【毕业学位论文】（Word原稿）在装水表计量状态分析监控系统的设计与实现-软件工程

中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 硕 士 专 业 学 位 论 文 在装水表计量状态分析监控系统的设计与实现 文作者 指导教师 申请学位 工程硕士 培养单位 软件学院 学科专业 软件工程 研究方向 项目管理 答辩委员会主席 评 阅 人 南开大学研究生院 二一 三 年 九 月 南开大学学位论文使用授权书 根据南开大学关于研究生学位论文收藏和利用管理办法，我校的博士、硕士学位获得者均须向南开大学提交本人的学位论文纸质本及相应电子版。 本人完全了解南开大学有关研究生学位论文收藏和利用的管理规定。南开大学拥有在著作权法规定范围内的学位论文使用权，即： (1)学位获得者必须按规定提交学位论文 (包括纸质印刷本及电子版 )，学 校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生学位论文，并编入南开大学博硕士学位论文全文数据库； (2)为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文作为资料在图书馆等场所提供校内师生阅读，在校园网上提供论文目录检索、文摘以及论文全文浏览、下载等免费信息服务； (3)根据教育部有关规定，南开大学向教育部指定单位提交公开的学位论文； (4)学位论文作者授权学校向中国科技信息研究所及其万方数据电子出版社和中国学术期刊 (光盘 )电子出版社提交规定范围的学位论文及其电子版并收入相应学位论文数据库，通过其相关网站对外进行信息服 务。同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 非公开学位论文，保密期限内不向外提交和提供服务，解密后提交和服务同公开论文。 论文电子版提交至 校图书馆网站： 。 本人承诺：本人的学位论文是在南开大学学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩；提交的学位论文电子版与纸质本论文的内容一致，如因不同造成不良后果由本人自负。 本人同意遵守上述规定。本授权书签署一式两份，由研究生院和图书馆留存。 作者暨授权人签字： 20 年 月 日 南开大学研究生学位论文作者信息 论文题目 在装水表计量状态分析监控系统的设计与实现 姓 名 学号 答辩日期 论文类别 博士 学历硕士 硕士专业学位 高校教师 同等学力硕士 院 /系 /所 软件学院 专业 软件工程 联系电话 通信地址 (邮编 )： 备注： 是否批准为非公开论文 否 注：本授权书适用我校授予的所有博士、硕士的学位论文。由作者填写 (一式两份 )签字后交校图书馆，非公开学位论文须附南开大学研究生申 请非公开学位论文审批表。 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的 研究 成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 非公开学位论文标注 说明 (本页 表 中填写内容须打印 ) 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经 指导教师同意 、作者本人申请和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本说明为空白。 论文题目 在装水表计量状态分析监控系统的设计与实现 申请密级 限制 ( 2年 ) 秘密 ( 10 年 ) 机密 ( 20 年 ) 保密期限 20 年 月 日至 20 年 月 日 审批表编号 批准日期 20 年 月 日 南开大学学位 评定委员会 办公室盖章 (有效 ) 注： 限制 2年 (可少于 2年 );秘密 10年 (可少于 10 年 );机密 20年 (可少于 20年 ) 中文摘要 I 中文摘要 本文从国内大口径水表的使用现状分析入手，揭示了水表在供水企业中的重要性，剖析了大口径水表在国内使用中存在的问题及形成的原因。又通过客户用水状况调查分析，三班生产企业大幅减少、工业用水比重下降、昼夜用水不均衡等用水变化，反映出的供水企业亟待破解的难题，提出在装水表计量状态分析监控，研究水表通过运行分析给出合理配置方案的管理系统理念，解决了供水企业的迫切需求与愿望。 系统的整体设计专注于对数据的深入分析，通过采集水表的 流量技术参数和不同时点、时段通过水表的水量监控其计量状态。进而结合流体力学中的连续性方程、能量方程和动量方程原理，利用现代计算机海量数据快速运算功能，对水表的运行工况进行详实的数据分析，从管道设计的合理性、用量与水表计量的负荷适应性、故障与水表质量的可靠性多个侧面提供水表运行中已发生和潜在的不稳定问题。 系统同充分利用了无线通讯、大型数据库、 C#高运行效率 编程语言等现代技术成果与水表、流体力学、供水企业经营管理等专业技术紧密结合，以友好操作简易的界面设计，实现了用户需求，达到了数据收集、数据分析、紧急报警、 提供水表改进方案、水表服役管、系统维护等功能目标。 系统本着创新目标，力图通过系统功能，特别是数据分析的实用性及其深刻意义展现本系统的亮点，以区别于其他水表系统。本系统的设计使无线抄表，不 仅仅 是单纯的 数据 采集代替人工抄表 ， 而是 进一步 提升了系统和 远传 水 表的管理效应 ， 为提高售水，降低损耗，增加效益做出贡献 。 关键词： 大口径水表， 分析监控，降低损耗I of of of of of in of of of of of in in an to a of of of of of of on of by of at in of of in s of of so as to of of of of to of of C # of as of an II a of as so In of is of to so as to of of of 录 录 中文摘要 I 录 一 章 绪论 1 第一节 国内大口径水表的使用现状 1 第二节 客户用水状况调查与分析 4 第三节 本文研究的意义与必要性 4 第四节 本文的研究内容 5 文系统的突出特点 5 文系统的创新点 6 文创新点实现的关键技术 6 第 二 章 在装水表计量状态分析监控系统的需求分析 7 第一节 系统概述 7 研究目标 7 务需求 8 统角色分类 17 第二节 系统功能性需求 19 统总体功能分析 19 据接收存储管理功能分析 21 户档案管理功能分析 22 备信息管理功能分析 23 据分析处理功能分析 25 据接口功能分析 26 询与报表输出功能分析 26 统管理功能分析 27 目 录 V 第三节 系统非功能性需求 28 统的安全性 28 统的可靠性 29 统的响应速度 29 第四节 本章小结 29 第 三 章 在装水表计量状态分析监控系统的设计 30 第一节 系统设计原则 30 第二节 系统体系结构设计 30 第三节 系统框架结构设计 31 第四节 系统功能设计 32 据接收存储管理模块 33 户信息管理模块 36 备信息管理模块 36 据分析处理模块 38 据接口模块 39 询与报表输出模块 40 统管理模块 40 第五节 系统开发技术 41 #语言 41 42 言 42 43 第六节 本章小结 43 第 四 章 在装水表计量状态分析监控系统的数据库设计 44 第一节 系统数据库概念模型设计 44 第二节 系统数据库数据模型设计 45 域档案表（ 45 作员档案表（ 46 目 录 用水户档案表（ 46 表档案表（ 47 表类别档案表（ 48 表供应商档案表（ 48 备档案表（ 49 表报警阈值档案表（ 51 户过户记录表（ 51 表更换记录表（ 52 时数据记录表（ 52 史数据记录表（ 53 警数据 记录表（ 53 警处理预案表（ 54 统日志记录表（ 54 第三节 数据表之间关系 54 第四节 本章小结 55 第 五 章 在装水表计量状态分析监控系统的实现 56 第一节 系统登录功能实现 56 第二节 主界面功能实现 56 限控制功能 57 据实时 监控功能 57 警实时提示功能 58 第三节 数据接收储存功能实现 58 第四节 用户档案管理功能实现 58 第五节 设备信息管理功能实现 60 表档案管理功能 60 表类别档案管理功能 62 表供应商档案管理功能 62 备信息管理功能 63 目 录 六节 数据分析处理功能实现 64 据实时解析功能 64 据实时分析功能 64 警处理功能 65 第七节 数据接口功能实现 66 第八节 查询与报表输出功能实现 67 量信息查询 67 表数据分析 69 备状态分析 71 第九节 系统管理功能实现 72 统配置 72 域管理功能 72 作员管理功能 73 据维护 备份功能 74 志操作记录功能 74 第十节 系统运行环境 74 第十一节 本章小结 75 第 六 章 总结与展望 76 第一节 总结 76 第二节 展望 76 参考文献 77 致 谢 错误 !未定义书签。 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果 错误 !未定义书签。 第一章 绪论 1 第 一 章 绪论 水表是供水企业不可缺少的计量器具，选好、管好、用 好水表对于降低水量损耗，提高企业效益，提升服务水平意义明显且深远。 多年来许多供水企业和水表生产厂家以及科研单位，在水表的智能化研究方面做了许多尝试和创新，先后出现了有线远传水表、 水表、无线远传水表等新产品，实现了数据的实时传输和智能记录储存。然而在大口径水表的智能化监控管理方面始终没有得到长足发展，如何将智能水表采集的海量数据利用起来，使之为提高供水企业经济效益服务，尤其为水表的科学化管理应用服务，没有深入的研究和创新成果。特别是受水表特性、管道设计、水利条件分析、统计学、企业管理学、计算机软件开发 等多学科的综合理论和技术的应用限制，而没有高水平的成果出现。 本文及所研究的系统，力在应用多学科专业理论和技术手段，通过对水表的运行监控和分析达到对水表科学管理和使用的目的。系统通过监控和数据分析，及时发现问题，提出改进方案，使水表为售水准确计量发挥作用。 第一节 国内大口径水表的使用现状 在水表分类和供水企业使用上，习惯将水表分为两类 ,口径 40的为小表， 50为大表，我们这里着重针对大表进行研究。 当前国内供水企业大口径水表使用数量巨大。经不完全统计全国城镇供水企业 2009 年末在装表具为 6202 万具，其中用于工业和商贸等行业的大口径水表约 具，其分布也很广。一些省市直辖市水表在装情况见表。 第一章 绪论 2 表 一些省市直辖市水表在装情况调查统计表 1 城市或地区 在装水表（只） 居民生活 工业 商贸及其他 合 计 上 海 4616909 57152 287393 4961454 天 津 2883909 114480 155191 3153580 江 苏 7637486 287754 188868 8114108 浙 江 4379469 376706 113096 4869271 广 东 6045625 112815 417966 6576406 湖 北 2035990 57144 117768 2210902 河 南 1965745 72989 585055 2623789 辽 宁 6369984 105544 268310 6743838 黑龙江 1311186 12122 102946 1426254 甘 肃 241606 10278 49053 300937 由于企业（以下简称用户）的用水受多种因素影响，日或月变化较大，规律性不强 ，造成水表的量程与实际用量严重不匹配，又因设计、选型等不恰当存在诸多问题，对用水量的准确计量影响较大，其表现在这样几个方面。 （ 1）设计配置不合理 预测水量严重脱离实际，造成初装时配置的水表口径过大或过小，不能准确计量。例如天津某企业申报日用水量 20000均小时用量为 830 时用量 1080 装 表两具，长时期日平均用水量在 6000 8000 间低峰用水量不足 100 南新乡某新建合资企业申报水量小配装 际用量远远超过水表 50 m3/h 常用流量范围 ，造成水表装上后几天甚至当天就把水表叶轮冲飞。 （ 2）选型不合理 同口径、同类型、同为速度式水表，各个生产厂家也存在许多差异各有自己的特点。例如 平螺翼式水表，有的有效计量范围在 20 500m3/h 之间量程窄水头损失小（压力坡降小）；有的在 500m3/h 之间量程宽，水头损失偏大。选择那种水表要仔细分析用水环境，用水量平稳小时变化不大波动小的，可选择量程窄压损小的水表，反之应选择量程宽的水表。 第一章 绪论 3 （ 3）水量变化背离了水表量程 过去企业规模大产量高，是粗放型的用水。经过改造或各种变迁已经远不是原 来的情况，水表与实际用水量严重不适宜。如过去的纺织厂、印染厂、造纸厂等等都是大量用水户，很多都已经发生了变化，应该重新考虑水表的配置。 （ 4）水表超期使用计量不准 按照计量法 2规定用于结算水费的水表叫贸易结算水表，属于强制检定范围，简称强检。一般情况下大口径水表的检定周期是两年，各地有些差异。完成强检的常规做法就是更换新表，由于费用、管理、认知、监督力度等种种原因很难落实到位，超周期使用比较普遍。由于超出使用周期很难说水表的计量是准确的。 （ 5）低价劣质水表充斥市场 当前水表市场比较混乱，在价格战中 一些质量低劣的产品流入水表市场并有相当的市场份额。本来水表生产需要全数过水检测，又要有加速磨损实验检验授权过程，往往在实际产品交付市场时达不到标准要求。供水企业主管这方面的人事对水表的性能又缺乏深入了解，尤其有些拍板人又关注的是价格，许多供水企业使用着与其用水环境不匹配或劣质水表。 第一章 绪论 4 第二节 客户用水状况调查与分析 在我国通过大口径水表计量的售水量也是巨大的，这些水量虽然通过水表，但是由于发生水表停坏等原因其中包含着估算得来的、也有因水表计量精度不够未被计量的，不是实际售水的全部。一般情况下在装水表数量与 售水总量没有直接的比例关系，用水大量户多水量就高，不一定水表数量就多，但也反映着水表数量的规模。随着社会发展，节水型城市的建设上世纪七八十年代那种粗放型用水早已不存在了，而且出现了巨大变化。主要是昼夜用水量变化大，一般企业很少有三班生产只是白日用水量大，宾馆酒店则是晚 8 点 11 点用水较为集中。用于用水规律的变化对水表性能和管理也提出了更高更新的要求。一些省直辖市售水量情况见下表。 表 一些省市直辖市 2009 年度售水量情况调查统计表 1 省份或城市 用水类型（万 工业 经营服务 特种行业 其他 合计 北 京 6944 天 津 19396 3153 2 22551 河 北 西 8586 19 586 蒙 古 44 宁 东 971 海 南 77 庆 三节 本文研究的意义与必要性 由于水表口径不同、生产厂家的技术以及工艺不同，其参数也各不相同。由此可见， 根据用户的用水情况，结合水表自身参数进行及时准确的分析调整，是十分必要的 3 。即 ：用水量是否在水表合理的计量范围之内，存在不存在过水不计量或少计量 、超越量程范围的情况。对出现的情况提供解决方案就显得第一章 绪论 5 非常重要 4。 这个问题在美英等发达国家表现得不突出，原因是国情不同；思维方式，做事习惯等许多差异所致。比如国外要新建一座工厂，他的前期调研和测算非常精细，对水量的需求富裕量打的不是很宽，基本与实际需要相吻合 5。而我国情况就大不相同了，一般情况下都是宽打窄用，余量很大。自来水公司只能按其申报的用水量配置水表，又长期达不到申报的水量值，因此出现大水表低流量的情形，反之一些单位经营内容或产 品、规模发生了变化，又没有改造管道更换合适的水表，或是当初水量测算就存在问题，造成水表口径小不适合较大水量的计量，经常发生水表 停坏 6。又加上国 外使用的水表质量较高、量程宽，因此国外在这方面的研究比较少。 最近几年这个问题在国内不断引起重视和关注，这与对水表加装了智能监控设备有关，能够采集到不同时段的流量数据，有了掌握用户不同时段的水量信息的手段，能够对用户用水状况进行深入分析。个别科研单位和院校与自来水公司合作开发研制了一些这方面的分析系统，但是由于涉及水表性能研究、用水规律分析、数据库建立、数学模型建 立研究、软件功能设计、软件开发、后期成果运用等多学科内容，研究的深度相对不足，未能推动应用，更未推广 7。本课题研究的分析及监控系统，综合管理用户以及水表档案；借助智能监控设备的数据采集手段，对水表的实时用水数据进行及时且全面的收集，监控其流量状态；同时结合多年在自来水行业的从业经验以及对水表性能和用户用水习惯的熟悉，进行有针对性的分类分析统计，对相关问题进行及时处理以及事后查询检验。 第四节 本文的研究内容 本文通过研究水表的流量技术参数和不同时点、时段通过水表的水量监控其计量状态极其合理性，进而做出分 析判断，提出分析和改进水表的报告。通过水表、水表发讯装置及电子单元数据采集设备、建立客户用水各个状态大型数据库、计算机管理系统，构成数据采集传输网络和管理系统。达到在装水表计量状态分析监控的目标。 文系统的突出特点 本系统根据用户提出的用户基础数据管理、水表及相应设备管理、数据收集、数据分析、数据查询、水表运行状态分析报告、水表运行监控、系统管理第一章 绪论 6 八个方面需求；确立了系统创新关键点的数据收集、数据分析、紧急报警、提供水表改进方案、水表服役管、系统维护与管理六个方面研究重点。因为用户基础数据管理方 面，基本沿用用户老的系统数据，本系统根据要求和需要对其加以补充完善，相当于升级；数据查询结合数据分析一并研究。 文系统的创新点 本系统最大的亮点是数据分析，也是创新区别于其他水表系统的显著标志。本系统突出的是对采集的数据进行深入的分析研究，比如系统在分析功能中设计了低流量水表运行异常报告，高流量水表运行异常报告以及在装水表总数运行情况分类统计报告，通过“分析报告见表 示）就可使供水企业领导者和专业管理人员足不出户便掌握了水表运行的实时情况。特别是对水表超载或低流量运行报警 ，更是将水表的运行监控提高到一个崭新的水平（见表 与传统的电池欠压报警，无水量数据上传报警不可同日而语，这些功能的实现对于及时发现问题，解决问题意义深远。 表 流量报警清单 起止日期 至 注册号 户名 水表口径 整点流量 过载流量时点 流量 瞬时流量 过载流量时点 流 量 过载流量 标准值 文创新点实现的关键技术 本文运用水表测量的流量数据，充分结合流体力学中的连续性方程、能量方程和动量方程原理，利用现代计 算机海量数据快速运算功能，对水表的运行工况进行详实的数据分析，从管道设计的合理性、用量与水表计量的负荷适应性、故障与水表质量的可靠性多个侧面提供水表运行中已发生和潜在的不稳定问题，开创了水表运行管理新洞天。 分析报告 售水流量统计汇总表 运行异常水表统计表 低流量异常分析报告 高流量异常分析报告 水表受力动量分析报告 表 第二章 在装水表计量状态分析监控系统的需求分析 7 第