基于无线网络供水管道流量监测系统的研究

【摘要】为了便于对管道型取水户的用水情况进行管理，水利部门管理人员应当建立能够监测水资源流量数据使用情况的系统，便于借助信息化的手段征集、整合与管理水资源的流量使用情况。基于此，本文首先分析了无线网络供水管道流量监测系统的结构情况，其次阐述了系统的设计方式，最后研究了系統管道检测站的设计方式，并在文中举了北疆大型平原水库成功建设的案例，希望具备一定的借鉴意义。

【关键词】无线网络；供水管道；流量监测系统

引言：

随着社会经济水平的持续走高，当前我国日常生产生活中都需要消耗大量的水资源，一定程度上也存在着水资源浪费的情况。而无线网络下供水管道的流量监测系统能够实现水资源监管业务的现代化以及信息化，使得数据传输的终端设备能够在各种安装环境下，对多点集中的取水户进行统一设计，继而节约供水管道监测的成本，使得水资源的利用情况能够通过网络上的直观化数据展现出来。

一、无线网络供水管道流量监测系统的结构分析

（一）水量信息采集

1.RS485智能数字端口

在无线网络供水管道流量监测的系统中，主要应用的技术是当下先进的物联网技术，能够通过对用水情况的数据采集、传输和分析，再通过水位采集、传输网络以及监测平台这三大部分，将采集分析到的水资源利用情况，运用GPRS无线网络传送给水量监测的平台中，继而经过平台对于数据信息的储存和处理后，为用户提供水资源的应用服务。由此，无线网络下的供水管道流量检测系统能够通过对各监测点数据信息的采集，实现对于实时在线状态下水量信息的采集，其中采用的流量计RS232/485智能数字端口的基本构造。

2.HART信号端口

在水量信息采集的过程中，通常可以采用的信息采集方式主要有间接监测以及实时在线监测这两种，其中在线采集的系统中涵盖着取水计量设备和数据传输系统，能够实现对于取水点实时用水情况的监测，进而将信息通过无线网络传送到需要取水数据信息的水务系统监控中心，继而完成无线网络下取水信息的采集。要想取水点能够进行在线监测，则需要保证使用的监测设备能够满足监控的需求，通常需要配置国家计量监督局制定的RS485数字通信接口采集仪器。而一些取水用户的流量计仪表中只设置了HART输出信号接口，还未配备RS-485智能数字端口，在这种情况下，工作人员就可以运用HART-RS485型号的协议转换器，来输出RS485的信号，从而使得取水用户流量计仪表中内置的数据能够被读取和存储，继而便于无线供水管道流量监控系统的应用。

（二）水量信息处理

在实时监测取水点水量使用的数据信息后，还应需要对水量信息进行处理。在这一过程中，传输水量信息的方式主要是GPRS信道与省级中心通信，之后便可以将收集到的取水点用水信息通过无线网络输送到水务中心服务器。通常来说，在监测点第一时间采集到数据信息时，就应当定时将信息进行上报，尽量避免在数据上传的高峰期传送信息，以免遇到传输拥堵的状况，损害数据上传的实时性。采集水量监测信息的时候，可以采用超限上报与人工召测相结合的方式，在按照1h间隔定时轮询的频次，依次将每个取水监测点的数据信息实时的上传。

二、无线网络供水管道流量监控系统的设计

（一）供水管道流量监控系统的功能要求

供水管道流量监控系统中涵盖着数据采集终端、发动终端以及流量计量设备等多个设备结构，在运行过程中多个结构的同时正常运行，才能保证取水量自动监测工作的顺利完成。这一过程中对于流量监控的系统具有功能方面的要求，需要系统能够在用水过程中，对水位、闸位以及取水流速等信息进行自动化的监测，并且还要求系统具备自动召测及报信的智能功能。其次，流量监控系统还应当具备对当前取水点以及远程参数的配置，进而在监测取水点运行中频段以及时段的同时，发挥对当前取水点以及远程数据的下载功能。

（二）供水管道流量监控系统的设计

供水管流量监控系统的设计，常常要根据用户实际的取水情况进行，按照我国居民水资源的利用情况，系统的设计通常会以多点集中取水户作为设计的参考，针对取水点比较集中的情况，再将多台传感器连入到一台RTU中。其中供水管道流量监测系统主要设备的配置大致如下表所示：

而在设计过程中，往往还要结合工程项目的实际情况进行考量。考量到工程中坝轴线长17km，并且其中坝的最高高度为28m，坝基为深厚覆盖层软基等条件，相关人员设计供水管流量监控系统系统时，首先在高处设置了能够观测大坝原型的系统，用于保证施工过程中的安全性，其次又深入研究了大坝在变形、接触土压力性状以及渗流等方面存在的规律和特点，继而首先完成了大坝监测系统的设计，从监测结果中能够分析出大坝的降量为715mm，而坝基的沉降量比例处于87%上下，进一步说明了监测结果的正确性，从而发挥出了供水管流量监测系统在判断工程质量方面具备的科学性。

三、无线网络供水管道流量监控系统的管道检测站设计

（一）数据采集终端的安装和调试

1.终端设备

数据采集终端设备的工作目标，主要是对水资源监测仪器与传感器中的数据进行采集，这些信息中涵盖着取水点的用水量、水位以及闸门的开度等情况，之后数据采集终端就可以首先对这些重要信息进行存储与检测。在上传终端数据的时候，还要按照水利部在水资源监控管理系统数据传输方面的要求上传通信协议，以便发挥无线网络供水管道流量监控系统终端设备，所具有的工程参数自动监测以及多种通信方式的功能。

2.技术要求

在安装无线网络供水管道流量监控系统的时候，应当注意遵循安装过程的要求以及指标规定，在安装数据采集端的时候，应当选取能够精简线缆的技术，以便能够实现简单的操作。同时，安装数据采集端的时候要尽量考虑到干扰的因素，尽量选择能够附近不存在电磁干扰源，并且不会发生渗水、强震的地段进行安装，以便保证数据在传输过程中具有稳定的信号。其次，在安装数据采集重点的时候，要充分考虑到机箱的接地情况，尽量选在接地电阻在5Ω以内的区域，接地线最好选用截面积超过4mm，并且具有黄色和绿色两种颜色的多股铜芯线，同时接地线的两端应当用固定起来，可以用螺栓作为固定工具。

3.安装步骤

在安装数据采集终端的时候，首先应当将数据采集的终端进行固定，可以选用螺丝作为操作工具，在离地一米以上的墙上确定适合安装的位置，在采集终端机箱已经固定到墙上时，首先要找到数据采集终端接地的螺栓，以便与地网中的接地极进行连接。在确定终端机箱已经固定完毕，并且接地螺栓也与接地极连接好之后，就可以按照详细的说明书，在断电的前提下，将数据采集终端的各极线路进行接线，继而完成数据采集终端的安装步骤，在过程中一定要确保每个环节都按照标准进行操作，避免在安装过程中埋下隐患。

4.调试步骤

等到安装完毕后，接下来就要及时对设备进行调试。首先要断开交流电中的开关，再将数据采集终端上的电源断开，等待供电完成，之后就是要考量配置的参数是否存在误差情况，需要重点查看其中的站号、传感器类型以及储存数据的时间间隔等参数，再按照水资源管理系统中的数据需求进行设备的配置。

（二）流量计的安裝和调试

在安装流量计的时候，应当选取能够满足长度条件的直管段，确保流量计的前直管段长度能够超过管径的五倍，并且后直管段长度也要超出至少三倍。在地埋管道的时候，应当为监测仪器的安装提供足够的空间，也可以采用开挖安装井的方式，过程中要注意考虑到排水的因素，如果无法对管道进行加工，还可以采用外夹式安装方式，之后便可以按照《水资源监测设备现场安装调试》的要求安装与调试流量计。

结论：

综上所述，建立无限网络流量监测站点，确实能够实现对于水资源利用情况的有效监控，继而对用水情况有科学全面的了解，便于发现供水管道等基础设施的建设情况，并及时采取改善措施。在水资源不断减少的当下，水利业务部门应当善于运用现代化网络化的手段，来实现对于区域内水资源的全面准确监测，进而为水资源的分配及管理工作提供宏观与微观角度的保障，提升水资源的管理利用效率。

参考文献：

[1]蔡亮， 王荣合， 赵仁鑫，等. 基于无线传感网络与水量反演方法的供水管网监测模式研究[J]. 给水排水， 2016（s1）：304-309.

[2]杨浩. 基于供水管网离线流量数据处理定位漏失研究[D]. 哈尔滨工业大学， 2016.

作者简介：谷琛（1981—），工程师，从事水利信息化、闸门自动控制、管道供水流量监测、水情自动测报等自动化项目工作。