何军军
哈尔滨凯纳科技股份有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150028
摘要：物联网下供水管网监测系统建设是智慧水务工作的一部分，新时期科学技术水平不断提高，为满足水务工作需求，引入物联网技术具有重要意义。下面文章就对物联网下供水管网监测系统设计展开探讨。
关键词：供水管网；管网监测；监测系统；物联网
引言
随着智慧化地快速推进以及长江大保护的实施,全国各地都纷纷开始建设基于物联网技术的智慧水务项目,结合大数据与云平台打造城市级、流域级的智慧水务平台,以实现对防汛排、排涝的智慧化联合调度,同时增强对水体、水质的综合管控,改善水环境以提高人们的生活质量。但是目前国家或行业领域内智慧水务规范指导工作还不够完善，还有待进一步探索。以下就介绍一下智慧水务中自动化监测数据采集及传输的一些常用做法并分享一些工程实践经验。
1物联网的背景介绍
物联网的概念在上世纪末首次被麻省理工大学提出?物联网是一种将射频识别技术与互联网相结合的产物,其目的是实现产品相关信息在大范围内的可识别性和可管控性?物联网的概念强调了它对物品标志?串连的作用?物联网发展至今,其内涵已经得到了极大程度的丰富,现阶段物联网已包含了多项新兴网络信息技术,与当代的多方面高新信息技术拥有着密切的联系?物联网(TheInternetofthings)是互联网的延伸,它囊括了互联网所拥有的大部分内容和功能,在应用程度上也比互联网更高一步?物联网是指通过信息传感设备,按约定的协议,将任何物体与网络相连接并进行信息交换和通信,以实现智能化识别?定位?跟踪?监管等功能?通过运用物联网技术,可以监测和控制各类基础设施的运行状态,降低运维成本,提高系统的运行效率并降低能耗?由人力采集的海量数据工作量大?采集频率低,城市供水管网难于监管?漏损严重等,针对此问题,需要实时掌握管网系统中的设备运行状况与管网压力?流量等信息,通过在供水管网安装相关智能传感设备,以监测其运行状态,构建基于物联网和云计算的城市供水管网管理系统,结合管网漏损在线监测技术,实现对供水设备与供水管网的智慧运维?
2物联网的供水管网监测系统的研究与设计策略
2.1系统架构
信息化目标包括:降低运营成本,提高工作效率,加强日常管控,提升服务水平,提高经济效益。一般建设内容:1个平台,2个体系,主要内容如下。第一，智慧水务平台,提供通用集成与管理,包括多源数据集成、多种应用综合、通用智慧辅助、多维信息综合展示等。第二，业务运营体系,各业务部门信息化应用,包括项目管理、生产运维、客户服务、技术发展。第三，综合管控体系,基础资源管理,包括设备管理、资源管理、经营管理、综合管理。智慧水务信息化建设方案架构包括:系统架构,物联网平台、云计算平台、数据中心,业务体系、决策支持平台;业务与应用架构,企业管控、生产运维、客户服务、基础支撑、系统运维;数据架构,经营数据、生产数据、客服数据、非结构化数据;技术架构,基础设施层、框架与平台层、大数据服务层、业务应用层、用户交互层。
2.2优化监测点选址
在城市供水水质监测中，开展管网水质监测工作时，也需要相关工作人员对其中的各项关键要点进行严格控制，在保障监测范围全面、监测结果精准有效的同时，也能推动管网水质监测实现可持续发展。在此过程中，工作人员首先需要立足管网水质监测的具体需要，严格遵循国家相关规定要求，主动优化监测点选址。如根据管网稳态流理论，可先假设与水源距离较远且经过时间较长的情况下，供水管网中水质指标相对较低。利用水利分析获得各节点路径，在此基础上得到相应矩阵，此时矩阵中的元素w(i,j）代表上游j节点留至下游i节点时的流量，在全部流向i的水量中的占比。
最后根据国家相关规定标准要求，对矩阵进行转换使之成为整数规划问题，进而有效获取水质信息的节点，将其作为管网水质监测的监测点。但为保障管网水质监测工作的全面性，因此本文建议在采用此种方式的基础上，可以在将矩阵转换成目标函数时，减去城市供水管网当中，水力停留时间因素，同时使用权重计算法根据实际情况对目标函数进行相应调整。使得监测点的布设范围可以得到有效扩大，即便已经存在较长时间的节点，也能够作为管网水质监测节点。
2.3管网流量监测点设置
在城市供水管网系统中,流量监测是诊断管网漏损的直接依据,也是了解管网运行状况、优化调度和事故监控的主要方法;管网流量数据是城市管网水力模型构建的基础数据,也是用户类型分类、用水规律曲线模拟的重要依据。对于监测点的优化布局,可以根据供水管网流量的变化情况在最短的时间内监测/预测到该管段的事故,以达到智慧运维的目标。流量监测点的布置,需要按照最大影响度的方法进行分析,以局部漏损对监测点流量的影响最大为目标。可以通过模拟管网爆管事故的水力模型结合改进整数编码遗传算法,进行管网流量监测点的优化布置。或者利用聚类分析的方法,在灵敏度分析的基础上,通过生成树理论选取最小生成树,从而根据管网实际情况选择布置测点。
2.4报警系统的建立
测压点常见的报警方式包括越限报警和突变报警。越限报警是指采集到的数据超越上限或低于下限时将触发报警事件。在爆管监测中，这种报警方式容易造成漏报和误报，且不能直观反映各监测点压力突降幅度大小，无法对爆管地点进行定位。突变报警是指在单位时间内前后两个数据之间的变化达到设定值时将触发报警事件。按单位时间内压力变化值大小将各测压点进行排序后，可以实现爆管区域的定位。由于系统采集到的管网压力数据偶尔会有一些毛刺数据，水厂泵站日常开停泵操作会造成管网压力波动，因此采用单纯的突变报警误报现象较多，如果调高突变报警的阈值则漏报率会上升。为此，将压力与出厂流量进行联动判断，当管网压力突降与对应的水厂出厂流量突升的联动关系满足时才能触发报警提醒，这样可以避免大部分误报的产生，同时有利于选择合适的报警阈值，减少漏报。
2.5云服务平台构建
根据集成供水管网的地理信息、模型信息和监测数据,分别应用智能感知、物联网、移动互联网和大数据技术对管网数据进行综合采集,通过数据挖掘分析,为供水管网的精细化、智能化运营提供数据支持和综合决策辅助,并取得良好的社会效益和经济效益。云技术具有大规模、虚拟化、成本低、可扩展性、提供按需服务的优点,而物联网的特点是高度的实时性、自动化、能够提供良好的用户体验。在整合云技术与物联网技术之后,系统就兼有两者的优点,在云技术提供的基础服务上,基于云技术和物联网技术的数据接入平台拥有良好的用户体验、柔性化设计、成本低、可拓展的特点。供水管网智慧运维系统云服务平台采用全分布式、可弹性扩展、基于Docker技术的微服务架构。平台采用了kubernetes集群容器管理基础架构,所有的基础组件和微服务都为Docker化部署,包含分布式消息中间件(RabbitMQ)、分布式数据库(MongoDB,MySQL)、分布式文件系统(HDFS)、分布式内存数据库(Redis)、分布式API网关、智能运维、系统监控等。
结语
综上所述，智慧水务作为智慧城市智慧中国中不可或缺的一项,但是实际落地并长期运行的智慧水务项目较少,理想化地设计暴露出不少的工程实际问题,针对水务工作需求开展供水管网监测工作，能够提高智慧水务的整体水平，在日后还需要重视报警系统、云服务平台等方面的建设。
参考文献
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