基于GPS的自来水管网监控系统设计分析

施悦枫

摘 要：如今自来水厂逐渐使用监控系统展开管网运维管理，通过结合GPS技术的应用，优化监控系统的功能。基于此，本文先分析了GPS监控系统的优势，然后研究了系统设计，从系统构成、运行原理、功能设计和消除误差四个方面进行了具体的分析，以期通过结合GPS技术优化监控系统功能，让监控系统辅助管网管理，提高管理效率，提高自来水厂供水服务水平。

关键词：GPS;自来水管网;监控系统

引言：自来水厂如今加快自动化建设，自来水厂管网图更新慢、阀门位置模糊、阀门控制范围不明确等问题逐渐显露出来，人工难以改善上述问题，随着通信技术、GPS技术的广泛应用，为自来水厂管网管理提供了管理空间，通过建设管网监控系统，对自来水管网展开自动化监控。因此，研究自来水管网GPS监控系统的设计，对于优化自来水管网管理有着重要作用。

一、自来水管网GPS监控系统的优势

自来水管网监控是实现自来水厂自动化管理的重要举措，随着自来水厂对于管网运行管理提出更高的要求，越来越多的技术融入监控系统，让监控系统的功能和服务更加完善。自来水管网监控系统使用全球卫星定位技术，融合计算机网络、通信技术、GIS技术以及GPS技术等，适合在自来水管网运行中展开业务管理。通过使用GPS技术，让监控信息得到准确的传输，同时使用地理信息系统综合分析定位信息[1]。在自来水管网遇到紧急事故时，可以第一时间对事故进行处理，维护管网的信息，实施动态化测量，方便于自来水管网的自动化处理，提高自来水运维管理的工作效率。

二、基于GPS的自来水管网监控系统设计

（一）系统构成

自来水管网监控系统主要包括GPS系统、GIS系统、数据库、SCADA系统、压力监测系统以及通信链路。在网络环境下，监控系统可以保证多个用户同时操作，同时满足多站点共享的要求。其中GPS系统包含24颗卫星，实现全球覆盖，卫星可以连续发射信号和电文，电文中涵盖了卫星位置数据。GPS系统可以完成全天候定位，且定位精度高，具有一定抗干扰能力和良好的保密性，由于自动化水平较高，可以节约观测测量时间和成本。此外定位单元也是系统重要构成，将基准站放置在已知高程和坐标的电位，通过接收卫星信号，通过数据链形式将卫星信號传递给周围用户。监控单元可以为高层人员提供决策和调度的支持，通过监控平台、显示器、无线通信设备等，使用中心站天线通信，数据经过通信接口传送给微机处理，经过解码处理分析，传输给监控GIS系统。工作站使用HUB连接显示器、监控终端、服务器等，让发布控制命令、地图定位、数据搜索等功能得到实现。经过二次开发监控系统，增加数据处理模块，让管网得到全面的监控。

（二）运行原理

管网普查过程中线使用GPS静态功能建立控制网，将其作为常规控制点。通过基准站上精准的地心坐标和当做转换参数，作为起算数据。在待测点上使用GPS接收机，再展开数据的观测。观测期间，基准站可以接收同步数据，对三维坐标进行解算，在解算结果逐渐稳定的情况下，要求精度达到设计的要求。展开动态测量要启动差分基准站，发射改正信号。流动站根据航线以及间隔测量，和基准站一起同步观测数据，确定采样具体位置。完成全部测量工作之后，显示出已经测量的线路。处理事故过程中，如地下管线发生漏水事故，依赖压力监测系统对压力信息进行检测，通过自动控制向监控中心反馈。监控中心对信息进行分析，向维护人员提供事故GPS坐标位置。决策人员根据GIS平台提出的数据分析报告，下达指令给检修部门具体的阀门位置，利用GPS系统调用数据信息，对阀门和井的位置进行实时检测，实现管线监控以及抢修。

（三）功能设计

（1）测量功能，要求监控系统展开静态测量、实时测量、快速测量几种测量方式，测量功能可以支持管网普查，通过实时测量，向管网输出实时精密控制点以及管线位置的坐标。

（2）处理事故，利用控制界面准确显示作业点，为作业人员导航，导航的误差可以控制在5cm之内，方便确定管线结点以及阀门位置。

（3）放样，根据系统数据库中GIS坐标，可以制定准确的作业计划，在野外展开工程放样，根据公路的要求，在系统中输入曲线要素，完成实时实地编辑曲线、直线等，有序完成实地的放样工作。

（4）快速成图，系统可以快速自动生成管网矢量图，根据系统GPS定位数据，让矢量电子地图可以和GPS定位信息完美结合移动目标和文字。

（5）管理地理信息，结合GPS和GIS系统数据库，可以有效查找自来水管网中突发事件地点，更新GIS数据库，掌握管网管线纵横走向，对地貌和地物展开全面数据调查。建成自来水管网的监控系统，系统将以供水管网作为中心，提供空间信息等，监控系统借助于企业网络，形成动态实时监测的通信网络。

（四）误差消除

分析GPS测量误差消除措施，可以满足监测精度实际要求。一是使用差分法消除误差，对于SA频率抖动、卫星频率不稳定、定位误差、接收机振荡误差等方法，通过差分法的应用对误差进行消除处理[2]。二是信号被天线接收前被其他物体反射，造成出现严重的误差，造成卫星信号出现失锁，要使用双频观测对误差进行检查，要清理天线附近反射体，减少此类影响。三是消除对流层折射造成的误差，长距离可利用双频接收机对折射误差进行消除。四是消除电离层折射，采用双频相位和电离改正模型对折射影响进行消除。

结论：综上所述，自来水管网GPS监控系统主要包括GPS系统、GIS系统、数据库、SCADA系统、压力监测系统以及通信链路。系统功能主要有测量功能、处理事故、放样、快速成图、管理地理信息。通过GPS监控系统的设计，让系统具备更完善的功能，提高自来水厂的服务水平，提高运检维修效率。

参考文献：

[1]董鹏飞. 基于超声波流量计的自来水管网无线监测系统的研制[D].哈尔滨工业大学，2017.

[2]张勇，张俊，张小波，等.成都自来水管网移动巡检系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2015，38（09）：119-121.