远程监测系统在消火栓供水管理上的应用

张建华

(上海市自来水市北有限公司，上海 201901)

1 消火栓管理的现状与问题

随着城市经济建设的推进，大型居住区纷纷建成，供水管网建设速度也不断加快。消火栓作为城市安全保障设施的重要基础也随之大量增加，呈星罗棋布。宝山供水管理所供水管线长度为1 445.352 km，并以每年3%～5%的速度增加，而相应的防火消防设施已达到近4 000 只，按目前增加速度来看，到2020 年管辖的消火栓数将达到5 000多只。日益增加的消火栓数量及管线长度逐渐成为日常供水管网养护管理工作的难题，另外管网拓扑结构复杂，被私自开启造成无计量用水和漏损，水力停留时间长又影响管网的整体水质。消火栓的基础信息和资料不全，供水企业无法全面掌握具体相关数据和用水实际情况，也给管理和维护带来很大的困惑和问题。

为解决以上问题，供水管理部门努力和相关部门加强沟通联系，实施网格化管理机制，并把握好消火栓的规划、建设、验收、运行、维护。同时利用信息化技术和手段探索对城市消火栓管网实施远程监测管理，建立“数字管网”的管理系统，以适应当前供水管网及消火栓的管理需要。

2 远程监测系统的功能与应用

2.1 系统组成

系统组成如图1 所示。

2.2 系统硬件

2.2.1 低功耗用水信息无线远传记录仪(RTU)

主要功能和参数:2 路16 位模拟量采集并支持双端差分信号，开关量采集，模拟量超限报警，开关量变化报警，GPRS 方式上报用户;采样数据定时存储且存储间隔可选［1］。

数据可周期性存储，每个周期的存储记录条数不小于100 000 次，报知中心的IP 数据终端地址为2 个。所有系统参数可由设置软件本地设置，部分参数也可通过GPRS 进行远程设置，这提高了设备检修维护的工作效率。所有的密封接头防水等级都采用IP68 防护等级的标准，以适应水淹、水下浸泡的工作环境。

该RTU 采用电源休眠控制技术，具有待机时间长和低功耗的特点，电源采用四节锂离子电池，标准配置的电池容量可以上报大于24 000 次，如半小时记录和发送1 次数据的情况下，预计正常工作时间为2 年。RTU 内容结构如图2 所示。

图1 系统组成Fig.1 Composition of System

图2 RTU 内部结构Fig.2 Internal Structure of RTU

具备多项智能连接和控制功能，可以远程修改参数、记录频度、传送周期、报警上下限;可分类报警，具体为设备拆卸报警、温度报警、电池欠电量报警和湿度报警;初定的传送间隔为30 min/次，可根据用户实际需求调整间隔时间，有特殊需要时还可以调节时间段的划分，如白天多发送几次，晚上少发送几次等。当设备本次的上报由于移动网络等其他原因无法成功时，本次的采集数据会在下次上报时一起报到中心网站;若两次发送都不成功，为了减少能耗，系统不采取不断重发直到电池耗尽的传统处理方式，而改用只重发三次，若仍失败就触发通信报警的节能补招方式。补招数据将在系统中自动排序，保证现场显示的数据是最新数据，而不会出现由于补招，将老数据覆盖最新数据的情况。

其他辅助功能:内嵌看门狗，不死机，掉线自动恢复;内设工业时钟，精确计时，能主动与监控系统的时间同步。有自动定时上报和事件触发上报两种上报方式;内置大容量FLASH 存储器，数据自动记录，支持历史数据检索。

显示屏采用长期休眠短期唤醒机制，以减少不必要能量的消耗(显示屏关闭的模式下，待机电流＜20 μA)，显示屏可由磁棒点击相应的激活点来显示当前的测量值、电池电压等，所有显示都有中文指示，简单易懂。

现场安装具体实施方案:距离消防栓2 m 左右，开挖一个长50 cm、宽40 cm、深40 cm 的窖井坑，四面砌砖，窖井坑底部为泥土便于雨水渗透流出。窖井坑顶面为铁制翻盖式井盖，将压力采样管接驳至窖井坑内，安装配套阀门开关及快速接头。快速接头连接压力传感器设备，传感器连接至低功耗无线远传记录仪，对管网压力数据进行实时监测，并定时向中心监测工作站发送压力监测数据。在消防栓所在给水管网处建采样管连接至低功耗无线压力远传记录仪，记录仪终端每10 min 采集一次，60 min 发送一次数据至中心机房监测工作站。现场安装示意如图3 所示。

图3 现场安装Fig.3 Scene of Installation

2.2.2 监控中心工作站

在供水监控中心新建一台监测工作站用于数据采集、浏览、记录、查询等工作。工作站建有SQL Server 数据库负责实时数据存储，为数据查询、分析提供保证。工作站采取WEB 服务方式向所内网用户开放数据浏览、历史曲线查询等功能界面，用户只需在局域网中打开IE 浏览器指定地址、登录用户名密码即可浏览相应权限范围内的所有信息。

2.3 监控平台及应用软件

监测系统软件采用B/S 结构，通过Internet 互联网和GPRS 网络接收管道压力等数据，进行压力数据分析、显示、查询、统计、报表打印和远程参数修改等功能，给用户提供一个直观、简单的操作平台［1］。

系统实现实时采集数据，集中显示各监测点重要参数(如压力、电池电压、报警状态、通信状态)。按区域、地块划分用户，能单独显示各用户子站的全部测量数据的当前数据和历史数据及曲线;可以通过远程设置和修改表底数、IP 地址、端口、发送频率等重要参数。图形曲线使数据一目了然，能自动生成各用户的压力、温度、湿度的并行历史曲线，可查询任意用户、任意参数、任意时段的历史数据，历史数据和曲线便于转存和打印。实时显示并记录就地压力测量系统的各种报警信息，如压力的超限、仪表工作电源不正常、电池的电池欠压、非法闯入、通信故障等报警信息。可远程修改对应报警的设定值。根据不同部门和不同人员，可设置不同的操作权限，防止不同级别的操作人员越权操作。使用菜单驱动显示，保证用户指定一般技术人员就能编制，而不需要掌握机器语言和特殊编程语言，在系统中增加或改变一个点不再编译系统。具有数据的存储功能，可以将所有的实时参数保留1 年以上，所存储的数据能够以标准的方式获取存储的数据。

主要显示画面如图4 ～图8 所示。

图4 数据总览图Fig.4 General Layout of Data

图5 管网GISFig.5 Network of Geography Information System

图6 压力曲线Fig.6 Curve of Pressure

图7 压力日峰、谷值柱状图Fig.7 Histogram of Daily Pressure Peak and Valley

图8 报警表Fig.8 Alarm Table

2.4 系统特点和实际使用情况

系统具有以下五方面的特点:准确性，计量数据报告的及时、准确及运行状态数据的无丢失;可靠性，全天候运行、传输系统独立完整、维护操作方便;先进性，选用了全球最先进的GPRS 数据网络技术和成熟稳定的智能化终端加上独特的数据处理控制技术，系统功能的扩展性强;实用性，对于现场没有电源的监测点，采用电池供电的压力变送器由采集终端直接升压驱动;五是互换性和拓展性，系统统一规划，分步实施，随时可以扩充水质等信息。

首批RTU 共计安装120 个，对整个供水范围内涉及的吴淞、杨行、浏河、罗泾、罗店、罗南、顾村、泰和地区进行统一压力监控，特别是在用水问题多发地区，需要重点监控地区以及部分重要管段上加装多个压力传输设备，建立覆盖全区域的计算机远程消防栓实时监测与管理信息系统，实现远程监控、数据分析、故障诊断、数据查询等功能，成为城市防火、救灾体系中重要的技术保障手段之一［2］。

在日常养护巡检工作中，利用该系统可实现对管道内压力变化实时监测。压力低于所设定的预警值时，系统将发出警报，专业人员得到异常数据后能在第一时间进行处理分析。如2014 年春节前夕小年夜当日，设置在宝山泰和地区的2 处RTU 发出预警，随后接到泰和西路某弄四楼以上居民，多次来电反映家中发生无水、水小等用水问题。供水管理所相关人员接到居民来电反映后，第一时间查看了设置在小区周边的传输数据记录。将当日的压力数据与前几日的数据进行对比后发现当日小区进水管网压力确实存在异常，较前几日数值要小得多。养护人员赶赴现场进行查勘后，发现进水DN300 管段存在漏点，导致压力下降，加之春节期间用水量陡增，造成小区大面积水小、无水等用水问题。此次事件从系统发生预警到分析排摸原因，找到进水管网漏点只用了半天时间，大大缩短了供水管理单位对突发事件的响应时间，系统为本次事件提供了良好的技术支持。

另一方面，系统对异常压力数值的预警也能帮助日常巡检人员对偷盗消防用水，管网水量漏失等问题加以监控。当某一监测点在一段时间内多次发生规律性的压力异常时，巡检人员有理由怀疑该站点附近可能发生消防用水偷盗的情况，在发生异常数值站点附近加强巡检，防止非法用水等滥用现象的发生，化被动为主动，防患于未然。

3 结论与建议

目前，计算机远程消火栓监控管理系统还只应用在压力信息监控方面，在今后日常供水工作中根据实际应用经验，将会拓展新的应用功能。如流量、流速、水质等重要数据的采集以及将目前在线仪表水质数据等进行统一整合上传，通过对所采集重要数据的综合分析，对区域消火栓管道乃至供水管网建立详细和完整的GIS 系统及实时状态监控，以信息化手段进一步加强供水管网管理的科学化，强化维护养护的及时性和针对性，并减少非计量使用消火栓，控制并严禁非法偷用，达到减少漏损控制供水管网产销差，并确实保证消火栓的状态完好，为城市安全运行提供可靠的供水保障。同时，该系统安装简单、无需使用市电等市政配套设施、建设成本较低，建议在城市配水系统上推广使用，为优质供水提供信息化保障。

［1］低功耗自来水管网压力无线实时监测系统——GPRS 数据采集设备与人机界面设备的应用［J］.电子技术应用，2010，36(2):12-13.

［2］林雨阳.城市供水管网实时监控系统的设计与监测点的优化布置［D］.广州:华南理工大学，2013.