楊旻

太原市市政公用事業(yè)管理中心 山西 太原 030009

引言

針對供水管網(wǎng)泄露情況，國內(nèi)外一直都在不斷加強對供水管網(wǎng)檢漏方法的研究和分析，事實上，供水管網(wǎng)漏水是一個錯綜復雜的問題，不僅需要對容易發(fā)生管網(wǎng)滲漏的位置進行分析，還需要對影響因素和管網(wǎng)漏水表現(xiàn)形式進行研究，很難用一種統(tǒng)一化的方式完成管網(wǎng)漏水情況的判斷，當前階段有關供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究還十分有限，今后應該不斷加強技術研究，緊抓技術優(yōu)勢，實現(xiàn)全面化、系統(tǒng)化的管網(wǎng)漏水情況的監(jiān)控，切實提高管網(wǎng)漏水監(jiān)控的準確性和可靠性。

1 供水管網(wǎng)常見的漏損檢測方法

面對供水管網(wǎng)老舊失修造成的管網(wǎng)滲漏問題，需要著力加強新設備、新技術、新系統(tǒng)的研究，從而全面提高城市供水管網(wǎng)滲漏檢測的應用效率。聲學方法則是一種較為常見的滲漏檢測方法，較為傳統(tǒng)的研究方式則是通過聽音棒的作用，直接將聽音棒放置到消火栓等位置，直接對出水口位置聲信號進行識別和判斷，相應對供水管道滲漏點進行判斷，這種方法較為古老，對工作人員也提出了較高的要求。噪聲記錄儀則是對傳統(tǒng)聲學方法的優(yōu)化升級，將噪聲記錄儀放置到閥門、消火栓等位置，完成數(shù)據(jù)信息的檢測，還可以相應進行夜間檢測，通過定時啟動，完成夜間管道漏水情況的過程檢測，還可以對損漏管道位置進行判斷。智能球法則是通過帶有噪音傳感器的智能球，完成管道噪聲信號的識別和分析，基于傳感器收集信息進行脈沖信號的轉換。此外，還有示蹤氣體法、探地雷達法等多種研究方法。

2 城市供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的特點

隨著社會經(jīng)濟水平的提高，城市供水系統(tǒng)也處于不斷調(diào)整和優(yōu)化過程中，但是當前城市供水系統(tǒng)漏水情況還是十分明顯，難以全面進行防控，一旦出現(xiàn)管網(wǎng)漏水且未能及時發(fā)現(xiàn)，則會造成大量水資源的浪費情況，甚至會影響到供水系統(tǒng)的正常使用。針對供水管網(wǎng)漏水等問題，我國多家供水公司都開始加強對成城市供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究和分析，旨在全面提高供水管網(wǎng)檢漏效果，將供水管網(wǎng)漏水發(fā)生的可能性降到最低，將供水管網(wǎng)漏水對社會環(huán)境造成的不良影響降到最低。當前階段，在城市供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設計過程中，還存在一些局限性，需要從設計和技術等多方面展開研究。本文在研究中則將多種技術手段整合到一起，相應設計形成管網(wǎng)檢漏監(jiān)控系統(tǒng)，充分整合GPRS和Zig Bee技術，實現(xiàn)GPRS和Zig Bee技術的優(yōu)勢互補，完成城市供水管網(wǎng)的全過程監(jiān)控和分析，還可以對城市供水管網(wǎng)漏水情況進行智能監(jiān)測，一旦監(jiān)測發(fā)現(xiàn)供水管網(wǎng)出現(xiàn)漏水情況，也能夠快速確定管網(wǎng)漏水位置[1]。

供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)通?？梢詣澐譃閮蓚€功能模塊，第一個功能模塊則為近距離無線通信的無線傳感網(wǎng)，第二個功能模塊則為遠距離無線通信的GPRS遠程通信模塊，無論是在功能設計還是技術應用方面，都能夠突破以往監(jiān)測方式中的不足，極大地提高城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)檢漏信息的準確性和可靠性。對于城市供水管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)的設計規(guī)劃，則充分利用無線傳感網(wǎng)測控技術的應用優(yōu)勢，將多種檢測手段整合到一起，不同于以往單一化的檢測方式，實現(xiàn)盡可能全面的數(shù)據(jù)信息監(jiān)測。具體而言，在那些溫度判斷較為方便的區(qū)域，則可以相應安裝濕度傳感器，借助濕度傳感器的作用，完成濕度信號的全過程傳輸，濕度信號可以直接傳送到無線傳感網(wǎng)測量終端節(jié)點，工作人員也可以直接對測量情況進行研究和分析。將區(qū)域流量測定法和分時段檢測法整合到一起，完成管網(wǎng)壓力的檢測作用，基于管網(wǎng)壓力測定結果，便可以直接判斷管道狀況，一旦檢測發(fā)現(xiàn)管道出現(xiàn)異常狀況，則可以相應做出判斷。對于城市供水管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)的技術應用，沿用當前較為流行的GPRS遠程通信技術、無線傳感網(wǎng)技術，兩個技術手段各具優(yōu)勢，在城市供水管網(wǎng)檢漏研究中，則可以通過技術手段的應用，提高管網(wǎng)檢漏效果的穩(wěn)定性和可靠性，也能夠推進城市供水管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)的智能化發(fā)展。城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)正是憑借無線傳感網(wǎng)的作用，實現(xiàn)節(jié)點數(shù)據(jù)信息的全過程監(jiān)控和分析，正是憑借遠程通信模塊的作用，打破時間和空間的限制，工作人員能夠在監(jiān)控室內(nèi)便可以借助現(xiàn)場設備進行遠程監(jiān)控和遠程管理[2]。

3 基于無線通信模式管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

對于城市供水管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)，充分整合了GPRS遠程通信模塊、無線傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)等多個設備。對于無線傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)，則可以在網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器的作用下，實現(xiàn)多個供水管網(wǎng)檢漏網(wǎng)絡環(huán)境的智能監(jiān)測，系統(tǒng)中若干路由器一同整合其中，還可以充分利用互聯(lián)網(wǎng)的作用，完成大量終端設備節(jié)點的引入與連接。無線傳感網(wǎng)則是按照特定的網(wǎng)絡拓撲結構，將若干路由器、協(xié)調(diào)器，以及終端設備節(jié)點共同連接在一起，形成城市供水管網(wǎng)的全過程監(jiān)控。特別是無線傳感網(wǎng)中的終端設備節(jié)點，秉持著“就近加入”的原則，完成現(xiàn)場設備的智能監(jiān)控和系統(tǒng)分析，相應帶動協(xié)調(diào)器加入到網(wǎng)絡系統(tǒng)中，路由器也是在這個過程中，一同加入到網(wǎng)絡環(huán)境中。協(xié)調(diào)器不僅可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的智能，同時還可以和GPRS遠程通信模塊相聯(lián)系，GPRS遠程通信模塊充分發(fā)揮中介的作用，一方面，負責實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)的遠程無線通信，另一方面，完成監(jiān)控中心的上位PC機的遠程無線通信。終端節(jié)點設備中獲取得到的各種數(shù)據(jù)信息，將會在GPRS遠程通信模塊的作用下完成數(shù)據(jù)傳遞，相應到達監(jiān)控中心上位PC機，在監(jiān)控中心上位PC機的協(xié)同作用下，實現(xiàn)指令信息的傳輸和協(xié)作。

3.2 系統(tǒng)開發(fā)

3.2.1 無線傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)。對于城市供水管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)，為了充分發(fā)揮GPRS和Zig Bee的技術優(yōu)勢，在進行系統(tǒng)開發(fā)和研究時，則可以從GPRS和Zig Bee的技術應用特點出發(fā)，相應展開具體的系統(tǒng)軟硬件開發(fā)。其中，無線傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)作為檢測數(shù)據(jù)信息的重點模塊，也是系統(tǒng)開發(fā)中的重點內(nèi)容，在系統(tǒng)研發(fā)過程中，需要先后就系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件進行設計和開發(fā)。

一方面，對于無線傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)硬件開發(fā)方面，則以Zig Bee通信模塊為研究重點，基于不同地區(qū)供水管網(wǎng)系統(tǒng)設計要求，相應對路由器、協(xié)調(diào)器、終端設備節(jié)點展開設計工作。在對Zig Bee通信模塊進行配置時，則結合具體的應用特點，相應配置形成路由器模式、協(xié)調(diào)器模式、終端節(jié)點設備模式。相關技術人員在軟件集成開發(fā)環(huán)境中，精細化配置Zig Bee協(xié)議棧（Zstack），特別需要注意終端設備節(jié)點設計與開發(fā)，充分運用無線傳感網(wǎng)絡節(jié)點的應用優(yōu)勢，完成傳感器、協(xié)調(diào)器的協(xié)同效用，也可以借助采集數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)控制信號的輸出和處理，實現(xiàn)智能化的供水設備間監(jiān)控與處理，提高城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)的智能化水平[3]。

另一方面，對于無線傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)軟件開發(fā)方面，則需要將重點放在Zig Bee模塊，軟件設計所用協(xié)議棧則為ZStack-CC2530-2.3.0-1.4.0，相應完成各個功能模塊和應用程序的開發(fā)工作。在無線傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中，處于IAR開發(fā)環(huán)境，相應進行Zig Bee協(xié)議棧配置文件、Zig Bee功能模塊的一一配置，使得Zig Bee模塊能夠相應被劃分為多個部分，也就是城市供水管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)所要應用到的各個軟件設備，如路由器、協(xié)調(diào)器。路由器和協(xié)調(diào)器自身帶有Zig Bee協(xié)議棧，也正是由于Zig Bee協(xié)議棧帶有的多種代碼，在對開發(fā)環(huán)境進行設計時，則需要采用更加精細化的設計方式，靈活配置開發(fā)環(huán)境，使得各個設備模塊都能夠更好地發(fā)揮自身效用。需要明確的是，對于不同的應用設備，在軟件編程時的配置文件也是存在明顯差別的，當對協(xié)調(diào)器進行編譯時，Zig Bee模塊則需要相應進行調(diào)配，配置文件則為f8wCoord.cfg協(xié)議。當對路由器進行編譯時，Zig Bee模塊則需要相應進行調(diào)配，配置文件則為f8w Routorcfg協(xié)議棧配置文件。除了路由器和協(xié)調(diào)器，還需要將Zig Bee模塊相應配置成終端設備節(jié)點，雖然終端設備節(jié)點和路由器、協(xié)調(diào)器還是存在明顯差別，本身并不帶有Zig Bee協(xié)議棧自帶代碼，終端設備節(jié)點的應用需要依附于相應的終端設備才能夠完成，但是終端設備節(jié)點自身的節(jié)點配置方式大體相同，均是通過Zig Bee模塊和軟件編程配置文件的協(xié)調(diào)發(fā)展構建形成。

當城市供水管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)內(nèi)進行軟件設計時，關注重點在于城市供水管網(wǎng)的智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，特別是在對應用層進行設計時，更需要加強軟件性能試驗。

3.2.2 無線遠程通信模塊。為了實現(xiàn)遠距離的城市供水管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)的檢測效用，還需要就無線遠程通信模塊進行研究和分析。事實上，安裝城市供水管網(wǎng)檢漏系統(tǒng)還需要對監(jiān)控中心的具體位置進行考量，但是Zig Bee技術在距離方面有一些局限性，遠距離傳輸也較為困難，這就需要著重探討遠距離無線通信的研究方法，切實提高技術傳輸效果和優(yōu)勢。本文在研究時，則從遠程監(jiān)控中心無線數(shù)據(jù)傳輸方面，通過GPRS和Zig Bee技術的應用，分別設計GPRS模塊和Zig Bee模塊，采用串口通信完成GPRS模塊和Zig Bee模塊的協(xié)同作用和數(shù)據(jù)信息的實時傳遞。

3.2.3 監(jiān)控中心上位PC機監(jiān)控軟件。設計和研發(fā)基于GPRS和Zig Bee技術的供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠顯著提高工作人員的監(jiān)測效率，工作人員可以直接借助監(jiān)控系統(tǒng)進行全過程監(jiān)控，實現(xiàn)城市供水系統(tǒng)的智能監(jiān)測和管理，相應帶動城市供水系統(tǒng)的高效率建設和發(fā)展。在對監(jiān)控中心上位PC機監(jiān)控軟件進行開發(fā)時，則可以在Visual Studio集成開發(fā)環(huán)境完成軟件開發(fā)，將無線遠程通信模塊、無線通信方式整合到一起，相應完成上位PC機的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸[4]。

4 仿真分析

基于上述分析，相應展開模擬試驗，探求將GPRS和Zig Bee技術整合到一起的應用效果，在具體設計時，一共運用Zig Bee通信模塊12個，其中，配置成為路由器、協(xié)調(diào)器、終端設備節(jié)點的數(shù)量分別為2、1、9，在Zig Bee通信模塊的協(xié)同作用下組建形成樹狀網(wǎng)絡拓撲結構，達成系統(tǒng)監(jiān)控效果。對于供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的路由器，則充分整合2個Zig Bee通信模塊的效用，和附近終端設備節(jié)點相應產(chǎn)生聯(lián)系，使得終端設備節(jié)點能夠相應加入到網(wǎng)絡中。對于供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)器，只需要配置1個Zig Bee通信模塊，完成無線傳感網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設計和搭建，還可以和其他功能模塊形成數(shù)據(jù)共享和分析。對于供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中的終端設備節(jié)點，將會應用到9個Zig Bee通信模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)城市供水管網(wǎng)監(jiān)控的作用效果，在Zig Bee通信模塊主控芯片I/O引腳處，完成各個監(jiān)控點的全過程監(jiān)控效用，還可以相應進行信息傳遞，直接在協(xié)調(diào)器進行信息處理。在后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)，12個Zig Bee通信模塊的設置，能夠在一定程度上完成城市供水管網(wǎng)濕度、壓力、流量等基本數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測，工作人員也可以就監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況，對管網(wǎng)滲漏情況展開研究，一旦管網(wǎng)出現(xiàn)漏水情況，則可以相應關閉管網(wǎng)供水、發(fā)出警報、定位管道滲漏。

5 結束語

綜上所述，對GPRS和Zig Bee技術用于供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)展開分析具有至關重要的意義。將技術手段應用于城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中，能夠有效突破傳統(tǒng)人工檢漏方法中的不足，提高檢漏效率和檢漏效果，實現(xiàn)快速定位和智能分析，切實帶動城市供水管網(wǎng)監(jiān)控工作的建設和發(fā)展。