城市下水道及化糞池可燃?xì)怏w監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研制與應(yīng)用.pdf

1、為預(yù)防城市市政排水管道設(shè)施中可燃?xì)怏w蓄積引發(fā)的爆炸事故，提高市政環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的可靠性和實(shí)時(shí)性，開發(fā)了城市下水道及化糞池可燃?xì)怏w安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，并運(yùn)用于重慶市。
　　 在重慶市市政委科技計(jì)劃項(xiàng)目“重慶市市政(下水道和化糞池)有害氣體安全監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用研究(CJ2006-17)”的資助下，本研究設(shè)計(jì)了一種基于紅外傳感器技術(shù)和GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)首先利用高靈敏度、性能穩(wěn)定的紅外可燃?xì)鈧鞲衅魍瓿墒姓滤篮突?/p>

2、糞池設(shè)施中可燃沼氣濃度檢測(cè)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線傳輸終端獲取傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，再通過GPRS無(wú)線通信技術(shù)發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域可燃?xì)怏w濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和險(xiǎn)情預(yù)報(bào)。通過在重慶市主城區(qū)市政下水道和化糞池的實(shí)踐應(yīng)用研究，監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、傳輸數(shù)據(jù)可靠、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、報(bào)警響應(yīng)靈敏，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常信息并作出預(yù)警指示。監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了可燃?xì)怏w濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和監(jiān)控預(yù)警功能，對(duì)保障市政污水管網(wǎng)設(shè)施的安全運(yùn)行具有積極意義

3、和實(shí)用價(jià)值。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ①通過對(duì)重慶市城市下水道、化糞池存在的安全影響調(diào)查，論述了建設(shè)可燃?xì)鉂舛缺O(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的目的，并首次提出將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運(yùn)用于市政排水管道可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)。根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，結(jié)合本系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)需求，從氣體檢測(cè)、設(shè)備選型、監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置和傳輸方式選擇進(jìn)行論證，闡述了可燃?xì)獗O(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的整體框架。運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)思想將整個(gè)系統(tǒng)分成三個(gè)子系統(tǒng)：氣體濃度檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控中心

4、，并給出各子系統(tǒng)的組成和實(shí)現(xiàn)方案。
　　 ②論述了傳感器工作原理、基本特性和可燃?xì)怏w檢測(cè)實(shí)現(xiàn)方式，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求及使用環(huán)境選定固定式紅外可燃?xì)鈧鞲衅鳌８鶕?jù)報(bào)警機(jī)制選定可燃?xì)庾畹捅ㄏ孪拮鳛闈舛葯z測(cè)指標(biāo)，并確定了三級(jí)報(bào)警響應(yīng)級(jí)別；結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，分別確定了下水道和化糞池在不同報(bào)警級(jí)別下的濃度報(bào)警限值；通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試確定了傳感器的安裝位置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝原則。在連續(xù)使用6個(gè)月后，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傳感器的示值誤差、響應(yīng)時(shí)間、報(bào)警誤差三項(xiàng)技

5、術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢定，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，傳感器工況穩(wěn)定，報(bào)警檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。
　　 ③從GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端配置、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和傳輸、通信協(xié)議制定三個(gè)方面來(lái)完成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)可燃?xì)鉂舛缺O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸。設(shè)計(jì)使用GPRS-DTU作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端，選擇公網(wǎng)方式接入無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，動(dòng)態(tài)IP地址接入方式完成與監(jiān)控中心的“中心對(duì)多點(diǎn)”的組網(wǎng)連接方式，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心與不同監(jiān)測(cè)終端之間的數(shù)據(jù)傳輸。對(duì)傳輸協(xié)議進(jìn)行理論分

6、析與實(shí)驗(yàn)測(cè)試，選擇UDP協(xié)議作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕?jīng)濟(jì)性和效率均得到優(yōu)化。通過數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制和通信協(xié)議設(shè)置，提高通信數(shù)據(jù)的正確性，也使得數(shù)據(jù)的雙向傳輸?shù)玫綄?shí)現(xiàn)。
　　 ④論述了系統(tǒng)監(jiān)控中心功能設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)過程。用模塊化的設(shè)計(jì)思想和多線程的編程技術(shù)，便于系統(tǒng)的維護(hù)管理；從數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建和監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)來(lái)完成監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。按照數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)服務(wù)軟件分開設(shè)計(jì)原則，優(yōu)化了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，通過組態(tài)軟件生成數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)服

7、務(wù)軟件調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)報(bào)警、查詢功能；通過監(jiān)控軟件進(jìn)行直觀的濃度顯示、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢和遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置等操作。
　　 ⑤為提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸成功率，提出“丟包重發(fā)”機(jī)制，從理論和數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)兩方面論證該機(jī)制在一定程度上增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行性能分析以及一年多的試運(yùn)行測(cè)試，驗(yàn)證了系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性；監(jiān)測(cè)結(jié)果較好地反映出不同區(qū)域內(nèi)可燃?xì)鉂舛入S季節(jié)、時(shí)間、排污情況不同而產(chǎn)生的變化；通過

8、化糞池可燃?xì)猱a(chǎn)生與污水排放情況和污染物濃度之間的相關(guān)性分析，研究了可燃?xì)猱a(chǎn)生與排污活動(dòng)之間的變化規(guī)律。依托本監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)在重慶市的應(yīng)用實(shí)踐表明，利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行市政下水道和化糞池可燃?xì)怏w的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和安全預(yù)警是可行的，系統(tǒng)有效表征監(jiān)測(cè)設(shè)施內(nèi)可燃?xì)庾兓闆r，預(yù)警預(yù)報(bào)準(zhǔn)確有效，達(dá)到監(jiān)控預(yù)警的建設(shè)目的。
　　 ⑥在對(duì)可燃?xì)怏w安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的體系構(gòu)建，實(shí)際運(yùn)行測(cè)試以及實(shí)現(xiàn)目的的基礎(chǔ)上，提出了下水道及化糞池可燃?xì)怏w安全監(jiān)控預(yù)警系