智慧水务供水管道经济监测附件系统搭建方法与流程

1.本发明涉及智慧水务技术领域，尤其涉及智慧水务供水管道经济监测附件系统搭建方法。


背景技术：

2.现有有水务供水管道有以下缺点：
①
管网在线流量和压力监测设备复杂投资大，设置井室占地大、维护费用大。
②
现状流量测量方法缺点：传统机械水表、计量精度低不能应用于智慧水务数据传输；电磁法测量流量设备费用高，要求设备防磁、并且通电线圈耗电大、需要防水。如果水中电导率变化导致数据失真，水中有气泡数据失真。并且受到管道坡度影响。超声波法设备费用高，运行一段时间后探头受到水中杂质附着后数据逐渐失真至报废；管道结垢后，导致计算管径不断缩小，导致计算出来的瞬时流量不断偏大。水中电导率变化导致数据失真。而且在水中气泡、泥沙多的情况下，会失效。并且受到管道坡度影响。以上方法测量流量计制造复杂，并均需设置地下操作式井室、需要防潮防水，需要考虑信号传输，土建投资大、后期维护费用大。
③
现状没有一种经济简便并且同时测量流量压力方法。
④
现状管道安全附件缺点：现状管道安全附件为标注桩或者标志牌，管道标志桩、牌基本为塑料，埋设深度为0.2~1米间，均为管道回填完毕、场地平整后人工依照记忆在管道上方附近埋设，甚至隔很长时间才埋设。仅能显示此处附件有管道，具体管道位置、埋设深度不能通过现场显示出来。城市拆建改造过程中，很多城市经常发生管道施工损害，停水影响城市正常生产生活。野外的供水管道地貌经常变化，塑料标桩经常被破坏，不能正常发挥给水管道保护作用。
⑤
沿海城市、盐碱地、工业城市给水管道经常出现电化学腐蚀情况，水司只能关键管道关键地段重点实施消除电化学腐蚀减缓措施，全面避免消除投资巨大。
⑥
现状带压开口法接水，管件采用哈弗节耐候性、耐腐性、气密性差，使用寿命短，施工技术要求高；给水管道开口切除处，无法完成防腐，一段时间后，不仅影响水质，管道强度逐渐降低、哈弗节处往往出现渗水。
⑦
现状应用霍尔式压力传感器原理的仅能应用于机械行业固体压力。不能应用于管道压力流体。
⑧
现状管道安全检查和测漏等技术常规必须做坑探或者通过现有井室才能实施。
⑨
现状很多市政供水主管道地处偏僻，gsm信号较弱，甚至无信号，存在通信死角。另外，采用gsm、gprs技术进行远传的测量点，流量费较大，当大量布置测量点流量费巨大并且有丢包数据延迟现象发生。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决背景技术中存在的缺点，而提出的智慧水务供水管道经济监测附件系统搭建方法。
4.为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：智慧水务供水管道经济监测附件系统搭建方法，包括以下主要步骤：s1、利用霍尔原理,形成一种特定的数学函数关系,对压力给水管道进行压力流量
数据采集，通过现状成熟技术进行数据存储运算；s2、将数据存储运算传输模块和电池均集中在不锈钢材质的标尺桩上端头侧，将简易的阴极保护装置中阳极和参比电极分别置于沿管道纵向5米外，绝缘电缆连接至标尺桩上端头侧测试端子处；s3、施工时按顺序安装采集器管件，每隔50~200米间距设置一个；s4、管沟回填至管道上平面安装不锈钢标尺和阴极保护极，安装完后按规范回填土至设计标高，若给水管道需要新增接水口可直接采用开孔器在测量管件上开口，无需增加哈弗节等管件。
5.优选的，步骤s1中各采集点串联组成链，数据传输采用低功耗广域网（lwpan）中窄带物联网远传通信技术（nb-iot）至服务中心组成地链nb网络，远端服务器搜素nb网络基站，在网络中心注册，握手成功后与服务器正常通信。
6.优选的，步骤s1中数据穿传输流程为：采集-存储运算-传输。
7.优选的，步骤s2中不锈钢上端设置活动端盖，可以打开，可以通过不锈钢标志尺桩内空腔室放置仪器测量管道数据。
8.优选的，步骤s2中测量管道数据包括取管道周边下水样、听漏仪侦听、直接测量管道位移沉降。
9.优选的，步骤s2中不锈钢标注桩与采集管件分体制作，法兰连接，采集管件常用为球墨管件，承插口连接。
10.优选的，步骤s2中采集管件常用为球墨管件，承插口连接。
11.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、降低智慧水务建设监测流量和压力投资大；提出一种经济的智慧水务供水管道监测附件，简单方便、能同时测量流量和压力的方法及管件；2、克服电磁水表、超声波水表等现状水表计量受到水温、气泡、电导率、管道坡度等参数影响，克服以上仪器构造复杂投资大因素；3、克服管道观察、测漏只能在井室或者坑探或者借助雷达仪器等探测才能实施；传输流量压力需要建设地下操作式井室，投资巨大；4、避免给水管道标注桩位置不准确、埋设深度现场不能确定情况、防止其他施工挖断管线；5、沿海城市、工业园区、沙漠盐碱地等实施的给水管道工程，增加阴极保护水平，减少埋地管线腐蚀危害，降低事故发生概率，避免本发明标注桩腐蚀；6、城市管道越来越密集，环境越来越复杂，给水管道巡查全面掌控，特别是目前进行进入网络数字时代。埋地供水管道持续监测分析；7、为智慧化水务建设做好物理基础，为gis、scada系统建设提供基础数据和现场校核；8、通过本设备标尺空间内放置测量仪器，不必做坑探和砌筑井室，方便现场巡查管线、勘测管线沉降位移、地下水位等建立管道安全档案等；9、给水管道新增接水用户时可以直接在本设备上开口，无需停水和安装哈弗节等；10、提出一种重要给水管道的监测通信数据传输方法思路，采用lwpan(低功耗广
域网)中成熟的nb-iot(窄带物联网)作为主要通信技术，由每隔100~200米的测量点依次无线网串联组成地链nb网络，远端服务器搜素nb网络基站，在网络中心注册，握手成功后即可与服务器正常通信，这样大大降低了投资费用和通信费用，信号传输更远更稳。
附图说明
12.图1为本发明智慧水务供水管道经济监测附件系统搭建方法的峰值电压ux与水压px关系图；图2为本发明智慧水务供水管道经济监测附件系统搭建方法的电压与时间的关系图。
具体实施方式
13.以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
14.提供智慧水务供水管道经济监测附件系统搭建方法，包括以下主要步骤：s1、利用霍尔原理,形成一种特定的数学函数关系,对压力给水管道进行压力流量数据采集，通过现状成熟技术进行数据存储运算；s2、将数据存储运算传输模块和电池均集中在不锈钢材质的标尺桩上端头侧，将简易的阴极保护装置中阳极和参比电极分别置于沿管道纵向5米外，绝缘电缆连接至标尺桩上端头侧测试端子处；s3、施工时按顺序安装采集器管件，每隔50~200米间距设置一个；s4、管沟回填至管道上平面安装不锈钢标尺和阴极保护极，安装完后按规范回填土至设计标高，若给水管道需要新增接水口可直接采用开孔器在测量管件上开口，无需增加哈弗节等管件。
15.步骤s1中各采集点串联组成链，数据传输采用低功耗广域网（lwpan）中窄带物联网远传通信技术（nb-iot）至服务中心组成地链nb网络，远端服务器搜素nb网络基站，在网络中心注册，握手成功后与服务器正常通信。
16.步骤s1中数据穿传输流程为：采集-存储运算-传输。
17.步骤s2中不锈钢上端设置活动端盖，可以打开，可以通过不锈钢标志尺桩内空腔室放置仪器测量管道数据。
18.步骤s2中测量管道数据包括取管道周边下水样、听漏仪侦听、直接测量管道位移沉降。
19.步骤s2中不锈钢标注桩与采集管件分体制作，法兰连接，采集管件常用为球墨管件，承插口连接。
20.步骤s2中采集管件常用为球墨管件，承插口连接。
21.霍尔原理：磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流i从a到b通过该片。在洛仑兹力的作用下，i的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在cd方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改
变磁感应强度。
22.本发明与其它霍尔原理不同地方为：霍尔芯片固定在弹性材料上，而非在2个磁铁之间，采用叶轮旋转获得的变化磁场得到电压变化脉冲信号，计算出流量和压力。本系统主要为采集管件、标志桩、阴极保护 3个主要设备。采集集管件器运算存储、传输部分。
23.采集器组成为：1、壳体（材质球墨铸铁）、与管道连接方式为承插或者法兰连接；2、永磁叶轮，只有单个叶片为永磁材料；3、支护架，用于固定和保护叶轮；4、霍尔元件；5、高分子弹性材料；6、信号线接头。
24.流量采集原理为：叶轮在水流动下旋转，永磁端叶轮靠近霍尔元件最近时，电压为峰值，永磁端叶轮远离霍尔元件最远时，电压为谷值，旋转一周为输出一个单位，运算器算出时间δt,则推算出角速度ω=2л/δt，推算叶轮线速度即水流速度v= r
•
ω=r
•
2л/δt；则推算出水流瞬时流量为q=v
•
a= v
•
1/4
•
лd2 。
25.r：叶轮有效半径；ω叶轮角速度，q流量；d管件内径；л圆周率；压力采集原理为：叶轮在水流动下旋转，永磁端叶轮靠近霍尔元件最近时，电压为峰值，永磁端叶轮远离霍尔元件最远时，电压为谷值，旋转一周为输出一个单位，水压变化时，霍尔元件会随着附着的弹性材料产生微位移；因此，水压相对变化后，永磁端叶轮靠近霍尔元件最近时产生的电压峰值大小也产生了变化，水压降低，永磁端叶轮靠近霍尔元件时距离相对减少，则输出电压相对增大。峰值电压ux与水压px成反比。推导出px=k/ux (k为实验室确定常数)。另外，根据伯努利能量方程zx+px+
§
v2x/2g=zy+py+
§
v2y/2g，推导出δp= px-py =(zx
‑ꢀ
zy)+(
§
v2y/2g
‑§
v2x /2g)=
§
/2g(v2y-v2x)=
§
/2g [(r
•
2л/δtx)2-(r
•
2л/δty)2]=
§•
r2
•
л2/2g(1/δtx2-1/δty2)(变化每次陆每次电压运算器算出时间δt，则推算出角速度ω=2л/δt，推算叶轮线速度即水流速度v= r
•
ω=r
•
2л/δt；则推算出水流瞬时流量为q=v
•
a=v
•
1/4
•
лd2。
[0026]
px：为x时刻电压峰值时对应的水压，py：为y时刻电压峰值时对应的水压。
§
：为伯努利常数；r：叶轮有效半径；л圆周率，q流量；d管件内径；zx=zy：为同一点的位置水头。vx：为x时刻电压峰值时对应的水流速。vy：为y时刻电压峰值时对应的水流速。
[0027]
烟台水务清泉有限公司科技大道（轸大路—草埠北路段），地处海边滩涂，盐碱较多，dn600球墨管道，全长约5公里，每隔120~150米安装一处管道附件，现因道路两侧开发，用水单位增加，利用此附件对鲁商项目、草埠项目、烟台山医院等项目进行了不停水增接口。管道数据采用nb地链自组网传输至此段管道末端中海国际社区公司管理端，实时监测和调度。管道位置和埋深更加精准，未有施工挖断等现象发生，运行2年来较其他同类管道运行平稳。
[0028]
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。