楊凌示范區(qū)供水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

摘

要：針對(duì)人工巡檢管網(wǎng)供水指標(biāo)存在的數(shù)據(jù)獲取時(shí)滯長、測(cè)點(diǎn)不全面、數(shù)值不準(zhǔn)確等一系列問題，通過對(duì)目前國內(nèi)水質(zhì)檢測(cè)現(xiàn)狀的總結(jié)與對(duì)楊凌區(qū)供水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PNOMS）的應(yīng)用中監(jiān)測(cè)點(diǎn)及數(shù)據(jù)的分析，為改善和探索信息化手段下的城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng);信息化;在線監(jiān)測(cè);管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PNOMS）

1.引言

供水管網(wǎng)在使用中難免出現(xiàn)管道及其附屬構(gòu)件、設(shè)施等的老化和損壞。由于管材質(zhì)量、水壓變化及環(huán)境等因素出現(xiàn)漏水等問題，從而不利于水資源的節(jié)約并威脅供水安全，管網(wǎng)的維護(hù)和日常巡檢就顯得尤為重要[1]。而原始的人工定期定點(diǎn)對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行巡視檢查與記錄的方式在供水需求激增的現(xiàn)代社會(huì)不但無法滿足人們的生活用水安全，也無法適應(yīng)飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)模式[2]。城市供水管網(wǎng)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是供水管網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度的重要基礎(chǔ)，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布位置都建立在管網(wǎng)信息完全的基礎(chǔ)上[3]。

為保證城鎮(zhèn)供水安全和對(duì)出現(xiàn)的損壞進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)和維修，迫切的需要可以適應(yīng)城鎮(zhèn)用水需求、準(zhǔn)確快捷、智能全面的管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。楊凌區(qū)作為我國唯一的國家級(jí)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)，近年經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展[4]。但原有的管網(wǎng)漏損率平均在14%左右，為滿足供水需求、降低管網(wǎng)漏損率，楊凌新華水務(wù)有限公司開發(fā)了管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PNOMS）以進(jìn)行當(dāng)?shù)毓┧芫W(wǎng)的監(jiān)測(cè)工作，本文對(duì)該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)運(yùn)行進(jìn)行分析，以期為同類型城市及地區(qū)的供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)提供有效的經(jīng)驗(yàn)參考。

2.國內(nèi)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀

目前我國大部分城市對(duì)于城市供水管網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)仍以人工檢測(cè)為主，而供水管網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)在一些較發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)開始建設(shè)運(yùn)行。北京市、成都市、杭州市、西安市、上海市等地均已建設(shè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[5，6]。

在我國江浙一帶的城市中，基于獨(dú)立計(jì)量區(qū)域（DMA）的供水管網(wǎng)漏損在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展日趨成熟[2]，該系統(tǒng)能夠及時(shí)掌握水量變化規(guī)律與趨勢(shì)并發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行中存在的安全隱患與漏水點(diǎn)，積極主動(dòng)、有針對(duì)性的實(shí)施檢漏的定位和管理，提高管網(wǎng)運(yùn)行安全保障與實(shí)現(xiàn)漏損控制。哈爾濱市應(yīng)用的管網(wǎng)水質(zhì)自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備、GPRS無線信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)管理軟件管理平臺(tái)組成，能夠?qū)芫W(wǎng)水質(zhì)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，使管網(wǎng)運(yùn)維人員及時(shí)高效的掌握水質(zhì)的實(shí)時(shí)情況，保證供水安全和質(zhì)量[7]。重慶市在對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)中應(yīng)用SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)平臺(tái)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至水務(wù)公司服務(wù)器進(jìn)行進(jìn)一步分析。該系統(tǒng)平臺(tái)改變了傳統(tǒng)的模糊管理模式，通過在線數(shù)據(jù)信息，及時(shí)反映管網(wǎng)運(yùn)行情況，保障供水安全[8]。

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在較發(fā)達(dá)城市中的良好應(yīng)用為其向中小城鎮(zhèn)普及提供了良好的借鑒和參考，整體供水系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)的發(fā)展完善是時(shí)代發(fā)展的迫切需求和必然選擇。

3.管網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡介

楊凌新華水務(wù)公司于2019年11月開發(fā)注冊(cè)的管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PNOMS）已在楊凌區(qū)全面投入使用，其監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括水質(zhì)、流量、水壓等。系統(tǒng)利用當(dāng)前先進(jìn)的無線傳輸技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)打造供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)的智能管理云平臺(tái)，利用無線智能數(shù)據(jù)采集終端和移動(dòng)物聯(lián)卡，將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至云端，并進(jìn)行儲(chǔ)存、整理和分析。同時(shí)由地理信息系統(tǒng)（GIS）的定位功能為管網(wǎng)運(yùn)維人員直觀的呈現(xiàn)出故障點(diǎn)的位置情況。通過互聯(lián)網(wǎng)終端平臺(tái)及設(shè)備呈現(xiàn)出實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、分析結(jié)果和趨勢(shì)預(yù)測(cè)，提高對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)速度與及時(shí)規(guī)避問題發(fā)生的預(yù)警能力。

系統(tǒng)提供了水質(zhì)數(shù)據(jù)情況、流量及壓力數(shù)據(jù)、告警情況及設(shè)備管理情況等項(xiàng)目，對(duì)供水管網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)、全面的全方位監(jiān)控與記錄。

3.1監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

楊凌新華水務(wù)公司的管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PNOMS）監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布如圖1。在用水量較集中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)均布置了共計(jì)54個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)楊凌區(qū)各個(gè)街道片區(qū)及用水大戶的供水管道，如城建局水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)、楊凌大道城南路交匯處東端、五湖路邰城路交匯處北端、鳳凰路鳳凰小區(qū)、楊職院南校區(qū)南門東側(cè)、高鐵站北側(cè)調(diào)壓閥西、五泉中學(xué)內(nèi)、西北農(nóng)林科技大學(xué)南校區(qū)西門等。由于重要節(jié)點(diǎn)和用水大戶對(duì)供水安全性要求更高，能夠承受的斷水沖擊負(fù)荷小，故對(duì)這些節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與及時(shí)維護(hù)修理尤為重要。

3.2監(jiān)測(cè)內(nèi)容與分析方法

楊凌管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（PNOMS）不僅對(duì)管網(wǎng)各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行密切觀察監(jiān)測(cè)，還能夠?qū)⑺鶛z測(cè)到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，根據(jù)選定的時(shí)間范圍自動(dòng)生成數(shù)據(jù)圖表，以供管網(wǎng)維護(hù)人員對(duì)水質(zhì)、流量、水壓情況的歷史追溯、確定出現(xiàn)問題的時(shí)間，判斷可能存在的問題類型，做出更加準(zhǔn)確的診斷和應(yīng)對(duì)方案。同時(shí)，這些歷史數(shù)據(jù)還能形成當(dāng)?shù)氐墓┧芫W(wǎng)工況數(shù)據(jù)庫，而基于大數(shù)據(jù)的分析方法，通過各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與歷史運(yùn)行工況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照，預(yù)測(cè)管網(wǎng)潛在風(fēng)險(xiǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)工況的預(yù)警，從源頭減少甚至避免損失。

以田園山莊監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，其水質(zhì)數(shù)據(jù)見圖2，11月8日20點(diǎn)前后的實(shí)時(shí)水質(zhì)和歷史數(shù)據(jù)均較穩(wěn)定，pH值、濁度始終分別維持在8.4（弱堿性）、7左右，表明其管網(wǎng)運(yùn)行正常。

（a）田園山莊監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

（b）田園山莊監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)歷史數(shù)據(jù)

以鳳凰路鳳凰小區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，其壓力及流量數(shù)據(jù)見圖3，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)均為正常值范圍之內(nèi)，管網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定良好。

（a）鳳凰路鳳凰小區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)壓力及流量

（b）鳳凰路鳳凰小區(qū)監(jiān)測(cè)點(diǎn)歷史壓力及流量

4.管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前景

城市管網(wǎng)系統(tǒng)是城市最基本的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，供水關(guān)系著城市的發(fā)展及千家萬戶的日常生活，供水安全問題不可回避，對(duì)供水管網(wǎng)水質(zhì)的監(jiān)測(cè)建設(shè)刻不容緩。隨著計(jì)算機(jī)、信息科學(xué)和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用與日趨成熟，加之地理信息系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)分析技術(shù)的不斷發(fā)展完善，供水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展得到了強(qiáng)有力的科學(xué)支持，逐步建立起管網(wǎng)信息化管理平臺(tái)，為供水管網(wǎng)的水質(zhì)管理提供高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。供水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)的信息化、自動(dòng)化和科學(xué)化，為進(jìn)一步提高供水安全性、可靠性提供了有力的保障，對(duì)城市健康可持續(xù)發(fā)展有著積極的意義。

我國較發(fā)達(dá)地區(qū)已基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的供水管網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)，小城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)仍屬空白，楊凌新華水務(wù)公司開發(fā)