供水工程管線滲漏監測系統

　　一、 管線滲漏監測系統

　　1.1 工程方案

　　某某工程在管線的排氣閥井設置xx套傳感器(高頻壓力+水聽器+RTU套件)，用于監測管線爆管、泄露及壓力瞬變(水錘監測)。RTU通信采用物聯網技術插入運營商SIM卡，通過3/4G無線傳輸進行通信，將信息傳輸至泵站后臺系統，進行統一管理。完成對管線聯絡工程滲漏監測系統的功能要求，本工程與另一項目共用太陽能供電系統。

　　1.2 系統構成與配置

　　1、系統配置原則與性能要求

　　在確定排氣閥位置上安裝一體式傳感器，必須包括高頻壓力計和水聽器，同時傳感器接觸到管道內的水。安裝傳感器位置間距的設置原則：800-1200米，現場條件在此間距范圍內適當調整位置。

　　為保證管道正常安全運行，本系統中傳感器安裝在專屬結構件中，結構件加裝在排氣閥上，結構件中水與主管道內水相通即可，無需將傳感器放入主管道內。

　　傳感器通過現場數據采集通信裝置RTU，3G/4G無線方式，將采集到數據傳輸到調度控制中心分析平臺對管道進行實時監測和分析。

　　2、系統配置要求

　　現場硬件設備必須包含：

　　高頻壓力傳感器

　　水聽器

　　通信數據傳輸裝置RTU

　　GSM(3G/4G)和同步授時時鐘天線

　　不銹鋼控制箱及電源附件

　　通信方式：3G/4G無線通信

　　監測分析平臺軟件：客戶端服務器安裝方式

　　電源：太陽能供電

　　供電冗余：RTU本體需內置鋰電池和外部太陽能供電，互為備用。

　　接地：設備控制箱接入太陽能供電系統的接地網。

　　調度中心配置硬件

　　系統部署用計算機

　　1.3 系統功能要求

　　1、識別和展示管線壓力瞬變水錘事件(水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等)，在線記錄顯示水錘壓力變化曲線，實現報警，并確定壓力瞬變源和定位;

　　2、基于管內3bar運行壓力以上，傳感器沿主管道800-1200米安裝間距，能夠實現5升/分鐘的微小漏損監測和報警，4升/秒的爆管大漏損事件監測和報警。通過時鐘同步技術確定漏失位置，精度≤30米;

　　3、壓力瞬變(水錘)分析，結合供水帶壓管道(GIS)材質、管齡、管徑等等參數，基于現場存在的壓力瞬變強度和數量，評估管道的爆管風險，并展示危險管線的區域;精度≤50米;

　　4、管線異常事件管理，完整、準確掌握輸水系統運行狀態，通過高頻壓力和聲納數據實時監測排氣閥工作狀態;

　　5、系統能夠快速判斷給水系統問題，提高管線運行的可靠性、安全性，基于供水壓力實現供水調度，并及時自動發現運行異常，提高調度管理的效率和水平。

　　1.4 系統技術要求

　　狀態數據服務器用于存儲和管理從各數據采集RTU傳送過來的實時狀態數據、歷史狀態數據及各特征數據，并應能根據相關數據進行自動分析和診斷。

　　狀態數據服務器應可以接收其他數據采集系統的數據，具有良好的擴展性和兼容性。狀態數據服務器應可供現場工程師進行相關系統設置和監測分析工作。服務器數據庫軟件采用實時數據庫軟件，以滿足大規模數據倉庫(MongoDB)中的查詢處理管理的需求，并分成系統分析和發布層。

　　系統分析和發布層的作用是將采集到的數據結合用戶管道和設備數據(或GIS系統提供數據)進行計算和分析并在地圖上進行展示。同時，將報警信息或壓力瞬變分析結果封裝成WebService接口，實現系統與系統之間的交互。

　　可提供2種數據輸出的方式：

　　(1)Url：系統發布在線安全監測系統URL地址，其他系統可直接調用地址，訪問在線安全監測系統平臺，包含統一認證功能。

　　(2)WebService接口：WebService接口提供了其他系統調用報警信息、數據分析結果的訪問方式。系統可以通過該接口實時將報警信息推送至用戶相關業務系統，共享監控和分析數據。

　　為了保證系統的完整性和健壯性：口對外部系統的接入提供企業級的支持，在系統的高并發和大容量的基礎上提供安全可靠的接入;提供完善的信息安全機制，以實現對信息的全面保護，保證系統的正常運行，應防止大量訪問，以及大量占用資源的情況發生，保證系統的健壯性;保證在充分利用系統資源的前提下，實現系統平滑的移植和擴展，同時在系統并發增加時提供系統資源的動態擴展，以保證系統的穩定性。

　　軟件應符合國際開放系統組織推薦的開放式系統，網絡系統采用符合TCP/IP協議的網絡軟件，狀態數據、分析服務器、WEB服務器、等均使用實時多任務多窗口操作系統。

　　滲漏監測系統應采用一個服務型基礎架構進行實施，由數據庫和分析的框架組成，由虛擬服務器來承擔。數據庫以結構化和非結構化數據庫的形式進行管理，未來可以擴展和增加新的數據域/數據集。這些數據通過WEB服務提供給分析模塊，進行數字運算，確定水錘異常狀況。這些分析模塊的結果又反饋到數據庫，用戶界面應用程序從中提取數據，提供給用戶，用于基于地圖的可視化和交互。

　　系統采用高級別的安全設計，并遵守數據安全和設計指導方針ISO 27001。用戶通過活動目錄進行身份認證，僅具有已定義的角色和權利的注冊用戶才能訪問系統。

　　訪問控制：對用戶訪問網絡資源的權限進行嚴格的認證和控制。例如，進行用戶身份認證，對口令加密、更新和鑒別，設置用戶訪問目錄和文件的權限，控制網絡設備配置的權限。同時在需要時，針對數據傳輸進行加密處理，確保安全。

　　系統并采用B/S架構的架構，且符合SOA架構的體系結構設計。該系統可以容忍故障，但不會影響用戶體驗、安全性或造成數據丟失。所有服務器和服務都處于持續監控中，以防未授權訪問、內存問題、磁盤空間問題和操作系統補丁。如果某個系統發生故障，該高可用性架構將觸發備用系統，代替該故障系統，從而大程度減少對整體系統的影響。

　　在線監測和分析軟件平臺基于web瀏覽器界面(B/S構架)，必須基于管線GIS數據，可提供用戶一個可視化的界面查看傳感器位置信息、管網圖和其他的分析結果，并會為用戶提供可交互式的、統一的報警列表界面。該平臺應體現很強的可擴展性和可伸縮性，提供軟件架構及分析原理說明。