城市生命线安全专项应用系统--供水管网安全监测环境

供水管网安全监测架构

1.系统概述

供水管网安全监测平台利用物联网技术、云计算技术等新一代信息技术，将水厂、泵站运行状态，供水管网压力、流量状况，供水末端水质等与供水相关的基础参数数据连接起来，使供水各领域、各系统之间的内在关系更为明确，实现全面感知、泛在互联与融合应用。智慧供水系统以供水服务标准化、调度智能化、管理精细化为建设目标，实现对供水设施的全面、动态化管理，实时监控管网关键点，自动预警，辅助爆管事故处理。充分利用网络、物联网技术和信息资源，进行服务效能整合与升级、加强资源整合与共享，实现节能减排，提高资产运维管理效率。

2.系统架构

系统采用分层分布式架构设计，主导组成部分有感知层、网络层、通信服务层和应用层，总体架构设计如下图所示：

供水管网安全监测环境架构

系统架构图

2.1感知层

感知供水管网参数、设备设施状态，并对重点管网进行智能化控制，各个传感器与采集控制设备依据无线方式进行信息传输，将采集数据发送至监控中心，为供水管网监测管理平台应用提供数据支撑。

2.2网络层

网络层是数据通信的核心，是数据传输的主要通道，网络层主要采用NB-IoT、4G等通信网络。

2.3通信服务层

通信服务层由供水管网监测平台组成，实现数据的汇集与管理，为管网监测平台及其他应用平台提供专业、便捷的数据接口服务。

2.4应用层

应用层为运维部门、管线权属单位、大数据局、运维管理、决策分析等信息服务。包括了统一门户、综合监控、运维管理、综合应用、外部应用等部分。实现统一管理、信息共享及联动控制。实现对监控区域内的供水管网进行集中展示与监管，为紧急情况处理、辅助决策判断、综合规划发展等提供支持。

3.系统功能

3.1爆管点位精确定位

根据管网上布设的感知设备实时在线监测数据，结合GIS地图、设备位置信息快速、精确定位爆管区域，为维护人员实现一次性开挖精准修复提供数据支撑。

3.2漏损检测隐患排查

通过建设水力模型校核供水管网压力动态平衡，解决供水管网漏损管理过程中寻找漏损点、漏损控制、漏损评估等业务中的难题，实现“水十条”漏损率12%以下管控要求，高效检测管网隐患，推进城市节水建设。

3.3污染溯源水质监控

利用区域式监测和集中式监管，实现对水厂、泵站水质、管网末端在线实时监测以及实现对水质污染的溯源和安全监管。

3.4水厂泵站远程监管

在水厂、泵站配置自动化监控装置，完成供水流程的自动化处理，并配置远程监管单元，搭建水厂泵站的无人值守，实现设备监控、报警联动、安全防范等功能，提高管理效率和决策的科学性，使水厂泵站实现从机械人工向智慧化的转变。

4.感知设备

4.1电磁流量计

电磁流量计

4.1.1设备概述

流量计采用特殊设计的传感器励磁系统，采用低功耗处理器，采用全数字量信号处理，测量稳定、测量精度高，抗干扰能力强等特点，实现自动双向流量测量，现场瞬时流量，正反向累计总量显示，自诊断故障报警。无线流量计采4G或NB-IOT通讯技术，内置锂电池供电，无需外供电源，具有测量精确高，可靠性强，稳定性好，能有效的防止雷击，减少维护费用和安装敷设电线工程费用等，是建立在管网中的流量测量、漏耗检测的理想计量仪器。

4.1.2功能概述

管网流量监测

无线流量计实现管道瞬时流量、累计流量等监测，同时可以扩展压力、温度传感器素材接入。

实时液晶显示

无线流量计可通过液晶屏实时显示瞬时流量、累计流量、电池电压、信号强度、报警状态等信息。

数据远程传输

无线流量计可采用NB-IOT通讯，具备覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点。

素材远程配置

无线流量计具备可依据远程方式对设备采集周期、传输周期等参数进行调整及查看，使用简单，维护方便。

4.1.3设备特点

超低功耗

无线流量计采用微功耗、内置电池供电，具备备用电池设计，保证仪表计量的稳定性，避免数据丢失。

测量精度高

无线流量计外部安装高精度温度传感器，保证补偿计算精度，可对静压补充，整体测量精度高、稳定性好。

抗干扰性强

无线流量计采用独特抗干扰设计，适合射频、电磁和变频等场合。

维护方便

无线流量计可借助现场显示屏、按键进行参数配置，也可经过远程进行参数配置与查看，方便运行维护。

4.1.4技术参数

参数项	参数
公称通径	DN50到DN600可选
通信方式	4G（可选NB-IOT）
通信协议	MQTT/COAP/LWM2M
供电方式	电池供电（续航3年）
公称压力	0.6～4.0Mpa（特殊压力可定制）
测量量程	0～15m/s
精 确 度	I级（DN400/500/600为Ⅱ级）
测量介质	>20µs/cm（电导率）
介质温度	-10℃～160℃
电极材料	316L不锈钢
压力测量量程	0～1.6Mpa
压力测量精度	±0.5%FS
压力测量方式	压力测量，具有良好的检漏功能，同时避免管道在此二次开孔取压
结构形式	一体型、分体型（可选）
防护等级	IP68
安装方式	法兰安装
具备远程升级、远程配置、运维管理、蓝牙配置、断点续传等
集成压力传感器、电池组、本地表现单元、采集传输终端等
产品具备良好的三防、防水防尘、电磁兼容等技巧特性

4.2压力传感器

无线压力传感器

4.2.1设备概述

无线压力传感器是一款采用一体化设计的智能检测仪表，该产品采用微功耗设计，采用带不锈钢隔离膜的硅压阻压力传感器作为压力信号测量元件，利用高精度AD 转换器采集压力信号，实现了对压力进行宽温度范围的零点和温度性能补偿。产品内置可快速更换的大容量长续航锂亚硫酰氯电池组供电，适用于野外或不具备市电供电的应用场景，如供排水管网、油气管网、气站、泵站、消防管网等进行介质压力监测。

4.2.2功能概述

压力采集

无线压力传感器集成高精度压力传感器，可对供水管道压力材料采集，对设备电池电压采集；可设置压力素材上、下限阈值，实现超阈值报警，并将监测的压力值、监测时间、设备信息等传输到供水管网监测平台。

本机监控

无线压力传感器采用超大液晶屏设计，通过液晶屏可实时查看压力素材、电池电量、信号强度、素材发送数据记录，实时显现设备运行状态。

远程传输

无线压力传感器采用微功耗设计，电池续航时间长达3到5年。采用当今主流的NB-IOT或4G通讯，具备覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点。

远程配置

无线压力传感器使用简单、维护方便，可凭借远程方式对设备采集周期、传输周期、告警阈值参数进行配置，同时配套方便易用的APP、微信小程序进行监测。

4.2.3设备特点

采用不锈钢隔离膜硅压阻传感器，实现了宽温度范围的零点和温度性能补偿；

使用高精度AD转换器采集压力信号；

支持4G或NB-IOT无线通信方式将信息远程传输到后端管理平台；

内置可高效更换的大容量长续航锂亚硫酰氯电池组供电；

液晶面板内容丰富，直观呈现设备工作状态；

防水设计，适合室内、室外各种恶劣环境；

带数据存储效果，网络故障资料也不会丢失；

搭配简单易用的参数配置软件，设备参数可被灵活更改；

允许远程修改设备参数。

4.2.4技术参数

参数项	参数
通信方式	4G（可选NB-IOT）
通信协议	MQTT/COAP/LWM2M
测量量程	0～1.6Mpa（根据现场量程定制）
测量精度	0.5%FS
采集周期	标准配置1分钟/次（可配置）
传输周期	标准配置4小时/次（可部署）
阈值设置	可配置
供电方式	电池供电
防护等级	IP68
显示方式	数字显示
膜片材料	316不锈钢
接口材料	1Cr18Ni9Ti
接口规格	外螺纹G1/2