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    基于GPS的自來水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計分析

    2019-10-21 18:35:31施悅楓
    科學(xué)與財富 2019年25期
    關(guān)鍵詞:監(jiān)控系統(tǒng)

    施悅楓

    摘 要:如今自來水廠逐漸使用監(jiān)控系統(tǒng)展開管網(wǎng)運維管理,通過結(jié)合GPS技術(shù)的應(yīng)用,優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的功能。基于此,本文先分析了GPS監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢,然后研究了系統(tǒng)設(shè)計,從系統(tǒng)構(gòu)成、運行原理、功能設(shè)計和消除誤差四個方面進行了具體的分析,以期通過結(jié)合GPS技術(shù)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)功能,讓監(jiān)控系統(tǒng)輔助管網(wǎng)管理,提高管理效率,提高自來水廠供水服務(wù)水平。

    關(guān)鍵詞:GPS;自來水管網(wǎng);監(jiān)控系統(tǒng)

    引言:自來水廠如今加快自動化建設(shè),自來水廠管網(wǎng)圖更新慢、閥門位置模糊、閥門控制范圍不明確等問題逐漸顯露出來,人工難以改善上述問題,隨著通信技術(shù)、GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用,為自來水廠管網(wǎng)管理提供了管理空間,通過建設(shè)管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng),對自來水管網(wǎng)展開自動化監(jiān)控。因此,研究自來水管網(wǎng)GPS監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,對于優(yōu)化自來水管網(wǎng)管理有著重要作用。

    一、自來水管網(wǎng)GPS監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢

    自來水管網(wǎng)監(jiān)控是實現(xiàn)自來水廠自動化管理的重要舉措,隨著自來水廠對于管網(wǎng)運行管理提出更高的要求,越來越多的技術(shù)融入監(jiān)控系統(tǒng),讓監(jiān)控系統(tǒng)的功能和服務(wù)更加完善。自來水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)使用全球衛(wèi)星定位技術(shù),融合計算機網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)、GIS技術(shù)以及GPS技術(shù)等,適合在自來水管網(wǎng)運行中展開業(yè)務(wù)管理。通過使用GPS技術(shù),讓監(jiān)控信息得到準(zhǔn)確的傳輸,同時使用地理信息系統(tǒng)綜合分析定位信息[1]。在自來水管網(wǎng)遇到緊急事故時,可以第一時間對事故進行處理,維護管網(wǎng)的信息,實施動態(tài)化測量,方便于自來水管網(wǎng)的自動化處理,提高自來水運維管理的工作效率。

    二、基于GPS的自來水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

    (一)系統(tǒng)構(gòu)成

    自來水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括GPS系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、SCADA系統(tǒng)、壓力監(jiān)測系統(tǒng)以及通信鏈路。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,監(jiān)控系統(tǒng)可以保證多個用戶同時操作,同時滿足多站點共享的要求。其中GPS系統(tǒng)包含24顆衛(wèi)星,實現(xiàn)全球覆蓋,衛(wèi)星可以連續(xù)發(fā)射信號和電文,電文中涵蓋了衛(wèi)星位置數(shù)據(jù)。GPS系統(tǒng)可以完成全天候定位,且定位精度高,具有一定抗干擾能力和良好的保密性,由于自動化水平較高,可以節(jié)約觀測測量時間和成本。此外定位單元也是系統(tǒng)重要構(gòu)成,將基準(zhǔn)站放置在已知高程和坐標(biāo)的電位,通過接收衛(wèi)星信號,通過數(shù)據(jù)鏈形式將衛(wèi)星信號傳遞給周圍用戶。監(jiān)控單元可以為高層人員提供決策和調(diào)度的支持,通過監(jiān)控平臺、顯示器、無線通信設(shè)備等,使用中心站天線通信,數(shù)據(jù)經(jīng)過通信接口傳送給微機處理,經(jīng)過解碼處理分析,傳輸給監(jiān)控GIS系統(tǒng)。工作站使用HUB連接顯示器、監(jiān)控終端、服務(wù)器等,讓發(fā)布控制命令、地圖定位、數(shù)據(jù)搜索等功能得到實現(xiàn)。經(jīng)過二次開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng),增加數(shù)據(jù)處理模塊,讓管網(wǎng)得到全面的監(jiān)控。

    (二)運行原理

    管網(wǎng)普查過程中線使用GPS靜態(tài)功能建立控制網(wǎng),將其作為常規(guī)控制點。通過基準(zhǔn)站上精準(zhǔn)的地心坐標(biāo)和當(dāng)做轉(zhuǎn)換參數(shù),作為起算數(shù)據(jù)。在待測點上使用GPS接收機,再展開數(shù)據(jù)的觀測。觀測期間,基準(zhǔn)站可以接收同步數(shù)據(jù),對三維坐標(biāo)進行解算,在解算結(jié)果逐漸穩(wěn)定的情況下,要求精度達到設(shè)計的要求。展開動態(tài)測量要啟動差分基準(zhǔn)站,發(fā)射改正信號。流動站根據(jù)航線以及間隔測量,和基準(zhǔn)站一起同步觀測數(shù)據(jù),確定采樣具體位置。完成全部測量工作之后,顯示出已經(jīng)測量的線路。處理事故過程中,如地下管線發(fā)生漏水事故,依賴壓力監(jiān)測系統(tǒng)對壓力信息進行檢測,通過自動控制向監(jiān)控中心反饋。監(jiān)控中心對信息進行分析,向維護人員提供事故GPS坐標(biāo)位置。決策人員根據(jù)GIS平臺提出的數(shù)據(jù)分析報告,下達指令給檢修部門具體的閥門位置,利用GPS系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)信息,對閥門和井的位置進行實時檢測,實現(xiàn)管線監(jiān)控以及搶修。

    (三)功能設(shè)計

    (1)測量功能,要求監(jiān)控系統(tǒng)展開靜態(tài)測量、實時測量、快速測量幾種測量方式,測量功能可以支持管網(wǎng)普查,通過實時測量,向管網(wǎng)輸出實時精密控制點以及管線位置的坐標(biāo)。

    (2)處理事故,利用控制界面準(zhǔn)確顯示作業(yè)點,為作業(yè)人員導(dǎo)航,導(dǎo)航的誤差可以控制在5cm之內(nèi),方便確定管線結(jié)點以及閥門位置。

    (3)放樣,根據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中GIS坐標(biāo),可以制定準(zhǔn)確的作業(yè)計劃,在野外展開工程放樣,根據(jù)公路的要求,在系統(tǒng)中輸入曲線要素,完成實時實地編輯曲線、直線等,有序完成實地的放樣工作。

    (4)快速成圖,系統(tǒng)可以快速自動生成管網(wǎng)矢量圖,根據(jù)系統(tǒng)GPS定位數(shù)據(jù),讓矢量電子地圖可以和GPS定位信息完美結(jié)合移動目標(biāo)和文字。

    (5)管理地理信息,結(jié)合GPS和GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫,可以有效查找自來水管網(wǎng)中突發(fā)事件地點,更新GIS數(shù)據(jù)庫,掌握管網(wǎng)管線縱橫走向,對地貌和地物展開全面數(shù)據(jù)調(diào)查。建成自來水管網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng),系統(tǒng)將以供水管網(wǎng)作為中心,提供空間信息等,監(jiān)控系統(tǒng)借助于企業(yè)網(wǎng)絡(luò),形成動態(tài)實時監(jiān)測的通信網(wǎng)絡(luò)。

    (四)誤差消除

    分析GPS測量誤差消除措施,可以滿足監(jiān)測精度實際要求。一是使用差分法消除誤差,對于SA頻率抖動、衛(wèi)星頻率不穩(wěn)定、定位誤差、接收機振蕩誤差等方法,通過差分法的應(yīng)用對誤差進行消除處理[2]。二是信號被天線接收前被其他物體反射,造成出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差,造成衛(wèi)星信號出現(xiàn)失鎖,要使用雙頻觀測對誤差進行檢查,要清理天線附近反射體,減少此類影響。三是消除對流層折射造成的誤差,長距離可利用雙頻接收機對折射誤差進行消除。四是消除電離層折射,采用雙頻相位和電離改正模型對折射影響進行消除。

    結(jié)論:綜上所述,自來水管網(wǎng)GPS監(jiān)控系統(tǒng)主要包括GPS系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、SCADA系統(tǒng)、壓力監(jiān)測系統(tǒng)以及通信鏈路。系統(tǒng)功能主要有測量功能、處理事故、放樣、快速成圖、管理地理信息。通過GPS監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,讓系統(tǒng)具備更完善的功能,提高自來水廠的服務(wù)水平,提高運檢維修效率。

    參考文獻:

    [1]董鵬飛. 基于超聲波流量計的自來水管網(wǎng)無線監(jiān)測系統(tǒng)的研制[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2017.

    [2]張勇,張俊,張小波,等.成都自來水管網(wǎng)移動巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].測繪與空間地理信息,2015,38(09):119-121.

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