地下管网水位监控系统需求设计

附件19

地下管网水位监控系统

1系统概述

1.1项目背景

城镇排水系统是城镇建设、环境保护、防洪排涝的重要基础设施，关系到社

会经济稳定发展和人民生活的安定，在保障城镇发展和安全运行中发挥着重要的

作用。伴随城镇的迅速发展，城镇排水管网系统越来越复杂、越来越庞大，对排

水管网B勺运行管理、养护管理、应急防汛和科学决策等提出了越来越高B勺规定。

但由于在管网的运行管理上缺乏掌握排水管网真实运行状况H勺技术手段,在养护

管理上难以评估排水管网的平常养护效果，在排水管网B勺水力分析和管理决策上

缺乏必要的数据支持，碰到紧急状况无法根据实时变化信息以制定对应日勺应急措

施，依托老式的管理手段已越来越不能满足排水管网的现代化管理需要。

伴随城镇的迅速发展，某些区域雨水管网B勺规划设计与建设由于历史的原因

存在先天局限性，根据水文水资源管理的资料记录，在近3年时间里，暴雨实际

强度远远超过设计暴雨强度原则，雨水管网在暴雨灾害时运行负荷过重，导致城

镇内涝。不过，雨水管网设计的某些先天局限性有时很难通过管网改造弥补，中

心城区许多道路下面的多种管网错综复杂，地下也已经很难提供管网的扩容空间，

故而只有通过强化管理手段来提高区域排水能力，改善困难日勺局面。

1.2面临的问题

1)应急排涝决策指挥缺乏有效的管网运行数据支

由于目前排水系统现支状况，导致排水管网应对突发事件的能力严

重局限性，一种突出的例子是特大暴雨夜袭周浦事件。据报道,2023

年8月4日的暴雨，3小时降雨量达223毫米,周浦镇13条主干道排

水不畅，镇区居民受灾户数6339户，占21%;受灾面积到达87万平

方米，进水1500户，停电1050户，停水3000余户。受灾企业共290

户，

48.9%o

因此，在城镇暴雨内涝应急指挥工作中存在如下问题：

＞难以及时精确地获得暴雨内涝时管网运行预警信息；

＞难以制定出不一样等级雨情下科学的应急预案；

＞无法根据区域全局的管网运行状况合理指挥局部内涝漫水区域

的排水应急抢险工作。

2)排水管网养护管理缺乏有效的监测技术手段

许多地区排水体制是合流制与分流制并存，部分排水系统存在雨污

水混接现象，目前B勺排水管理还缺乏监测雨污混接状况B勺科学手段。由

于晴天污水流速较低，导致混接的雨水管网淤积严重，有的管道甚至堵

塞大半过水断面；城镇建设节奏时加紧，有的建筑工地建设垃圾排放也

会阻塞排水管网，然而由于地下管网的隐蔽性，平常养护人员缺乏有力

的工具以便时发现问题管段和乱排垃圾的顾客。

平常养护作业人员缺乏现代化的监测技术手段来提高工作效率，目

前，排水管网。勺养护管理存在如下问题：

＞难以有效评估管网的平常养护效果；

＞难以制定具有针对性的管网养护计划；

＞建筑工地乱排建筑垃圾难以监控，易导致管网堵塞问题；

＞由于养护清淤不到位而易导致河道环境污染问题。

3)排水管网运行调度管理相对微弱

一种完整的排水系统由排水泵站、鲁井和管道构成。目前，不少地

区已经建设排水泵站自动监控系统，泵站管理已经实现自动化和信息化,

不过调度人员缺乏技术手段来掌握管网的实际运行状况，这是目前排水

系统管理的微弱环节。

目前，排水管网调度运行管理存在如下问题：

＞无法获得排水管网的真实运行数据；

＞缺乏对重要排水户的监控技术手段；

＞缺乏排水管网运行历史和实时数据的分析技术手段；

＞难以高效协调排水运行单位和排水养护单位协同工作。

13项目目的

针对上述问题，通过为隐蔽性很强的地下排水管网系统装上"电子眼〃，建

设城镇排水管网水位监测信息系统,为城镇排水管理者提供观测、浏览排水管网

动态运行状况的全新视角，减少由于排水管网隐蔽性导致的管理决策盲目性。

建设城镇排水管网水位监测信息系统，供运行管理、养护、监督、应急指挥

等部门同步使用，通过本系统对排水管网水位时实时监测、分析、预警，能较早

地发现问题和处理问题，变被动应对为积极预控，变局部关注为系统监控，大幅

度提高区域防汛指挥能力。同步，为更好的研究排水系统之间的互通与运用，为

管网改造工程提供了比较科学的参照根据。

2系统架构

2.1组网构造

本系统重要包括排水管网水位监测中心主站、通信网络、现场监测设备三部

分构成，运用前端监控、数据采集设备的数据远传通讯功能和系统软件功能实现。

采集数据，使监测中心通过简朴而又经济的计量手段，实现对整个地区排水管网

水位信息的实时监测，进而实现良好的社会效益和经济效益。

系统拓扑图：

2.2架构构成阐明

1)监测中心主站

监控中心设在某管理部门，管理中心负责整个排水管网水位的监测。重要配

置由数据库服务器、GPRS前置机、监控软件、WEB数据公布等系统构成。

2)通讯网络

GPRS网络是通讯运行商提供的数据无线传播网络，只要有GPRS信号H勺地

方就可以支持数据无线传播，具有实时在线、覆盖面广、使用以便、按流量收费

等长处。

本系统采用GPRS通信方式，系统主站B勺GPRS数据传播模块和每个监测

终端内置的GPRS数据通讯模块都能通过网络通信实现监控中心与现场测控终

端的数据双向通信。

3)现场重要监测设备：

GPRS数据传播设备、液位采集器、液位计等。

＞液位计

测量地下液位数据。

＞液位采集器

液位采集器具有采集4-20mA数据、串口通讯等功能。需配合GPRS通

讯设备才能完毕液位数据实时上传B勺功能。

＞GPRS数据传潘设备

重要是实现前端设备与主站之间的数据传播功能，液位计数据通过

GPRS通讯平台，发送并存储到系统主站服务器。

提供的液位计实时监测系统在保证计量精确度的基础上，以一体化液位监测

终端和科学、有效的后台软件为平台，加上强大的数据分析理论和实践经验，对

城镇排水管网水位进行管理监测。

23排水管网水位监测系统重要技术特点

1)组网运行成本低

运用既有的网络资源作为通讯载体；运用公网或专网作为计算机中心与终

端B勺数据传播载体，施工简朴，运行维护成本低。采用模块化设计，便于后期

维护。

2)合用单位广

系统根据详细需求设计，软件功能可根据顾客定制，满足数据监测、数据

杳询、数据记录的详细需求。系统合用于大型企业民用能源管理、水利局、供

水企业、小区物业管理企业和数据采集计量有关B勺单位。

3)技术先进

该系统设计简朴明了，集数据采集、设备控制、无线通讯、软件、数据安

全、数据库等多种技术于一体,国内处在领先水平。

4)高精确性和实用性

抄收率、精确率高于国标；系统对采集的数据严格校验；从采集、传播至

存储全过程采用多种技术措施保证数据的高精确性和实用性。

5)系统高可靠性

系统软、硬件设备具有超强抗冲击能力，出现意外状况，均不引起系统功

能丧失或影响系统正常运行；对意外状况引起的故障，系统具有自恢复能

力。保证了系统高可靠性。

6)系统组网灵活多样

系统有多种联网接口，GPRS/CDMA和以太网，顾客可以根据自己。勺实

际状况，选择最实用和经济B勺方式，既可以选择一种方式也可以多种方式

并存。

7)开放的数据库设计

支持顾客自定义H勺监测站点扩充，监测传感器扩充。适应排水管网不停发

展的需要。

8)动态系统设置

顾客自定义的监测界面设置，支持虚拟站点、虚拟传感器设置。支持实时

监测数据归并、计算，为顾客迅速获取管网运行信息提供服务。

9)调度信息实时公布

采用先进的计算机信息、通信技术，将监测信息和调度职能部门H勺业务信

息及时公布到企业网或因特网，实现公共信息资源共享。

10)实时、历史曲线等

可以结合地形图和监测点分布图，运用监测点时实时数据或历史数据，为

管理人员实时提供水位数据，为管理人员管理和改造排水管网系统提供了

精确的数据支持。

2.4系统设计原则

系统本着可靠稳定B勺宗旨进行整个系统B勺设计构建，重要遵照如下设计原则：

＞扩展性原则：

系统具有高可扩展性，既能适应通信网络构造、通信协议的扩展变更，

也能适应不停变化的应用需求；

＞模块化设计：

系统采用模块化设计，并构建业务生成平台；

＞可移植性原则：

系统采用Java开发体系，与系统平台无关，保证应用系统的可移植性。

＞先进性原则：

系统采用业内先进设计原则，在设计思想、系统架构、采用技术、选用

平台上均需要具有一定的先进性、前瞻性，考虑一定期期内业务日勺增长。

＞易用性原则：

提供友好B勺顾客操作界面，具有直观易用的人机界面。对于复杂操作环

节。

＞稳定性原则：

具有高可靠性和高稳定性，可以适应海量数据处理。在系统设计、开发

和应用时，从系统构造、技术措施、软硬件平台、技术服务和维护响应

能力等方面综合考虑，保证系统较高的性能和较少的故障率。

3系统软件功能

3.1软件平台

系统采用WindowsServer2023作为关键服务器的操作系统，采用Oracle

作为数据库服务器的数据库系统软件.数据展现和分析软件采用基于地理信息系

统B勺数据集胡口智能分析(GDI)平台。GDI是一套以地理信息系统为基础，通

过原则化接口整合各类与地理空间有关B勺业务数据，并采用原则化方式进行业务

数据展示和分析的通用平台。

3.2基本功能

1)实时数据监控

系统接受远程数据采集点的液位计运行数据，将监测数据发送到中心，从

而实现对排水管网水位时实时监测。

2)实时数据显示

主站服务器接受液位计发送的实时数据，以数据、表格、图形等形式显示

监测点的数据。可以根据顾客自定义H勺数据报警限值设定进行报警。

3)监测数据分析

实行监测数据分析，历史监测数据分析。辅助调度工作人员制作流量等平

常工作报表以及历史分析报表。

4)报表打印

支持顾客自定义的模版，进行打印输出；

5)调度WEB

采用B/S模式,在通用web浏览器页面上显示实时监测数据、历史记录

数据，同步可在部门内部网上公布排水管网水位B勺最新数据、历史数据。

6)高级查询

提供强大的管网查询功能，对管网组件、空间信息、管理资料等进行图选

查询、条件查询、分级查询、量距查询。

7)信息记录

对管网属性、空间位置日勺所有信息或满足某种特定条件的信息进行记录、

分类。

8)系统管理

各类系统参数设定、顾客权限管理，外部数据接口管理。

3.3分析功能

1)多视角实时数据动态展示方式

以表格方式展现各测点实时水位数据；以平面地图或管网拓扑图为背景，

展现实时数据的分布，并以不一样颜色表达管段口勺不一样充斥状况；以有

关窖井的纵断图为底图，展现同一系统内各窖井B勺水位和互相间H勺水位差。

2)多形式历史数据追忆

水位趋势选择日期范围进行多点水位曲线展现，测点的选择可根据显示方

案或使用者自由结合；同比分析同一测点在不一样步期的水位变化图表；

以平面底图或管网拓扑图为背景的数据现场，选择日期范围和动画的步长,

动态再现实时数据和管段充斥状态的变化;以有关窖井的纵断图为底图的

数据现场，选择日期范围和动画的步长，动态再现同一系统内各窖井水位

互相间的变化。

3)多内容报警管理

建立基于数据库B勺排水窖井水位监测管理进程，对每个排水窖井水位、同

一排水系统各窖井间H勺水位设有一定H勺正常范围，若超过设定的正常范围,

则认定发生了排水报警事件。此外，报警管理还包括：通信超时报警；测

量出错报警；测量装置故障报警；电池低电压报警。

4)层次数据查询

选择任意时间段，对单一测点或独立排水系统的数据查询和事件查询；选

择任意时间段，对独立排水系统的数据查询和事件查询；选择任意时间段

并任意关联多种测点，对关联测点的数据查询。

3.4软件截图

1）实时监测

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2）电子地图实时监控

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3）排水管网水位变化曲线

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4有关设备选型

4.1GPRS无线通讯设备

GPRS无线数据传播模块依托无线网络运行商的GPRS网络平台实现无线数

据信。

GPRS传播模块可以设置成主站和子站，主站用在数据中心，与服务器连接；

子站用在现场，与被测控的仪器仪表设备连接。一种主站可以与多种子站通信,

一种子站可以与多种主站通信。也可以用两个子站实现两点之间的数据透明传播。

可广泛应用于电力、水利、抄表、环境保护、仓管、控制、报警、GPS定位信

息回传、GIS等领域的监控、采集数据时实时传送,满足客户对于数据实时性、

精确性B勺规定。

1）模块特点

＞支持中心专线方式、GPRS专网方式（SIM卡绑定固定IP）、SMS短

信等多种组网方式。

＞模块可设置成主站端（与数据中心PC机连接）和子站端（与现场设备连

接）。

＞模块支持GPRS网络和短消息两个数据通道，可以同步使用。

＞子站端与现场设备连线即可使用，上位机进行协议处理，使用以便。

＞工业级设计、合用多种恶劣环境。

＞内置自动检测系统，不死机，掉线、断电自动恢复。

＞提供设置、演示软件，支持多种组态软件和集成商使用其他工具开发B勺

系统软件。

＞具有远程参数设置和远程维护功能、减少客户现场维护成本。

＞抽屉式SIM卡坐，安装SIM卡时无需打开模块，使用以便。

＞导轨式安装，以便与其他模块配套使用。

＞可以根据信或同度指示来选择安装的位置

2）技术指标

＞构造：导轨式

>接口：1路RS232/485串口

>串口速率：300-9600bps

>工作环境：工作温度:-25-+55℃存储温度：-40--+80℃环境湿度：

490%无凝露无腐蚀性气体和导电尘埃,无爆炸危险的场所

>电源：8-30VDC;待机时电流：50mA,发射时峰值电流：300mA

4.2水位采集器

功能与应用

水位采集器集监测水位、监测流量、等多种功能于一身。具有抗干扰能力强、

稳定性高、兼容性好，顾客使用以便等特点。该控制器有助于排水管理部门对

排水管网有效地控制。

功能特点：

水资源控制器的功能：

1)采集功能:

采集多种仪表输出的4-20mA信号

2)告警功能：

＞费用局限性告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音,报警数据上报。

＞水位超过上限告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音,报警数据上报。

＞信号线中断告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音,报警数据上报。

＞自身故障告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音，报警数据上报。

＞非法打开设备告警，现场设备LED灯亮+蜂鸣音，报警数据上报。

3)显示功能：

＞该设备可以数字循环显示编号、水位、日期、时间等数据。

＞该设备可以LED灯显示故障、错误、水位等现场信息。

4)查询功能：

＞可以在现场使用设备上B勺按键查询流量、水位及有关的参数及故障信

息。

5)设置功能：

＞专业维护人员使用采集器上B勺键盘设置设备B勺部分参数。

＞具有GPRS数据远传条件时，被授权的操作人员可以在管理中心远程

修正和设置设备的某些参数。

6)存储功能：

＞该设备具有铁电存储功能，数据掉电不丢失。

7)通信功能：

＞该设备可以通过GPRS网络与多种管理中心通信，可以将现场数据同

步发送到排水管网管理中心。

＞该设备可以设置成积极向管理中心上报数据模式,也可以设置成被管

理中心问询模式。积极上报模式分两种状况：一是现场状态发生变化

时上报，二是定期上报。问询模式是只有管理中心发出问询命令，该

设备才上报数据。

＞以GPRS网络为重要通信通道，以SMS短消息通道作为备用通道，

两个通道同步存在，可以切换使用。

8）电源功能：

＞该