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智能取水栓監(jiān)管系統(tǒng)

      綠水青山就是金山銀山！2016年以來，唐山市自來水公司深入貫徹新發(fā)展理念，不斷探求城市用水精細(xì)化管理之路。針對(duì)城市生態(tài)用水管理，開發(fā)建設(shè)了智能取水栓監(jiān)管系統(tǒng)。如今，遍布20余條主次干道的42座智能取水栓，有效滿足城區(qū)綠化、降塵用水等需要，不僅實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)計(jì)量、規(guī)范管理，節(jié)約了寶貴的水資源；而且改變了以往生態(tài)用水啟用消防栓的歷史，保證了消防設(shè)施完好，增強(qiáng)了城市公共安全保障，維護(hù)了有序的公共用水秩序。

系統(tǒng)示意圖

系統(tǒng)拓?fù)鋱D

監(jiān)管平臺(tái)

      智能取水栓監(jiān)管系統(tǒng)將數(shù)量眾多、分布分散的取水栓和取水栓通過無線網(wǎng)絡(luò)鏈接起來，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。管理人員在監(jiān)管平臺(tái)上可實(shí)時(shí)監(jiān)控所有取水栓和取水栓的用水情況。監(jiān)管平臺(tái)將詳細(xì)監(jiān)管數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在數(shù)據(jù)庫中，便于自來水公司隨時(shí)查詢消防管道用水信息，并方便與取水用戶進(jìn)行費(fèi)用結(jié)算，該系統(tǒng)支持預(yù)付費(fèi)和后付費(fèi)兩種結(jié)算方式。

軟件界面展示 

實(shí)時(shí)監(jiān)測—取水栓數(shù)據(jù)

歷史查詢—用水查詢

用戶開卡界面

手機(jī)APP

       以下論文發(fā)表在2017年第3期《給水排水》雜志中，作者為我公司下屬水務(wù)工程技術(shù)研究中心研發(fā)人員，如需轉(zhuǎn)載，請(qǐng)標(biāo)注轉(zhuǎn)載來源、作者單位、作者姓名等信息，否則視為侵權(quán)。

取水栓及取水栓遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管系統(tǒng)

姚妍彬 盧成偉

（唐山市水務(wù)信息化工程技術(shù)研究中心，唐山  063020）

摘要： 為改善取水栓管理現(xiàn)狀，唐山市自來水公司將取水栓與取水栓分開管理，并采用新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了取水需刷卡計(jì)量、用水即遠(yuǎn)程報(bào)警的功能，開辟了取水栓和取水栓遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)管的新模式。

關(guān)鍵詞：取水栓 取水栓 刷卡計(jì)量 報(bào)警 遠(yuǎn)程監(jiān)控

Water supplied hydrant and fire hydrant real–time monitoring system
Yao Yanbin,  Lu Chengwei

（Tangshan Water Information Engineering Technology Research Center, Tangshan 063020, China）

Abstract: In order to improve the management status of fire hydrant, Tangshan Water Supply Company water supplied hydrants and fire hydrants will be managed separatey. Using the new products to achieve the function of the required water metering by IC card and remote alarming when using water,it builds a new model for real-time monitoring water supplied hydrants and fire hydrants.
Keywords：Fire hydrant；Water supplied hydrant；Water metering by IC card; Alarming; Real–time monitoring

1  應(yīng)用背景

      2016年唐山市承辦世界園藝博覽會(huì)，為提高城市整體環(huán)境質(zhì)量，市政府決定新增150輛灑水車用于道路灑水及園林綠化，加上原有霧霾治理噴灑車與其它綠化企業(yè)灑水車，唐山市區(qū)內(nèi)工作的灑水車輛每日可達(dá)到500輛。數(shù)量如此多的灑水車輛給取水管理增加了難度，如果建立統(tǒng)一的取水站，會(huì)投入很大的建設(shè)成本，灑水車排隊(duì)取水也會(huì)對(duì)交通及市容造成一定的影響，且不利于車輛的連續(xù)作業(yè)。

      以往，灑水車均在馬路邊的取水栓上取水，這樣無形中縮短了取水栓的使用壽命。取水栓的主要功能是為消防車提供補(bǔ)給水，為*門迅速、高效地完成滅火工作發(fā)揮著極其重要的作用。火災(zāi)來臨時(shí)，取水栓不好用甚至不能用，會(huì)給*門的滅火工作造成*的影響，可能導(dǎo)致錯(cuò)過滅火時(shí)機(jī)，造成人民生命、財(cái)產(chǎn)的重大損失。同時(shí)，灑水車無序取水，也造成了取水量無法計(jì)量，自來水公司沒有具體數(shù)據(jù)征收水費(fèi)的尷尬局面。

      消防用水屬于公益水，而在許多商戶及個(gè)人眼中，取水栓的水就是“不要錢的水”。偷接取水栓、私用公益水現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅會(huì)造成大量的水資源流失，還會(huì)降低消防管道水壓，給公共安全帶來隱患。由于取水栓分布地域較廣，管理人員不能及時(shí)監(jiān)管所有取水栓，即使被盜用，導(dǎo)致違法人員逍遙法外。

      基于以上背景，唐山市自來水公司對(duì)取水栓的管理提出了新模式，并聯(lián)合相關(guān)研究中心研發(fā)了2款新產(chǎn)品：
       (1) DATA–6241刷卡計(jì)量取水裝置。自來水公司新增了取水栓且通體刷成綠色，與紅色的取水栓區(qū)別開來，在取水栓頂部安裝DATA–6241刷卡計(jì)量取水裝置，取水車輛只有通過刷IC卡才能開閥取水。
       (2) DATA–6242取水栓防盜水報(bào)警裝置。在紅色取水栓的出水口安裝DATA–6242取水栓防盜水報(bào)警裝置，自動(dòng)監(jiān)控取水栓用水狀態(tài)。
      以上2款產(chǎn)品（見圖1）均已申請(qǐng)了發(fā)明，目前正在受理中。

2  刷卡計(jì)量取水栓監(jiān)管系統(tǒng)

       取水栓由取水栓改造而成：① 在閥桿上加裝電動(dòng)鎖止裝置（裝置利用棘輪、棘爪原理控制閥桿的旋轉(zhuǎn)，并具有開關(guān)狀態(tài)反饋功能）；② 使用DATA–6241替換原有頂部蓋帽，使用電纜與電動(dòng)鎖止裝置連接。
       改造好的取水栓具備IC卡識(shí)別和刷卡解鎖功能，取水人員需使用IC卡解鎖后，才能開閥取水。取水時(shí)，井下計(jì)量設(shè)備自動(dòng)計(jì)量取水量。
      取水栓一般安裝在馬路邊，現(xiàn)場取電、布線很麻煩，電子設(shè)備露天使用還要防水、防潮。因此，DATA–6241采用微功耗工作模式，定時(shí)采集和傳輸數(shù)據(jù)，閑時(shí)休眠，忙時(shí)喚醒。產(chǎn)品內(nèi)置4節(jié)大容量鋰電池（14AH），能夠保證10000次的取水動(dòng)作正常運(yùn)行。設(shè)備自動(dòng)采集電池電壓，電壓過低時(shí)自動(dòng)報(bào)警。
      DATA–6241采用上下兩層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上層內(nèi)安裝PCB電路板及鋰電池，采用2道硅膠密封圈及多個(gè)不銹鋼螺釘緊固，防水等級(jí)達(dá)到IP68；下層采取遮罩式設(shè)計(jì)，用來保護(hù)電動(dòng)鎖止裝置，電動(dòng)鎖止裝置經(jīng)試驗(yàn)可在水中可靠工作，*適應(yīng)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。同時(shí)DATA–6241集成了GPRS、433M和藍(lán)牙3種無線通信功能，充分利用各種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢構(gòu)成成套系統(tǒng)，并采用了*的防水設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到了IP68。

     GPRS具備遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸功能，可將現(xiàn)場多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)管中心；433M具備中距離數(shù)據(jù)傳輸功能，不產(chǎn)生通訊費(fèi)用，通過它可采集井下計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)，避免了布線的麻煩；藍(lán)牙具備短距離傳輸功能，傳輸速度快，通過手機(jī)APP可對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)維護(hù)。

      在每個(gè)取水栓旁的閥門井內(nèi)安裝計(jì)量裝置（水表或流量計(jì)）和壓力變送器。 計(jì)量裝置用來計(jì)量取水戶的單次取水量以及取水栓的瞬時(shí)、累計(jì)流量。壓力變送器用來采集管道壓力數(shù)據(jù)，它可以檢測管道是否有水以及水壓的大小，用以確定取水栓是否可以正常使用。計(jì)量裝置和壓力變送器都具備傳輸接口，能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA、RS485、脈沖等信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。閥門井內(nèi)另需安裝一臺(tái)IP68防護(hù)等級(jí)的RTU設(shè)備，即 DATA–7601微功耗采集終端。該設(shè)備具備多種變送器信號(hào)采集接口，還具備433M無線傳輸功能，能夠與井上的DATA–6241刷卡計(jì)量取水裝置進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。

      使用流程： 灑水車取水時(shí)，取水人員先將車上取水帶連接至取水栓出水口，將IC卡置于取水栓的刷卡區(qū)內(nèi)，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)驗(yàn)證IC卡芯片中的身份信息，身份合法則自動(dòng)打開電動(dòng)鎖止裝置，并通知井下DATA–7601微功耗采集終端準(zhǔn)備采集數(shù)據(jù)。此時(shí)取水人員可使用開閥扳手打開取水栓閥門給車輛加水。電動(dòng)鎖止裝置延時(shí)若干秒（可設(shè)置）后自動(dòng)上鎖，但不影響取水栓的關(guān)閉，為下一次刷卡取水做好準(zhǔn)備。取完水后，取水人員用扳手關(guān)閉取水閥門。井下DATA–7601微功耗采集終端檢測井下計(jì)量裝置沒有瞬時(shí)流量后，將此次用水?dāng)?shù)據(jù)傳輸至DATA–6241刷卡計(jì)量取水裝置，DATA–6241再通過GPRS遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)管中心，至此完成一次取水作業(yè)。刷卡計(jì)量取水栓監(jiān)管系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D2。

3  取水栓報(bào)警監(jiān)管系統(tǒng)

      常用取水栓有3個(gè)出水口，1個(gè)100mm口徑、2個(gè)65mm口徑，每個(gè)出水口均安裝一個(gè)悶蓋。悶蓋是一個(gè)附屬裝置，起到了封堵出水口的作用，只要密封效果達(dá)到原有悶蓋的標(biāo)準(zhǔn)，更換它不會(huì)影響取水栓的正常使用。因此，DATA–6242取水栓防盜水報(bào)警裝置的外形就設(shè)計(jì)成一個(gè)取水栓悶蓋形狀，通過替代取水栓原有悶蓋，可實(shí)現(xiàn)取水栓用水報(bào)警功能，而且不改變*門的使用功能。
      取水栓防盜水報(bào)警裝置內(nèi)部集成了微功耗電子電路和2節(jié)大容量鋰電池，同時(shí)具備GPRS、藍(lán)牙、433M無線通信功能，并且產(chǎn)品的防護(hù)等級(jí)同樣做到了IP68。取水栓正常工作時(shí)，不管是正常取水還是非法用水，用戶從哪個(gè)出水口取水，取水栓報(bào)警裝置均可以檢測到，并自動(dòng)向數(shù)據(jù)監(jiān)管中心報(bào)警。
      工作原理：①當(dāng)有人在100mm出水口用水，在擰動(dòng)取水栓防盜水報(bào)警裝置時(shí)，裝置中的傾斜開關(guān)發(fā)生位置偏離并導(dǎo)通，觸發(fā)取水栓防盜水報(bào)警裝置，并將報(bào)警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)監(jiān)管中心，實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警；②當(dāng)有人在65mm出水口用水時(shí)，出水后取水栓內(nèi)的水壓觸發(fā)取水栓防盜水報(bào)警裝置內(nèi)的微動(dòng)開關(guān)閉合，同樣使該裝置將報(bào)警信息遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)監(jiān)管中心；③取水栓防盜水報(bào)警裝置還可以配合井下DATA–7601微功耗采集終端，采集消防管道壓力，壓力不足時(shí)及時(shí)報(bào)警，保證取水栓的正常使用。取水栓報(bào)警監(jiān)管系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D3。

4  取水栓相關(guān)產(chǎn)品監(jiān)管平臺(tái)

       由于取水栓與取水栓的水源均來自消防管道，為便于統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)該包括以上兩個(gè)系統(tǒng)，只有將兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合到一起，才能實(shí)現(xiàn)*監(jiān)管消防管道及相關(guān)設(shè)施的目標(biāo)。
       該系統(tǒng)將數(shù)量眾多、分布分散的取水栓和取水栓通過GPRS網(wǎng)絡(luò)鏈接起來，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。
       管理人員在監(jiān)管平臺(tái)上通過地圖或列表，可實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)所有取水栓和取水栓的用水情況，能夠看到：哪個(gè)用戶幾點(diǎn)幾時(shí)在哪個(gè)取水栓取了多少水、是否有用戶非法開取水栓取水；哪個(gè)取水栓在用水，通過與*門結(jié)合確認(rèn)是真實(shí)火警還是有不法人員在偷水；消防管道整體的壓力情況，哪條管道壓力過高或過低等情況，以便于及時(shí)采取措施。
       監(jiān)管平臺(tái)將詳細(xì)監(jiān)管數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在數(shù)據(jù)庫中，便于自來水公司隨時(shí)查詢消防管道用水信息，并方便與取水用戶進(jìn)行費(fèi)用結(jié)算。平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D4。

應(yīng)用效果 

      唐山自來水公司在唐山市區(qū)范圍內(nèi)一共安裝取水栓40個(gè)，并計(jì)劃將市區(qū)內(nèi)所有取水栓都安裝防盜水報(bào)警裝置。現(xiàn)場數(shù)據(jù)均報(bào)送至唐山自來水監(jiān)管平臺(tái)上，這樣就能統(tǒng)一管理所有的取水栓和取水栓，*實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)測各取水單位的取水量、有效監(jiān)控取水栓和取水栓使用狀態(tài)、及時(shí)甄別消防用水和非法盜水情況。

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