供水管网DMA分区计量漏损管控系统设计与实现
供水管网DMA分区计量漏损管控系统设计与实现
随着全球气候变化和水资源短缺日益严重，控水节水成为人们关注的重点。目前我国城市供水管网平均漏损率超过20%，年漏损水量超过100亿吨。供水管网漏损不仅造成了优质水资源的严重浪费，而且还会引发其他的问题，如管道渗漏降低供水服务压力影响水厂自来水的正常供应，发展到爆管则造成居民断水工厂停工，甚至造成漏点周围地面坍塌带来安全隐患。
系统整体架构设计
依照供水企业实际发展现状，融合国内外专家成熟经验，应用夜间最小流量原理，利用物联网技术和高端的智能感知设备，构建了适用于供水管网的智能化管理系统——DMA 分区计量漏损管控系统，其系统架构如图1所示。系统分为采集层、边缘层、基础平台、应用层级展现层，采集层使用传感器实现流量、压力的实时测量，边缘层主要实现设备的现场测量数据的收集和传输，基础平台主要提供各种服务，应用层包括DMA系统、专题分析及数据报表的应用。该系统可对供水管网的流量以及压力进行实时监控和分析，实现对供水管网漏损或问题区域快速判断和反应，实现供水企业持续、稳定地降低漏耗，确保安全供水。该系统的建立符合我国城镇供水管理不够精细化、智能化的国情，专门针对供水管网智能化管理需要，应用物联网技术及专用感知设备实现漏损监测的专业化管理系统，也是未来我国实现数字供水、智慧城市的关键支撑系统之一。
边云融合物联网平台IoT
为适应 DMA分区计量漏损管控系统现场数据的采集和传输，配套研发了智能物联网平台，平台支持海量涉水物联网数据采集， 实现设备的全生命周期管理。快速实现物联网的数据收集、分析处理、可视化和设备管理，支持通过行业标准物联网协议（MQTT、TCP、UDP、CoAP和 HTTP）实现设备连接。物联网平台可提供跨不同设备和数据源的通用PaaS服务，在整个物联网架构中起到承上启下的中介作用，联动感知层及应用层之间的所有交互——向下连接、管理物联网设备端并完成感知数据的归集与存储，向上为系统提供应用开发的统一数据接口及共性模块工具。在实现“物联”的基础之上，感知层与应用层频繁交互过程中，产生的数据具有体量大、种类多、动态滚动的特征。
DMA 漏损管控系统设计与实现
预处理数据
DMA 漏损分析系统采用 B/S（浏览器 / 服务器）模式，使用前端技术 Vue、后端：spring cloud,dubbo.微服务、gateway网关，数据库主要是TDengine及taos进行开发。B/S 模式界面直观、操作简单，拥有网页跨平台的特性，也使得用户无需安装特殊软件， 即可在操作系统上访问并使用本系统。系统把供水公司或用能单位的分区设备以及管道展示在地图中，把区域漏损通过图形的方式展示给供水公司，使整个分析更加形象化。本系统包含 DMA总览、DMA分区、捡漏管理、探漏管理、平台管理五大模块14个业务功能点，其功能结构如图 3 所示。
数据库设计
整个 DMA 漏损分析系统的数据表有设备表、设备实时数据表、设备历史数据表、DMA 实时数据表、DMA 历史数据表、方案设备表、漏损分析表、设备报警表等，涵盖了系统业务存储、分析的所有数据表，系统中展示的数据均从以下的数据表中提取。
系统实现
参考 J2EE 框架结构，本系统使用 MVC 设计模式，采用 web 表现层、业务逻辑层和数据持久层三层结构，各层都有自己的功能，彼此独立存在，并屏蔽了层内部的具体实现，层与层之间使用接口进行通信，本系统包含 GIS 地图、设备实时监测、统计分析模块等。为保护用能单位能耗数据安全，文中所涉及的能耗数据均经过特殊处理。
- GIS 地图
GIS 地图以不同的分区展示了供水管网中的计量设备以及管道信息，计量设备分水表和流量计，可以在 GIS 地图中选择显示的分区以及具体的计量设备，点击具体的计量设备会出现相应的设备信息。每种设备图标上方显示该设备的最新压力值、流量值，设备数据上传时间间隔可设定为分钟或天。
- 实时监测模块
实时监测模块负责监测管网计量设备的实时数据，包含漏损程度分布图、所有计量设备的最新数据、设备计量的期间流量、压力分析以及在线离线状态等，漏损程度分布图是根据用户设置的计量设备漏损阈值与设备漏损实际值的比值绘制的。众多计量设备的漏损程度颜色相叠加就可以看出该区域的漏损分布。
- 分区指数模块
分区指数模块主要分析DMA小区漏水过程，监测漏失水量、降漏空间、夜间最小流量、产销差率、物理漏失率等关键指标，通过颜色区域漏失水量严重等级，其中产销差率需要通过物联网表调取营业系统数据获取该小区前一日的供水量及售水量数据计算得出。
- 水平衡分析
水量平衡表以国际水协推荐的水量平衡表为基础，结合国内实际情况进行了适当修正，水平衡表是分析产销差的重要工具，可以精确到小区的分析，根据水司条件可按月、按日统计分析。
- 产销差评价
产销差评价以报表方式展现，可以按月、按年查看DMA小区的产销差水量及产销差率关键考核指标数据，同时对产销差严重的小区进行排名，结合评价分析便于水司有针对性的去排查该区域的漏损情况。
- 漏损事件分析
漏损事件主要是对DMA分区的漏失存量报警和新增报警，可以在后台设置报警等级规则，超过阈值即触发报警条件，如红色报警可设置：5≤（25m³/h）＜10，红色报警倍数1.2；右侧通过曲线分析判断该区域的流量是否异常、异常值、异常时间发生点。
结语
本文借助物联网技术和高端智能感知设备来快速获取供水管网压力、流量等运行参数的，构建了适用于供水管网的DMA分区计量漏损管控系统，该系统可对供水管网的流量以及压力进行实时监控和分析，实现对供水管网漏损或问题区域快速判断和反应，实现供水企业持续、稳定地降低漏耗，确保安全供水。经模拟实验验证对比，漏损分析系统是一种行之有效的技术手段，可用来分析统计漏损数据及漏损区域。后续考虑采用大数据技术针对不同供水管网网络拓扑结构进行自动训练，合理优化管网布置，实现对各片区的用水以及漏损情况进行长期监控，从而定位漏损点，降低漏损，以期建成 一套适配城镇供水网络的漏损分析系统。