供水工程管线渗漏监测系统

　　一、 管线渗漏监测系统

　　1.1 工程方案

　　某某工程在管线的排气阀井设置xx套传感器(高频压力+水听器+RTU套件)，用于监测管线爆管、泄露及压力瞬变(水锤监测)。RTU通信采用物联网技术插入运营商SIM卡，通过3/4G无线传输进行通信，将信息传输至泵站后台系统，进行统一管理。完成对管线联络工程渗漏监测系统的功能要求，本工程与另一项目共用太阳能供电系统。

　　1.2 系统构成与配置

　　1、系统配置原则与性能要求

　　在确定排气阀位置上安装一体式传感器，必须包括高频压力计和水听器，同时传感器接触到管道内的水。安装传感器位置间距的设置原则：800-1200米，现场条件在此间距范围内适当调整位置。

　　为保证管道正常安全运行，本系统中传感器安装在专属结构件中，结构件加装在排气阀上，结构件中水与主管道内水相通即可，无需将传感器放入主管道内。

　　传感器通过现场数据采集通信装置RTU，3G/4G无线方式，将采集到数据传输到调度控制中心分析平台对管道进行实时监测和分析。

　　2、系统配置要求

　　现场硬件设备必须包含：

　　高频压力传感器

　　水听器

　　通信数据传输装置RTU

　　GSM(3G/4G)和同步授时时钟天线

　　不锈钢控制箱及电源附件

　　通信方式：3G/4G无线通信

　　监测分析平台软件：客户端服务器安装方式

　　电源：太阳能供电

　　供电冗余：RTU本体需内置锂电池和外部太阳能供电，互为备用。

　　接地：设备控制箱接入太阳能供电系统的接地网。

　　调度中心配置硬件

　　系统部署用计算机

　　1.3 系统功能要求

　　1、识别和展示管线压力瞬变水锤事件(水泵开停、阀门开闭、施工、冲洗、排气故障等)，在线记录显示水锤压力变化曲线，实现报警，并确定压力瞬变源和定位;

　　2、基于管内3bar运行压力以上，传感器沿主管道800-1200米安装间距，能够实现5升/分钟的微小漏损监测和报警，4升/秒的爆管大漏损事件监测和报警。通过时钟同步技术确定漏失位置，精度≤30米;

　　3、压力瞬变(水锤)分析，结合供水带压管道(GIS)材质、管龄、管径等等参数，基于现场存在的压力瞬变强度和数量，评估管道的爆管风险，并展示危险管线的区域;精度≤50米;

　　4、管线异常事件管理，完整、准确掌握输水系统运行状态，通过高频压力和声纳数据实时监测排气阀工作状态;

　　5、系统能够快速判断给水系统问题，提高管线运行的可靠性、安全性，基于供水压力实现供水调度，并及时自动发现运行异常，提高调度管理的效率和水平。

　　1.4 系统技术要求

　　状态数据服务器用于存储和管理从各数据采集RTU传送过来的实时状态数据、历史状态数据及各特征数据，并应能根据相关数据进行自动分析和诊断。

　　状态数据服务器应可以接收其他数据采集系统的数据，具有良好的扩展性和兼容性。状态数据服务器应可供现场工程师进行相关系统设置和监测分析工作。服务器数据库软件采用实时数据库软件，以满足大规模数据仓库(MongoDB)中的查询处理管理的需求，并分成系统分析和发布层。

　　系统分析和发布层的作用是将采集到的数据结合用户管道和设备数据(或GIS系统提供数据)进行计算和分析并在地图上进行展示。同时，将报警信息或压力瞬变分析结果封装成WebService接口，实现系统与系统之间的交互。

　　可提供2种数据输出的方式：

　　(1)Url：系统发布在线安全监测系统URL地址，其他系统可直接调用地址，访问在线安全监测系统平台，包含统一认证功能。

　　(2)WebService接口：WebService接口提供了其他系统调用报警信息、数据分析结果的访问方式。系统可以通过该接口实时将报警信息推送至用户相关业务系统，共享监控和分析数据。

　　为了保证系统的完整性和健壮性：口对外部系统的接入提供企业级的支持，在系统的高并发和大容量的基础上提供安全可靠的接入;提供完善的信息安全机制，以实现对信息的全面保护，保证系统的正常运行，应防止大量访问，以及大量占用资源的情况发生，保证系统的健壮性;保证在充分利用系统资源的前提下，实现系统平滑的移植和扩展，同时在系统并发增加时提供系统资源的动态扩展，以保证系统的稳定性。

　　软件应符合国际开放系统组织推荐的开放式系统，网络系统采用符合TCP/IP协议的网络软件，状态数据、分析服务器、WEB服务器、等均使用实时多任务多窗口操作系统。

　　渗漏监测系统应采用一个服务型基础架构进行实施，由数据库和分析的框架组成，由虚拟服务器来承担。数据库以结构化和非结构化数据库的形式进行管理，未来可以扩展和增加新的数据域/数据集。这些数据通过WEB服务提供给分析模块，进行数字运算，确定水锤异常状况。这些分析模块的结果又反馈到数据库，用户界面应用程序从中提取数据，提供给用户，用于基于地图的可视化和交互。

　　系统采用高级别的安全设计，并遵守数据安全和设计指导方针ISO 27001。用户通过活动目录进行身份认证，仅具有已定义的角色和权利的注册用户才能访问系统。

　　访问控制：对用户访问网络资源的权限进行严格的认证和控制。例如，进行用户身份认证，对口令加密、更新和鉴别，设置用户访问目录和文件的权限，控制网络设备配置的权限。同时在需要时，针对数据传输进行加密处理，确保安全。

　　系统并采用B/S架构的架构，且符合SOA架构的体系结构设计。该系统可以容忍故障，但不会影响用户体验、安全性或造成数据丢失。所有服务器和服务都处于持续监控中，以防未授权访问、内存问题、磁盘空间问题和操作系统补丁。如果某个系统发生故障，该高可用性架构将触发备用系统，代替该故障系统，从而大程度减少对整体系统的影响。

　　在线监测和分析软件平台基于web浏览器界面(B/S构架)，必须基于管线GIS数据，可提供用户一个可视化的界面查看传感器位置信息、管网图和其他的分析结果，并会为用户提供可交互式的、统一的报警列表界面。该平台应体现很强的可扩展性和可伸缩性，提供软件架构及分析原理说明。