示，为数据中心平台提供统一对外的视图查询服务；通过数据修改模块提供统一对外的数据修改功能，所述数据修改功能包括数据的增加、删除和修改；通过用户管理模块对系统用户进行组织管理、角色管理、权限管理和基本信息管理；通过水质分析模块对水质的变化进行监测、分析与推送；统计分析模块对分区运行数据报表进行统计分析；历史查询模块通过数据中心平台进行历史流量数据查询和报警查询；
步骤7、漏损分析模块实时分析流量采集模块采集到的历史流量数据，根据正常流量数据预测下一时刻的流量数据，并且将下一时刻的流量数据与实际采集的流量数据作比较；若下一时刻的流量数据超出设定的阈值，则判定漏损事故发生，完成漏损的监测功能，通过漏损预警模块推送预警通知到web端和app端(用户)；若下一时刻的流量数据未超出设定的阈值，则基于独立计量分区的管网漏损监测系统继续工作，返回执行步骤1至步骤6。
作为优选，步骤3中流量采集模块采集的数据有：正向累积流量、反向累计流量、瞬时流量、瞬时流速、流体电导比、报警信息、GPRS模块信号强度、采集时间和管道压力等；远程水表计量模块采集的数据有pH值、电导率、溶解氧、盐度、溶解质(tds)、海水比重、温度、浊度、深度和氧化还原电位(orp)等。
作为优选，步骤4中网络通信模块接收到的多源数据为字符串类型；步骤4中网络为GRPS、4G-LTE或5G中的至少一种。
作为优选，步骤6中分区运行数据报表为年用水报表、月用水报表和日用水报表。
本发明的有益效果是：本发明通过分区管理模块对现有供水管网做计量分区管理，实现供水管网的精准控漏；通过多源数据采集终端获取运行时的分区和管网数据，并存储在数据中心平台，由管网业务平台提供主要的管网漏损监测功能，使得操作人员可以及时发现地下供水管网存在的漏损隐患和已有的漏水状况；有助于及时消除隐患，维修管网漏损，最大程度地减少了维修的时间和成本，也节约了水资源；并实时产生告警工单，提供给操作人员做参考，进一步减少管网漏损带来的损失；为供水管网的正常运行，提供了夯实的保障。
附图说明
图1为基于独立计量分区的管网漏损监测系统的框架图；
图2为基于独立计量分区的管网漏损监测系统的实施实例图；
图3为基于独立计量分区的管网漏损监测系统的执行流程图。
附图标记说明：多源数据传感终端10、流量采集模块101、远程水表计量模块102、水质监测模块103、数据中心平台20、网络通信模块201、数据处理模块202、数据缓存模块203、数据存储模块204、数据视图模块205、数据修改模块206、管网业务平台30、分区管理模块301、用户管理模块302、设备管理模块303、水质分析模块304、统计分析模块305、漏损分析模块306、漏损预警模块307、历史查询模块308、web端4、app端5、水质监测仪6、电磁流量计7、分区计量点8、远程水表9、计量分区11。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
本发明对DMA分区流量数据做实时分析，并通过漏损预警模块提醒用户以便尽快联系维护人员，实现低维护成本和低维护时长的效益。
实施例1：
如图1和图2所示，一种基于独立计量分区的管网漏损监测系统，包括：多源数据传感终端10、数据中心平台20和管网业务平台30；
多源数据传感终端10包括流量采集模块101、远程水表计量模块102及水质监测模块103。数据中心平台20包括数据存储模块204、网络通信模块201、数据处理模块202、数据缓存模块203、数据视图模块205及数据修改模块206，网络通信模块201、数据处理模块202、数据缓存模块203、数据存储模块204、数据视图模块205、数据修改模块206均以进程形式部署在数据中心平台服务器20上。管网业务平台30包括分区管理模块301、用户管理模块302、设备管理模块303、水质分析模块304、统计分析模块305、漏损分析模块306、漏损预警模块307及历史查询模块308。
实施例2：
如图3所示，一种基于独立计量分区的管网漏损监测系统的工作方法为：
具体地来说，流量采集模块101、远程水表计量模块102和水质监测模块103均具备信号传感与网络传输功能。信号传感功能可将供水管网现场模拟信号进行数字化采集，而网络传输功能负责将采集的数据通过特定网络传输到数据中心平台20。所述模拟信号包括但不限于水压、水流等模拟信号，所述特定网络可为GRPS、4G-LTE或5G中的一种网络或它们的任意组合；其中，流量采集模块101可以是安装在分区计量点上的电磁流量计，用于采集管网运行时的正向累积流量、反向累计流量、瞬时流量、瞬时流速、流体电导比、报警信息、GPRS模块信号强度、采集时间、管道压力等数据；远程水表计量模块102具体可以是智能远程水表，其安装在某一分区内的某一具体住宅楼的总入水口，负责采集累积使用流量数据；水质监测模块103具体可以是水质监测仪，其安装在某一分区的分区计量点，负责采集pH值、电导率、溶解氧、盐度、溶解质(tds)、海水比重、温度、浊度、深度、氧化还原电位(orp)等数据。流量采集模块101、远程水表计量模块102、水质监测模块103具体使用的设备和采集的数据在本发明中不受限制。例如流量采集设备，可以是但不限于超声波流量计、管段式电磁流量计、高精度电磁水表等流量采集设备。
其中网络通信模块201负责与流量采集模块101、远程水表计量模块102及水质监测模块103等传感终端模块建立特定网络连接，传感终端模块将采集的数据通过特定网络发送至网络通信模块201。本实施例中特定网络连接方式具体使用GPRS移动通信网络进行传输。由于户外硬件设备使用电池供电的特殊性，所以电池供电GPRS模块为间歇工作，这样可以最大限度的减少电量的损耗，增强GPRS模块的工作时间。在默认情况下为每间隔15分钟由GPRS模块主动发送一帧数据，网络通信模块201在接收到GPRS模块的数据后应回应一帧“OK”即可，这样即完成一次数据采集任务。其中的特定网络连接方式不受限制。例如，可以是但不限于GSM、3G移动通讯网络(CDMA、CDMA 200、TD-CDMA、WCDMA等)、4G移动通信网络(TD-LTE、FDD-LTE、NB-IoT、eMTC等)、5G移动通讯网络、卫星通讯、无线自组局域网(Zigbee、Lora)等通讯网络。
其中网络通信模块负责建立GPRS网络通信连接，网络通信模块201将接收到的数据发至数据处理模块202，交由数据处理模块202进行数据处理并输出可观测数据。可观测数据是人可以观测并理解的数据。经可观测数据可直接发至数据存储模块204，进行持久化存储，存储在MySQL容器中，可观测数据也可发送到数据缓存模块203，使用Redis进行选择性缓存以提高系统性能，在一段时间后，定期将数据缓存模块203的数据转移至数据存储模块204，删除数据缓存203的数据，释放存储空间。
其中数据视图模块205可对数据存储模块204、数据处理模块202、数据缓存模块203所存储，或所处理，或所缓存的数据进行监控与视图展示，并提供数据中心平台服务器20统一对外的视图查询服务。视图修改模块206统一提供数据中心平台20对外的数据修改功能，包括数据的增加、删除以及修改。
管网业务平台30中所述的分区管理模块301、用户管理模块302、设备管理模块303、水质分析模块304、统计分析模块305、漏损分析模块306、漏损预警模块307、历史查询模块308提供以通过数据中心平台20中数据视图模块205、数据修改模块206所提供的数据查询与修改为基础展开具体的业务。用户管理模块302可对系统用户进行管理，包括用户的组织管理、角色管理、权限管理与基本信息管理；设备管理模块303可对监测系统所涉及的硬件设备进行管理，设备管理模块303通过因特网访问数据中心服务器20，以提供设备实时监控与维护管理功能。实时监控功能负责监测包括但不限于设备的经纬度、实时流量等信息。设备维护管理功能负责监测设备运行状态，在设备为低电量或无法连接状态下，维护消息同时推送到用户web端和app端；水质分析模块304负责监测水质的变化，通过分析水质监测模块103采集的水质数据，设定指标的阈值范围，对水质做指标评价，消息推送到用户web端和app端，让用户随时掌握水质数据；统计分析模块305提供分区运行数据的报表统计分析功能，具体包括年月日用水报表；漏损分析模块306可对分区运行流量数据进行实时分析，通过人工智能算法，实时预测流量采集模块101采集的流量数据，并与实测的流量值进行比较，当累计异常偏差值大于设置的漏损阈值，即判定为漏损情况的发生；漏损预警模块307在漏损分析模块306发现漏损之后，消息推送通知到用户web端和app端；历史查询模块308通过访问数据中心平台20进行数据查询，包括历史流量数据查询、报警记录查询等内容。

Claims (7)

1.一种基于独立计量分区的管网漏损监测系统，其特征在于，包括：多源数据传感终端(10)、数据中心平台(20)和管网业务平台(30)；
多源数据传感终端(10)包括流量采集模块(101)、远程水表计量模块(102)和水质监测模块(103)；流量采集模块(101)上设有流量采集设备；
网络通信模块(201)、数据处理模块(202)、数据缓存模块(203)、数据存储模块(204)、数据视图模块(205)和数据修改模块(206)均部署在数据中心平台服务器(20)上；数据存储模块(204)和网络通信模块(201)均与数据处理模块(202)相连，数据处理模块(202)与数据缓存模块(203)相连，数据存储模块(204)、数据处理模块(202)和数据缓存模块(203)均与数据视图模块(205)相连，数据存储模块(204)、数据处理模块(202)和数据缓存模块(203)均与数据修改模块(206)相连；网络通信模块(201)与流量采集模块(101)、远程水表计量模块(102)和水质监测模块(103)的传感终端模块均建立网络连接；
分区管理模块(301)、用户管理模块(302)、设备管理模块(303)、水质分析模块(304)、统计分析模块(305)、漏损分析模块(306)、漏损预警模块(307)和历史查询模块(308)均部署在管网业务平台(30)上。
2.根据权利要求1所述基于独立计量分区的管网漏损监测系统，其特征在于：所述流量采集模块(101)、远程水表计量模块(102)和水质监测模块(103)的传感终端模块与网络通信模块(201)通过GPRS移动通信网络相连。
3.根据权利要求1所述基于独立计量分区的管网漏损监测系统，其特征在于：流量采集设备为安装在分区计量点(8)上的电磁流量计；远程水表计量模块(102)为安装在计量分区内住宅楼总入水口的远程水表(9)；水质监测模块(103)为安装在计量分区内分区计量点(8)的水质监测仪。
4.一种如权利要求1所述基于独立计量分区的管网漏损监测系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、分区管理模块(301)对城市的供水管网进行分区管理：分区管理模块(301)处理城市的供水管网地图，输出分区规划的层级、分区范围的大小、分区流量出入口的位置、分区阀门的数量、分区阀门布置的位置和具体管网调整的内容；然后进行分区封闭性测试实验；
步骤2、设备管理模块(303)通过因特网访问数据中心平台(20)，对硬件设备进行管理，实时监控设备并对设备进行维护；在设备为低电量或无法连接状态下，设备管理模块(303)将维护消息同时推送到web端(4)和app端(5)；
步骤3、多源数据传感终端(10)进行多源数据采集：通过流量采集模块(101)将现场管网运行时数据进行数字化采集，通过远程水表计量模块(102)将现场管网累积使用流量数据进行数字化采集，通过水质监测模块(103)将现场水质数据进行数字化采集；
步骤4、多源数据传感终端(10)与网络通信模块(201)建立网络连接，多源数据传感终端(10)将接收流量采集模块(101)、远程水表计量模块(102)和水质监测模块(103)采集的多源数据通过网络发送到网络通信模块(201)，网络通信模块(201)将接收到的多源数据发送至数据处理模块(202)；
步骤5、数据处理模块(202)对多源数据进行处理并输出：数据处理模块(202)根据多源数据中的分号将字段和字段值进行分割，保存在数组中；并通过数据缓存模块(203)进行缓存，或通过数据存储模块(204)存入数据库中；定期将数据缓存模块(203)的数据转移至数据存储模块(204)，删除数据缓存(203)的数据，释放存储空间；
步骤6、通过数据视图模块(205)分别对数据处理模块(202)处理的数据、数据缓存模块(203)缓存的数据和数据存储模块(204)存储的数据进行监控与视图展示，为数据中心平台(20)提供视图查询服务；通过数据修改模块(206)提供数据修改功能，所述数据修改功能包括数据的增加、删除和修改；通过用户管理模块(302)对系统用户进行组织管理、角色管理、权限管理和基本信息管理；通过水质分析模块(304)对水质的变化进行监测、分析与推送；统计分析模块(305)对分区运行数据报表进行统计分析；历史查询模块(308)通过数据中心平台(20)进行历史流量数据查询和报警查询；
步骤7、漏损分析模块(306)实时分析流量采集模块(101)采集到的历史流量数据，根据正常流量数据预测下一时刻的流量数据，并且将下一时刻的流量数据与实际采集的流量数据作比较；若下一时刻的流量数据超出设定的阈值，则判定漏损事故发生，通过漏损预警模块(307)推送预警通知到web端(4)和app端(5)；若下一时刻的流量数据未超出设定的阈值，则基于独立计量分区的管网漏损监测系统继续工作，返回执行步骤1至步骤6。
5.根据权利要求4所述基于独立计量分区的管网漏损监测系统的工作方法，其特征在于，步骤3中流量采集模块(101)采集的数据有：正向累积流量、反向累计流量、瞬时流量、瞬时流速、流体电导比、报警信息、GPRS模块信号强度、采集时间和管道压力；远程水表计量模块(102)采集的数据有pH值、电导率、溶解氧、盐度、溶解质、海水比重、温度、浊度、深度和氧化还原电位。
6.根据权利要求4所述基于独立计量分区的管网漏损监测系统的工作方法，其特征在于：步骤4中网络通信模块(201)接收到的多源数据为字符串类型；步骤4中网络为GRPS、4G-LTE或5G中的至少一种。
7.根据权利要求4所述基于独立计量分区的管网漏损监测系统的工作方法，其特征在于：步骤6中分区运行数据报表为年用水报表、月用水报表和日用水报表。
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