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浅议城市供水智能管理系统的构建
更新时间:2016-11-01 来源:《中国科技信息》 作者:郝志萍,于书红

目前,我国大部分自来水供水企业都逐步建立了城市供水信息化管理系统,涉及到营业收费系统、生产调度系统、水质监测系统、地理信息系统(GIS)、模型分析系统、用户报装系统、客服系统、办公系统等应用系统。由于它们分期分批建设、在不同的部门进行应用,造成系统兼容性差、共享能力弱、安全性得不到保障、海量数据处理能力低等问题。国际上近年来提出了智能水网技术,运用云计算、物联网和现代通信技术整合各系统资源,构建云中心,对感知的信息进行智能化的处理和分析,从而实现供水系统各模块最大限度的共享,为供水系统的科学管理提供决策支持。城市供水智能化管理具有全面监测、及时可靠的数据传送、智能处理等特征,需要对海量的信息进行分析和处理。

一、云计算

云计算作为一种新兴的计算模式,结合了虚拟化技术,以网络为载体,构建云中心,通过一个相对集中的资源池来服务大量分散的用户,以提供基础架构、平台、软件等服务为形式,将计算资源变成可被海量终端用户所使用的动态、可伸缩的虚拟资源,通过web服务和应用来尽量满足大众用户的个性化、多样化的服务需求。云计算有5个基本特性:随需式自主服务、海量网络访问带宽、海量资源池、快速与弹性的资源配给、可评测的服务。它的超大规模、虚拟化、多用户、高可靠性、高可扩展性等特点正是城市供水管理系统规模化、智能化发展所需要的。

二、基于云计算的城市供水智能管理系统的构建

整个系统以模型建立应用和辅助决策支持为两条主线,凸现了系统集成、数据自动实时更新、专业化调度决策等创新点。其中,供水调度系统是重点建设部分,它主要包括如下10个子系统:GIS(管网地理信息系统)、SCADA(数据采集与监视控制系统,主要选取了压力和流量监测数据)、水质状况(水源、水厂、管网水质情况监测数据)、压力分布(供水系统压力实时数据)、分区计量(供水系统划分片区)、分区计量绩效考核(自主开发的分区计量绩效考核控件)、大用户水量监测(水量大户的实时监测数据)、水量预测(预测水厂总供水量)、水力模型(管网微观水力模型)、水质模型。    

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1.GIS平台基本功能

图形的放大、缩小、移动、选择、鹰眼,以及图层、区块管理;管线、设备多种查询功能。支持多种电子地图格式的显示;GIS资料的自动更新;权限管理。

2.SCADA基本功能

(1)数据采集。SCADA系统采用符合国际标准、国家标准以及行业标准等多种规约通过通信系统完成实时数据及其设备参数的采集功能,同时也可接收其它SCADA系统的实时数据。

(2)数据处理。它负责对数据采集系统处理完成的数据进行实时处理,并通过运算后生成新的计量值。为SCADA系统的最终用户提供远程监测控制现场设备。

(3)系统时钟同步。系统可有GPS全球定位时钟提供标准时间,同时向全系统发送对时命令,包括主站系统的各个节点机器、RTU等。可实现与网络上其它系统的对时服务,支持人工设置时间功能。

(4)人机界面功能。可以显示系统架构图、市区管网图、地理图、实时数据表、曲线、各水厂自控系统运行状态图、视频通话图和各水厂工艺运行现场视频等。同时还有相应的画面操作和画面管理。

(5)组态功能。主要包括监控界面组态、数据库组态、报表组态、通信组态等,通过组态软件对以上各个部分的组态,构成整个SCADA的运行系统,从而完成数据采集与监控功能。

(6)历史数据和报表处理。对实时数据可以进行历史存储和查询,并利用关系数据库提供的标准接口从服务器上的历史数据库取出数据生成各种报表,同时提供定义打印各种报表的手段

(7)提供与相关系统集成的接口功能,使相关系统之间互连与数据共享

(8)对Internet/Internet的信息发布,提供基于Web Services 方式实现对Internet/Internet的信息发布(局域网Web实时查询系统)。

(9)各不同职能部门分为不同网段,禁止访问;相同职能部门划为统一网段允许访问;权限允许的客房端可以访问服务器;各部门根据不同的权限通过IE浏览器访问、查询相关数据。

3.水质状况监测基本功能

以原水和水厂、管网水质数据为依托,输出显示。以达到水质报送、对比、预警的功能。

4.压力分布监测基本功能

以实时压力数据为输入,在DN500以上管网图上输出各测压点和水厂的压力数据,同时点指后出现压力曲线图、测压点位置和绝对水头。

5.分区计量功能

分区的基本原则:

(1)区域边界便于划分。利用供水管网区域内的天然屏障或城市建设中后来形成的人为障碍作为区域边界,能自然分区的尽量选择自然分区;不能自然分区的可选择管网情况清楚、有双向管道的主干管道为界,将流量计装到双向管道的连通管上。

(2)以流量计数量最少为原则。一方面使成本降到最低限,另一方面也可以减少计量误差。

(3)计量管道的布置要非常清晰。选择安装流量计的管线资料、连接的用户资料都要齐全。

(4)根据各水厂的供水区域划分边界。可以对某些流速较低、影响较小的管道采取关阀的措施,从而减少流量计的安装数量。

(5)借助供水管网水力模型,模拟关闭某些阀门对管网运行的影响,使分区更加合理。可根据等水压线的分布,以压力分界线为区域边界。

分区计量绩效考核基本功能:分区计量绩效考核是以行业标准和其他企业为参照,根据无收益水量绩效指标(PI)对供水企业的效益进行分级。无收益水量绩效指标具有便于理解、基于合理的数据支持、快捷计算和统计等特点。

6.大用户水量监测基本功能介绍

以排名前几十位的用水大户的水量数据为基础,通过电子流量计每1小时采集,每12小时发送一次的模式,集成到大户流量监测模块。可实时调用流量监测的数据,统计分析和相应的曲线图。

7.水量预测功能介绍

数据输出当天水量的实际值和预测值的折线对比图和详细数据表格在。

该系统设计中,公共数据库是整个“智能水网”的技术支撑,它具有大容量、高访问量、实时交互和安全性高的特点,是各种具体信息源的“聚点”。既有庞杂的地理信息数据,又有高度安全性的收费财务数据,还有动态更新的组态数据,可以把不同形式不同地点存放的珍贵的数据源高效地通过云技术整合调用。

目前这方面国内既缺少供水行业专用的水量预测、建模软件、运行优化和绩效评估软件,也缺少专业化大型数据库的支撑,更缺少数据采集、存储、传送、控制集成化设施设备,使得供水行业构建智能水网的成本居高不下。该系统在调度运行的决策支持方面进行了深入研究,提出了季节性指数平滑短期水量预测法,调度评价的综合指标法和基于水力模型模拟的运行模式,这为整个供水系统的优化运行提供了坚实的技术基础。

三、结束语

建立在云计算基础上的城市供水智能管理系统的构建,可实现供水系统的数据共享、信息互通、决策支持与运行优化,通过对供水信息数据库中存储的历史数据进行统计分析能够进行水量预测、建模和运行优化调度,实现供水的自动化控制,同时,还可以显著提高客户服务水平,及时查询需要关闭的阀门及水质突发事件等,对于保障供水安全、提升供水服务、改善企业效益有着重要贡献。

版权、出处:《中国科技信息》

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