供水仪表监控管理系统的设计与实现

供水仪表监控管理系统设计和实现了一套供水仪表的检测和管理系统，用以对供水的质量和安全性进行监督和管理。按照软件工程的方法，对系统进行需求分析、概要设计、详细设计、系统实现和测试。结合案例，介绍了该系统在防偷水、发现水表配置不合理、了解用户用水特点、发现水表故障等方面的应用。

随着微电子等现代科技高速发展，供水系统的自动监控技术有了质的飞跃。供水系统的自动监控也已逐步得到广泛应用，一些水厂已实现全自动运行，能对生产工艺的各个环节连续自动地监测、调节、记录、报警等。但国内许多供水企业对水表的管理还停留在原始的手工抄表的状态，如何加强水表的管理，提高现代化管理水平，一直是困扰供水企业的一个难点。随着科技不断发展，对水表、特别是大口径水表的管理提出了新的要求，利用先进的现代化管理手段，对大口径水表实行实时远传监测已成为可能。

 

本文主要对供水水表自动控制系统的设计和实现进行了论述，

 

1、具体功能如下：

 

（1）系统对自来水公司控制产销差有效的辅助作用，对供水管理决策提供合理的建议。

（２）可对水表、压力仪表、流量仪、浊度仪、余氯仪等仪表进行实时数据采样。

（３）系统采用分体式模块化设计，方便日常使用及维护，减少维护费用。

（４）及时发现仪表异常情况（如水表停止、倒转、压力异常、流量异常等情况）

（５）对供水过程进行实时跟踪监控，有效防止人情水和其他违章用水。

（６）对仪表的实时及历史数据进行深度分析，提供压力、流量异常报表，夜间小流量报表，水表口径匹配分析报表等各种应用型报表。

 

２　需求分析

 

本文划分通信服务模块与监控管理模块进行需求分析。其中通信服务模块主要用于与下位机进行数据交互；监控管理模块为客户提供方便的监控管理人机交互接口。系统结构如图１所示

１５６　给水排水　Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．７　２０１２数压力数据、流量数据等）并且存储到数据库服务器中；而且通信服务模块能够向数据采集控制器下发命令进行反向控制。各个管理监控终端通过使用监控管理程序，进行相应操作后可以从数据库中获取所需业务数据。

 

３．１　数据库设计

 

在数据对象的名称及结构名尽量与原来相同，的划分上分为：

（１）固定属性。系统发布安装后一次性设定的、将来一般不变的信息。

（２）可设属性。通过管理、设置可以改变的属性信息。该部分的结构将来可能增加或改变，但是不能影响整个系统的运行。

（３）基础日志数据。描述设备的日志数据，是最低粒度的原始数据。

由于本文涉及的数据库表比较多，在这里不能完全说明，先就两个子模块进行说明。

 

３．２　通信协议设计

 

数据通信协议是数据采集设备和通信服务模块通信的前提条件，只有先定义好数据通信协议，上位机和下位机才能相互沟通。

 

从上往下看，数据采集控制器可以分为４层：即管理中心、地区中心、基站、采集机。由地区中心、基站、采集机构成一个独立的系统。采集机和基站间通过４由基站采８５等类似链路进行连接，用轮询方式查询。基站和地区中心通过ＴＣＰ、短信进行连接。在ＴＵＤＰ、ＣＰ和ＵＤＰ方式下采用中心查询基站应答方式；在短信方式下采用基站主动上报方式。地区中心可以将上报的数据及配置信息抄送给管理中心。管理中心也可以通过地区中心对基站进行间接操作，这样的操作的交互过程实际上发生在地区中心和基站之间。管理中心和地区中心间的通讯最好用Ｔ没条件的地ＣＰ，方也可以用短信。

 

３．３　监控管理模块详细设计

 

监控管理模块主要用于人机交互和供水业务分析，所以监控管理模块详细设计的重点自然就是界面设计和监控分析功能设计。

（１）系统主界面。采用ＭＤ每个窗口可以处理不同的业务功能和数据，

 

打开的窗口可

给水排水　Ｖｏｌ．３８　     Ｎｏ．７　     ２０１２

 

上半部分为通信服务模块，下半部分为监控管理模块。

 

通信服务模块主要用来处理通过ＴＣＰＩＰ或短信方式由下位机发上来的数据，并且与各个仪表检测通信模块交互。数据接口模块的外部接口主要包括３个内容：设备数据采集标准接口、抄收内部办公网络接口。远传抄数据业务系统接口、经过审核后能够向抄收系统提交系统远传抄表数通过自来水公司的短信平台为用户提供实时据，用水量信息或用水异常信息，统一接收各个厂家设备或原有系统上发的报警调度信息，按照已有的符合现有移动信息平台的接口，向短信平台提交短信信息。

 

监控管理模块主要进行设备信息管理、手机卡管理、设备维护与保养等。系统维护设备的基础信息包括水表信息、关联的用户信息、远传装载信息、手机卡信息等。水表信息：水表号、厂牌、口径、是否有表箱等；用户信息：用户号、用户的职业类别、用户名、用户地址等；远传装置信息：设备状态、设备供应商、设备型号、价格等；远传设备地理信息：用经纬度坐标表示的位置信息；手机ＳＩＭ卡信息：卡号、使用状态、充值金额等。

 

３　总体设计

系统由３部分组成：现场仪表、现场监控机站和中心控制端。系统分为两大模块，分别为通信服务模块和监控管理模块。其中通信服务模块接收数据采集控制器上传的实时数据信息（包括水表累计读１５７　以记忆切换；以功能模块来划分功能菜单，菜单栏显示系统分为：监控、调度、分析、报表、管理、设置和帮助等功能模块，

（２）监控管理模块界面。监控模块能够在窗口中全面监控所有仪表的最新数据和运行情况。界面中，选择“监控”菜单，再点击相应的按钮菜单，即可显示相应的界面。窗口最左边存在导航树，以区导航树可域＞站点＞仪表３个层次来展现导航树，以显示或自动隐藏。

监控方式分为：基站综合数据、仪表数据、多图同列、区域统计和地图监控。

（３）导航树。导航树是用来方便查看基站、仪表数据的树形控件。按照区域、站点、仪表（或者仪的层次排列。表的信号类型）

（４）基站综合数据。以整页的方式，按照站点为单位显示每个区域下的所有站点信息，数据更新及时、列表直观、一目了然。

（５）仪表数据。用来查看单个仪表的过程数或者比较两个仪表的同类信号数据。可以按据，照不同时间段、不同数据粒度查看或者对比数据。、通过图形（曲线）列表来展现数据。同时可以查看基站的电池电压数据、报警数据。

（６）地图监控。以地图的方式进行查看监控站点的地理分布，并且可以监控仪表的实时数据。它如地图的放大、具有地理地图信息系统的基本功能，缩小、移动、目标拖拉、选定等功能。

 

３．４　监控分析功能设计

监控分析针对不同的系统用户会有不同的需求。以水表口径匹配与水表选型作为例子。

口径匹配与水表选型通过统计每个月度水表的流量数据，对流量数据进行数据分析，初步得出口径的匹配程度，用户可以对一些口径不是十分匹配、流量走势和水表技术参数（过载、常用、分界、最小流量）不是十分合适的水表进行图形上的比较分析，最终选择一种水表，其对应的技术参数和水表的实际流量曲线比较合适，得出水表选型分析结论以建议。最终将水表的这些分析数据及选型建议，形成月度综合报告，以便对本月度的水表运行情况有总体的了解和认识，并且为下一步的管理提供参考。月度综合报表是根据一段时一般是一个自然月）的水表采样数据，计算每间（

个水表的以下指标：

（１）本月用量：本月水表的总水量。

（２）上年同期用量：上年同月的总水量。

（３）增减百分比：（／本月用量－上年同期用量）上年同期用量×１００％。

（４）平均流量：这段时间每个采样点流量的算术平均值。

（５）反向流量频率：采样点中反向流量的出现频率。

（６）零流量频率：采样点中零流量的出现频率。

（７）分界流量以下平均时间：采样点流量小于／。水表分界流量的平均时间，单位为ｈｄ

（８）过载流量以上平均时间：采样点流量大于／。单位为ｈ水表过载流量的平均时间，ｄ

（９）过载常用流量之间平均时间：采样点流量介于水表常用流量和过载流量之间的平均时间，单／。位为ｈｄ

（１０）报警次数：某段时间内该水表所在站点的报警次数。将平均流量和该仪表的常用流量（额定流量）进行比较，初步得出口径匹配程度。若结果＜０．口５，径偏大；结果在０．口径正常；结果＞０．口５～０．９，９，来修正径偏小。用户可以结合其他几个指标数据，匹配结果。

 

３．５　远传表数据传输通用接口设计

上报数据接口通过两种方式提供：①使用Ｓｏｃｋｅｔ传输协议通过ｄ１１函数提供接口；ｔｔ②ｈｐ协议通过ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ提供接口。设备提供商可以有　选择地实现其中之一接口。接口都是只有一个字符串参数返回一个整型的函数。返回值为错误好，返回０标识成功。

 

４　通信服务模块的实现

本文的标准数据接口用于各个设备厂家建立标准的数据交互方式，此接口以ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ的方法　实现。ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ是一种构建应用程序的普遍模　型，可以在任何支持网络通信的操作系统中实施运行；它是一种新的ｗ是自包含、自ｅｂ应用程序分支，描述、模块化的应用，可以发布、定位、通过ｗｅｂ调用。Ｗ它有逻辑性地为ｅｂＳｅｒｖｉｃｅ是一个应用组件，　其他应用程序提供数据与服务。各应用程序通过网络协议和规定的一些标准数据格式（ＨｔｔＸＭＬ、ｐ、），来访问Ｗ通过ＷＳｏａｅｂＳｅｒｖｉｃｅｅｂＳｅｒｖｉｃｅ内部　　ｐ执行得到所需结果。ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ可以执行从简单　的请求到复杂商务处理的任何功能。一旦部署以后，其他ＷｅｂＳｅｒｖｉｃｅ应用程序可以发现并调用它　部署的服务。

 

５　测试

软件测试就是利用测试工具按照测试方案和流甚至根据需要编写程对产品进行功能和性能测试，不同的测试工具，设计和维护测试系统，对测试方案可能出现的问题进行分析和评估。执行测试后，需要跟踪故障，以确保开发的产品适合需求。

５．１　功能测试

在系统实现过程中，在程序模块内使用了白盒测试的方法，按照程序内部的逻辑测试程序，检验程序中每条通路都能按照预定要求正确工作；在程序模块接口间使用了黑盒测试方法。检查了程序功能能够按照规格说明书的规定正确使用，程序能适当并且要能地接收输入数据并发出正确的输出信息，够保持外部信息的完整性。５．２　性能测试及试用效果分析本系统对数据采集控制器的并发连接数有较高因此在性能测试过程中，使用模拟数据采集控要求，制器执行并发操作来测试通信服务模块性能。当模拟数据采集控制器执行并发数在５通信服０００时，　服务器务程序运行操作系统为ｗｉｎｄｏｗｓ２００３系统，　／／／硬件参数配置Ｅ５５０６（２．１３）４Ｇ５００ＧＤＶＤ，ＣＰＵ使用率＜１因此本系统完全能达到需求所描述０％，的性能指标。通过监测系统，能及时发现大口径水表运行故表针转得慢或用水障。当发生水表运行时走时停，不走等异常问题时能通过中心控制端的软件平台及时发现，可采取有效措施，将损失控制在最小范围内，降低产销差。

 

防偷水应用实例一：

经大表实时监测调度软件发现：４只大表的用水量与历史数据经过比对，存在明显水量增长现象，有效防止了偷水现象。具体数据见表１。

表１　监控安装前后４只大表计量数据

户名

大厦

物业

历史月均用３水量／ｍ  ５５０　７５０　１３００　　１５０００　　

装监控后月

３均用水量／ｍ  １３００　　２４００　　３９００　　３００００　

年增加用水

３量／ｍ９０００　１９８００　３１２００　１８００００　

发现大表小流量问题

 

应用实例二：

我们知道，每个水表都有其常用流量、分界流量、过载流量、最大流量和最小流量，一般合格水表在常用流量附近的误差为±２％；在最小流量和分界流量之间的误差为±５％。水表口径越大，其最小流量、分界流量值也越大。

该表为大表小流量情况，根据长时间仪表一直处于小流量，长期在水表分间观察，存在着严重的计量误差。可以通过界流量以下运行，

缩小口径等方式解决该问题，提高水表计量准确性。测，能防止少数用户利用倒装水表进行偷水的行为，同时保证水表的正确安装和使用，确保计量的准确性。

 

判断管网漏水问题应用实例

通过大表实时监测调度软件分析报告功能，查询夜间各时间点的具体流量数值，根据用水单位和可以初步判断管网的漏水情况，及时进行用水性质，减少水资源的浪费，降低产销差。检测和维修

 

６　结语

 

详细介绍了基于供水行业的仪表监控管理系统，它是信息化管理系统平台中的一个重要组成部分。对本项目的需求分析、系统设计、实现、测试和试用效果分析进行相应的说明。分析了产品的功能及运行环境，包括设计、实现上的限制等。在系统设计中，基于面向对象的分析和建模技术，给出了系统并在整个开发过程中贯彻了面向对象的思想模型和可视化建模开发的思想。使用ＩＯＣＰ模型作为数据通信模型，在很大程度上提高了系统性能。

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