王銘銘　徐　浩

安徽省非農(nóng)業(yè)取水計(jì)量與監(jiān)測發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢研究

王銘銘徐浩

安徽省在非農(nóng)業(yè)取水計(jì)量與監(jiān)控領(lǐng)域的研究起步較早，也取得了豐碩的成果。工業(yè)取水方面，大型取水戶計(jì)量設(shè)施安裝率較高，管理也相對(duì)完善，部分企業(yè)為了生產(chǎn)和管理的需要，也自建了實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，已實(shí)現(xiàn)取水實(shí)時(shí)監(jiān)測與生產(chǎn)控制為一體的取用水實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。有條件的市縣水利管理部門也進(jìn)行過探索性的建設(shè)，開展了非農(nóng)業(yè)取水實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的初期嘗試建設(shè)，推動(dòng)了安徽省水資源取水監(jiān)測技術(shù)發(fā)展，為現(xiàn)代化的取水實(shí)時(shí)監(jiān)測奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、安徽省非農(nóng)業(yè)取水在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展歷程

取水在線監(jiān)測是最嚴(yán)格水資源管理和“三條紅線”管理的必要手段，安徽省取水在線監(jiān)測起步早、進(jìn)展快，各個(gè)水利行政部門及大型取用水戶積極開展取水在線監(jiān)測的技術(shù)探索，目前已建系統(tǒng)主要有基于模擬信號(hào)、基于脈沖采集、基于4～20mA以及數(shù)字信號(hào)的信息采集等。

1.基于模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控

早期的省內(nèi)取水在線監(jiān)控探索性研究，在淮北等地建設(shè)了幾處監(jiān)測試點(diǎn)。試點(diǎn)建設(shè)采用模擬信號(hào)采集流量計(jì)數(shù)據(jù)，并通過短信方式發(fā)送數(shù)據(jù)，但由于模擬信號(hào)采集的精確度較差，傳輸過程中易收到信號(hào)干擾，導(dǎo)致遠(yuǎn)程監(jiān)測水量與實(shí)際現(xiàn)場計(jì)量數(shù)據(jù)誤差較大（如圖1）。

圖1　基于模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控示意圖

2.基于脈沖采集的實(shí)時(shí)監(jiān)控

皖北一帶，工業(yè)用水、生活用水以地下水為主，地下水取水管道一般在200mm以下，又鑒于投資資金的限制，管段式機(jī)械水表在皖北使用較多。此類流量計(jì)工作原理為：水流從表殼進(jìn)水口切向沖擊葉輪使之旋轉(zhuǎn)，然后通過齒輪減速機(jī)構(gòu)連續(xù)記錄葉輪的轉(zhuǎn)數(shù)，從而記錄流經(jīng)水表的累積流量。由于沒有智能數(shù)據(jù)接口，所以流量計(jì)本身沒有數(shù)據(jù)傳輸功能，后為了實(shí)現(xiàn)取水實(shí)時(shí)監(jiān)測，在流量計(jì)的表頭增加了脈沖發(fā)生器（如圖2），流量計(jì)表盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，代表相應(yīng)的流量值，從而通過脈沖數(shù)量統(tǒng)計(jì)并傳輸流量計(jì)的累積值。監(jiān)控設(shè)備以短信的形式傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)備直接將監(jiān)測數(shù)據(jù)通過短信發(fā)送至用戶手機(jī)。

圖2　基于脈沖采集的實(shí)時(shí)監(jiān)控示意圖

這種監(jiān)測方式結(jié)構(gòu)簡單、使用便捷，所需經(jīng)費(fèi)也較少。但在實(shí)際應(yīng)用中脈沖采集存在準(zhǔn)確性較差的問題，容易受到干擾信號(hào)的影響，難以控制監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外采用短信的方式雖然減少了抄表人員的工作難度，但仍需要人工統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，與自動(dòng)化、智能化網(wǎng)絡(luò)辦公的需求仍有不小的差距。

3.基于4～20mA的實(shí)時(shí)監(jiān)控

省內(nèi)一些規(guī)模較大的企業(yè)，由于管理或生產(chǎn)的需要（部分企業(yè)需要根據(jù)取用水量控制加藥或其他生產(chǎn)設(shè)備），也自建了流量自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，這種系統(tǒng)多基于4～20mA采集信號(hào)，采用有線的傳輸方式進(jìn)行傳輸。如圖3是一般企業(yè)自建監(jiān)測系統(tǒng)的示意圖。

圖3　基于4～20mA的實(shí)時(shí)監(jiān)控示意圖

取水流量信號(hào)加載在4～20mA電流信號(hào)上，通過采集4～20mA信號(hào)可得到精確的瞬時(shí)流量，此方法具有精確度高、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。但由于4 ～20mA只是采集瞬時(shí)流量，不能直接讀取計(jì)量設(shè)備的累積流量，雖可滿足企業(yè)的監(jiān)測需求，但對(duì)于大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的實(shí)時(shí)監(jiān)控不太適合。

4.基于RS-485的實(shí)時(shí)監(jiān)控

在非農(nóng)業(yè)取水國控監(jiān)測點(diǎn)和省控監(jiān)測點(diǎn)建設(shè)之前，部分有條件的市縣已開始對(duì)取水實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行探索性的建設(shè)（如安慶等市），與之前所建監(jiān)測系統(tǒng)不同的是，此時(shí)已開始采用具有智能數(shù)據(jù)接口的流量計(jì)（RS-485/RS-232接口），如圖4。此方法數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，精度高，穩(wěn)定性好，但由于采用數(shù)據(jù)傳輸短信貓的方式，存在短信漏發(fā)及報(bào)錯(cuò)現(xiàn)象，最終導(dǎo)致實(shí)際應(yīng)用效果欠佳。

圖5　非農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

5.基于業(yè)務(wù)應(yīng)用的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

由于已建監(jiān)測系統(tǒng)在一些方面難以滿足最嚴(yán)格水資源管理的要求。2012年安徽省啟動(dòng)了非農(nóng)業(yè)取用水監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，在借鑒以往建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的科技發(fā)展成果，切合水資源現(xiàn)代化管理的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)出了可滿足水務(wù)管理者業(yè)務(wù)工作需求的解決方案。

系統(tǒng)充分利用物聯(lián)網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)，采用具有數(shù)字接口的智能流量計(jì)、無線遙測裝置，實(shí)現(xiàn)了非農(nóng)業(yè)取水的精確計(jì)量和實(shí)時(shí)監(jiān)測。系統(tǒng)主要包括三部分：計(jì)量及監(jiān)測部分、采集及應(yīng)用存儲(chǔ)部分、軟件平臺(tái)。通過實(shí)時(shí)方式監(jiān)測各個(gè)取水點(diǎn)取水情況，并將實(shí)時(shí)水量信息通過GPRS/GSM無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至水資源中心服務(wù)器。實(shí)時(shí)自動(dòng)采集傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4　基于RS-485的實(shí)時(shí)監(jiān)控示意圖

二、安徽省非農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測發(fā)展趨勢

1.遠(yuǎn)程智能維護(hù)

系統(tǒng)的正常運(yùn)行是最嚴(yán)格水資源管理的基本保障和基本要求，非農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測點(diǎn)具有站點(diǎn)分散、分布廣泛的特點(diǎn)，且取水計(jì)量與在線監(jiān)測設(shè)備維護(hù)技術(shù)含量高，需要專業(yè)的技術(shù)人員儲(chǔ)備，若完全依靠人力排查保修和現(xiàn)場維護(hù)難以保證故障點(diǎn)的及時(shí)維護(hù)和監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要進(jìn)行建立遠(yuǎn)程運(yùn)行維護(hù)機(jī)制。

遠(yuǎn)程智能維護(hù)即開發(fā)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障自動(dòng)監(jiān)測與甄別，軟件問題可遠(yuǎn)程升級(jí)與修復(fù)，硬件設(shè)備問題及時(shí)上報(bào)就近維護(hù)人員，實(shí)現(xiàn)就近維護(hù)，從而提高維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性和時(shí)效性。

2.水利大數(shù)據(jù)融合

最嚴(yán)格水資源管理制度是指取水、排水、水質(zhì)等一系列系統(tǒng)性的管理，非農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測是其中的重要組成部分，作為其中一個(gè)子系統(tǒng)，需與其他系統(tǒng)進(jìn)行融合交互，隨著水資源管理的不斷發(fā)展，最終形成一個(gè)水資源大數(shù)據(jù)中心是最嚴(yán)格水資源管理的現(xiàn)實(shí)需要。因此非農(nóng)業(yè)取水計(jì)量與監(jiān)測前期建設(shè)需充分考慮未來發(fā)展的需要，為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融匯、數(shù)據(jù)挖掘打下基礎(chǔ)。

3.云災(zāi)備與云服務(wù)

監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理一直是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵要素，數(shù)據(jù)丟失往往會(huì)造成難以修復(fù)的災(zāi)難，因此數(shù)據(jù)的災(zāi)難備份是系統(tǒng)安全的重要環(huán)節(jié)。云災(zāi)備是遠(yuǎn)程異地?cái)?shù)據(jù)備份技術(shù)，是為本地備份之外的一層保障，在本地系統(tǒng)出現(xiàn)災(zāi)難性損壞后，仍可通過異地備份數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。

此外，由于大數(shù)據(jù)中心的管理運(yùn)行需要高專人才保障，因此，系統(tǒng)管理模式逐漸由“建設(shè)+管理”過渡到“云服務(wù)”，利用云存儲(chǔ)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等先進(jìn)的科技技術(shù)，由專業(yè)的服務(wù)商統(tǒng)一管理和維護(hù)系統(tǒng)，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

三、結(jié)語

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的快速發(fā)展，非農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測也需緊跟科技發(fā)展的步伐，緊握大數(shù)據(jù)、云服務(wù)等先進(jìn)的科技武器，不斷豐富和優(yōu)化非農(nóng)業(yè)取水監(jiān)測系統(tǒng)功能，確保為安徽省最嚴(yán)格水資源管理提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)平臺(tái)■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院233000）

（專欄編輯：顧梅）