智慧水资源管理系统设计案例--大学毕业设计论文.doc

智慧水资源管理系统设计案例

目 录
1、概述…………………………………………………………………1
2、建设原则和建设目标…………………………………………………2
2.1建设原则……………………………………………………………2
2.2建设目标……………………………………………………………3
2.3编制依据……………………………………………………………4
3、建设项目内容与系统功能……………………………………………5
3.1系统结构……………………………………………………………5
3.2项目设施及项目内容：……………………………………………6
3.2.1取水用户现场数据采集、发送…………………………………6
3.2.2XX市信息管理终端…………………………………………10
（1）水资源管理相关基础信息管理系统…………………………11
（2）取水、入河排污口设置管理平台………………………………11
（3）取水户实时监控平台……………………………………………12
（4）水资源费征收管理平台…………………………………………13
3.2.3市水资源系统管理平台技术要求………………………14
4、系统安全性设计……………………………………………………15
5、供电设计……………………………………………………………17
6、其他…………………………………………………………………17
7、施工组织……………………………………………………………19
7．1工程进度计划……………………………………………………19
7．2系统竣工验收……………………………………………………19
8、系统投资预算………………………………………………………20
8.1编制参照依据……………………………………………………20
8.2总预算……………………………………………………………20
8.3现场数据采集、发送预算…………………………………………21
8.4信息管理终端预算………………………………………………22
22

1、概述
XX市地处我国东南沿海，北靠，东邻，系长江三角洲经济区。全市总面xxx平方公里，总人口xx万。市境内小河流较多，全市水资源总量为xx亿立方米，由于受特定的地理环境和气候条件影响，过境水量较大，过境水量约为xx亿立方米，可用水量（包括地表水和地下水）为xx亿立方米，市内可用水资源量不足，全年人均xxm3，低于全国、全省水平，是水资源较为短缺的市，与市的经济发展不相适应。
为解决水资源短缺使得水资源管理与决策问题的复杂程度，迫切需要在方法和手段上加以改进，推进XX市水资源信息化建设，提高管理与决策水平。准备把市的取水大户(年取水量在5万m3)纳入实时监控系统，决定设计建设市水资源信息采集管理系统。
总体要求：建立市年取水量在5万立方米以上的取水用户的GPRS远程数据采集系统。现场的数据按浙江省水利厅统一的要求把数据发到省厅统一的数据管理中心。并在XX市水利局内分设终端，实现对本市管辖范围内取水用户的取水量进行实时监测，实现对取水用户用水量的各类统计，及时发现取水异常情况，可实现对取水数据的历史追溯。并在此基础上，建立XX市水利系统的信息平台（详见信息管理终端）。
2、 建设原则和建设目标
2.1 建设原则
l 先进性
硬件设备和系统软件采用先进成熟的设备和技术，保证系统在技术上的先进性，使系统具有优良的性能。
l 可靠性
采用的硬件、软件在相应领域里具有一定的知名度，产品质量高、可靠性好。应用系统运行必须稳定、可靠。
l 安全性
系统提供足够的安全措施，权限设置防止非法侵入，有效防止非授权用户的访问。
l 实用性
即能支持各种数据通信、多媒体技术以及信息管理和未来技术的发展。
l 灵活性
即任意信息点能够连接不同类型的设备，如微机、打印机、终端、服务器、监视器、报警器、电话、传真机等。
l 开放性
即能支持任何厂家的任意网络产品，支持任意网络结构（总线型、星型、环型等）。
l 模块化
结构化布线系统中除去固定于建筑物内的水平线缆外其所有的接插件都应是积木式的标准件，以方便使用管理和扩充。
l 扩展性
无论是硬件环境、系统软件和应用功能都能满足不断扩充的要求，实施后的结构化系统是可扩充的，以便将来有更大的需求时，很容易将设备安装进去。
l 经济性
一次性投资，维护费用较低，使整体投资达到最少，性价比最高。
2.2 建设目标
水资源管理信息系统的建设目标是运用现代信息技术的实时监控技术、计算机技术、通信技术及利用internet网络技术等，建立实时数据库，开发水资源监测及信息管理系统。
系统的建成将有效地提高水资源管理的能力和科学化、现代化水平，完善省水利厅水资源的基础信息数据，为省、市的水资源规划、管理和决策提供及时、准确的信息服务和先进有效的技术支持，增强水行政主管部门的协调和组织能力，为“依法治水、科学管理”提供新一代的管理手段，并便于有效地利用宝贵的水资源信息。
总之，系统的建成将进一步规范水资源管理，提高工作效率，更好地适应社会、经济、自然条件的变化，满足水资源信息共享的需要。

2.3 编制依据
为了确保系统达到预期效果，方案设计必须严格按照国家有关规定进行设计，依据的规范和国标以及资料如下：
《省取水实时监控系统建设技术导则》
《自动化仪表工程施工及验收规范》GB50093-2002
《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》GBJ131-90
《电气装置安装工程》GB5016-92
《分散型控制系统工程设计规定》HG/T20573-1995
《自控专业施工图设计内容深度规定》HG20506-1992
《自动化仪表选型规定》HG20507-1992
《仪表供电设计规定》HG20509-1992
《仪表系统接地设计规定》HG20513-1992
《工业自动化仪表工程施工及验收规范》GBJ93-1986
《电子计算机场地通用规范》GB2887-2000
《电子设备雷击保护导则》GB7450
《工业企业通讯接地设计规范》GBJ79-85
《工业企业通讯设计规范》GBJ42-81
3、 建设项目内容与系统功能
建设项目内容概述：本次项目总共有50个现场数据采集点，其中10个现场采集点（年取水量在50万立方米以上）的计量仪表采用管道式电磁流量计，其余采用电子式电能表计量（有出入的在实际设计中变更）。在本项目中，原有的机械式电能表全部更换为带485通讯接口的智能电表及管道式电磁流量计，通过GPRS数传模块向省水利厅数据管理中心发送数据。
3.1 系统结构
系统由电子式电能表（电磁流量计）、GPRS数传模块、GPRS运行网、10M光纤数据专线、用户侧路由器、系统管理服务器组成。具体示意图如下：

3.2 项目实施及项目内容：
3.2.1 取水用户现场数据采集、发送
(1)电磁流量计现场数据采集、发送
本项目中需新增管道式电磁流量计10套，包括电磁流量计的现场安装施工。电磁流量计必须带有RS485通讯功能，GPRS数传模块通过RS485接口与电磁流量计进行通讯， 并根据数据中心的设置发送规定的数据。设备供电有220VAC一次供电经UPS不间断电源向现场仪表供电，UPS不间断电源在一次电源停电的情况下能够提供8小时的供电。现场仪表组成原理图如下：

说明：为了保证现场电磁流量计的计量数据和数据中心数据的完全一致，现场数据的采集方式必须为通信的方式采集（不准采用脉冲采集和电磁模拟量采集的方式）。
电磁流量计现场数据采集、发送设备选型
序号
设备名称
型号规格
数量
备注
1
GPRS数传模块

10
符合省中心协议
2
电源模块
220VAC/18VDC
10

3
电源开关

10

4
不锈钢防护箱
460*560*210
10
室外箱
5
UPS不间断电源
山特1KS 15min
10
深圳山特
6
安装配件

10

7
管道式电磁流量计
LD200
10
规格暂定为DN200，施工时据实调整。流量计需带安装配对法兰及紧固件
上述新增的设备，都要放置在一个不锈钢的防护箱内。固定在适当的墙上或固定的支柱上。
(2)电能表现场数据采集、发送
市企业取水以地表水为主，根据取水流量与水泵用电量的对应关系，采用电度表作为取水计量装置符合XX市实际。故用户现场取水数据可由带RS485通讯接口的电子式智能三相电能表提供，GPRS采集发送终端通过RS485通讯口实时采集电能表的数据，保存在终端的内存中，实时或定时向系统发送最新数据。GPRS采集终端向系统发送数据的时间间隔可通过系统管理主机进行设置。在现场，用户提供380伏交流电源。所有设备必须放置在一个带锁可铅封的电力配电箱内。
现场电能表采用带RS485通讯接口的电子式智能三相电能表，液晶显示，精度优于2.0级。产品性能符合GB/T17215-1998国家标准及IEC61036国际标准。精确计量三相有功电能。三相电源供电，有一相（三相三线）或两相（三相四线）断电，仍能正常计量。现场仪表组成原理图如下：

为了保证现场电能表计量数据中心数据的完全一致，现场数据的采集方式必须为通信的方式采集（不准采用脉冲采集的方式）。
GPRS数传模块，要求使用方便、灵活、可靠，支持双频GSM/GPRS，符合ETSI　GSM　Phase 2+标准，数据终端全天候在线，支持A5/1＆A5/5加密算法，透明数据传输与协议转换，短消息数据备用通道，支持动态数据中心域名和IP地址。

电表现场数据采集、发送设备选型
序号
设备名称
型号规格
数 量
备注
1
电子式智能电表
三相三线
40只

2
GPRS数传模块

40只
符合省中心协议
3
配电箱
600*700*180
40只

4
电流互感器
LMZJ1-0.5 200/5
80只

5
三相电源闸刀
HD11-200/38
40只

6
电源模块
380VAC/18VDC
40套

7
保险盒（丝）

120只

8
改装用铜电缆
16mm²
700米

25mm²
400米

9
安装配件
铜鼻子、膨胀螺丝、内部接线等
40套

具体电表安装单位及安装地点由XX市水电局在工程开始后向施工单位提供。
现场监控点共有50点,具体位置地点由XX市水电局向施工单位详细提供。

3.2.2 市信息管理终端
信息管理中心设在省水利厅内。由省水利厅统一设计、安装及维护。该系统要实现以下功能：接收、显示GPRS远传回来的各类水资源基础数据，并自动生成数据库，保存远程发回的数据。自动生成日、月、年报表，能进行自由时段的数据统计分析。可以实时采集或定时采集各采集点的数据，定时采集时间可通过系统管理服务器任意设置。对采集的数据要求与现场数据完全一致，可替代人工巡回抄表。对采集的数据建立数据库长期保存，定期对备份数据进行刻录。
信息管理（监控）中心的组成如下图：

上图中，采用电信光纤数据专线，接入信息中心路由器，与信息中心连接，系统管理服务器通过路由器端口映射方式与现场GPRS建立TCP/IP连接，实现数据交互传输。
在XX市水利局内设置省信息管理中心的网络终端，它从省中心下载本市范围内的水资源信息数据，根据下载的数据及一些必要的基础信息整合成XX市水资源信息管理平台。此平台要实现以下功能：
整个系统由“水资源管理相关基础信息管理系统”、“取水、入河排污口设置管理平台”、“取水户实时监控平台”、“水资源费征收管理平台”四大部分组成。
（1） 水资源管理相关基础信息管理系统
水资源基础信息查询
水文特征
水资源规划

重要文件
标准规范
法律法规

本功能的设置主要用来查询日常性的文档和基础性的水资源信息。
（2） 取水、入河排污口设置管理平台
（1）查询：根据所在区域、地理位置、规模及名称等进行组合查询，查询结果可以表格、图片、影像、图形等形式输出，直观且方便。
（2）统计：对取水量、排污量等进行统计，并可以定制统计作业，基本适应当前主要统计要求。
（3）制表：自动制作完成日常性的统计汇总表和临时进行一些规范性的表格制作。
（3） 取水户实时监控平台
取水户实时监控系统

取水总量监控
取水异常预警
取水量统计分析

1、取水总量监控：随时掌握取水户当年、当月的取水总量，对全省水资源的取用实现定量管理、实时监控。
2、取水异常预警：对取水速率过快、取水总量超标或过低等异常数据进行预警，自动提醒管理人员，便于有目标地进行监督与检查。
3、取水量统计分析：自动对取水户各时段的取水总量进行汇总统计。
技术说明：
水资源实时数据监控

1）数据采集：主动要求及接收省中心转发的数据，处理后存放在硬盘中。
2）数据管理：对采集的数据定时保存在数据服务器的标准数据库中，保存时间可设置，如五分钟保存一次，保存时间为3年。
3）数据显示：最新收到的数据作为当前值在显示器上显示。
4）数据查询：系统具有完善的查询功能，可按多种方式进行查询，查询数量和格式可自定义。
按时间查询：可对每个采集点数据按月、日和小时进行查询。
查询的数据可采用表格、曲线、直方图、饼图等方式显示，查询结果可打印。
5）报表管理：自动生成小时报表、日报表和月报表及用户所需的各类自定义报表。
6）报警功能：对现场取水异常情况进行实时报警，报警数据保存在数据库中，并生成报表供随时查询和打印。
7）数据设置和控制管理功能
各采集终端的数据发送时间间隔、保存时间间隔等可通过管理主机进行设置。
8）WEB服务功能：支持WEB功能，各查询工作站不需要安装组态软件，通过浏览器即可查询各数据及图表。
水资源费管理系统
收费单生成
欠费单生成

缴费作业
缴费查询
制表统计

（4） 水资源费征收管理平台

（1）收费单生成：根据取水许可确定的规模及水资源费征收标准，由系统自动生成水资源费收缴单。
（2）欠费单生成：分类整理水资源费拖欠的取水户，生成欠费单，加强征收工作。
（3）管理作业：将收缴的水资源费进行入库，查询收缴情况，统计和制表指定时段水资源费收缴、拖欠情况。
以上所有功能软件及图形显示报表和打印均以汉字输出为主。
3.2.3 市水资源系统管理平台
水资源信息管理系统的开发完全按照内容管理系统(CMS)的标准来建设，开发语言采用PHP，数据库采用MYSQL 5.0，运行环境包括APACHE 2.0, MYSQL 5.0, PHP 5.03。
系统分为核心系统(core)、组件(component)、模块(module)、界面模版(template)等，采用结构化的功能设计和界面布局设计。
核心系统有前台用户界面和后台管理界面，方便最终用户使用和系统管理员管理，实现用户管理、权限管理、多语言管理、组件管理、模块管理、界面模版管理、数据库备份和恢复等诸多系统管理功能，提供文章管理、首页管理、网站链接、在线调查、横幅广告等常用组件，提供菜单、登录框、计数器等常用模块。其后台管理界面采用类似于MIS系统的界面布局，有菜单、工具栏、按钮、状态栏等，界面简洁大方，风格统一，符合Windows用户的使用习惯。
组件相当于功能模块，在界面的中央主区域显示，通过管理后台灵活安装和卸装，支持第三方开发，非常便于系统扩展。水资源的实时数据等显示功能，就是基于组件来开发的。
模块是一个个界面显示区域，可显示在除中央主区域之外的任何界面区域，在界面的顶部、底部、左栏、右栏，还可以自定义显示位置，可通过管理后台灵活安装和卸装，还可动态创建基于html语言的简单模块，如友情连接、合作伙伴等。通过后台模块设置，可以定制出专业的前台用户界面布局，其机制简单，功能强大灵活！
界面模版用于动态显示页面标题和动态调入模块，以实现灵活的界面布局。
4、 系统安全性设计
XX市是雷电灾害比较多的地区，故系统的防雷设计就显得非常重要，这样增强了产品的室外生存能力，又能保证系统的正常运行。
防雷设计
雷电灾害主要有下面几个方面：直击雷和感应雷，感应雷又可分为静电感应、电磁感应和雷电电磁脉冲。
根据IEC－1312《雷电电磁脉冲与防护》防雷区的概念，建议按照IEC标准进行三级配合的保护，并选用世界第一品牌防雷产品——德国DEHN（盾牌）产品。具体配置如下：
a.电源第一级保护
其作用是防止直击雷击和较强的感应雷击，经过这级的保护，使雷击电流绝大部分对地泻流，保证后端设备不受过高的雷击电流的冲击，达到保护设备的目的。考虑到响应时间、防雷击能力等因素。建议选用德国DEHNport Maxi电源一级防雷器，最大防雷击能力100KA，10/350us波形測试，响应时间≤100ns（单相电源需用两只，三相电源需用四只进行保护，并联安装在总电源开关后端，并在避雷器前端加装空气开关或熔断器）；或选用DEHN VGA 280 电源 一、二级复合避雷器，最大防雷击能力100KA，8/80us波形測试，响应时间≤25ns（单相电源需用一只VGA 280/2，三相电源需用一只VGA 280/4进行保护，并联安装在总电源开关后端，并在避雷器前端加装空气开关或熔断器）。
b.电源第二级过压保护
其作用是为了降低残压和防止后端线路二次感应上雷电流，窜入设备，造成设备的损坏。第二级防雷器在防雷击能力上相对第一级防雷器要低一些，但响应时间及残压值仍较高，是作为机房电源防雷必不可少的防雷器。选用DEHNguard电源二级防雷保护器，防雷强度40KA，8/20us波形測试，响应时间≤25ns，残压1.5KV以下（单相电源需用2只，三相电源需用4只进行保护，并联安装在机房配电柜或分配电柜空开后端，并在避雷器前端加装空气开关或熔断器）。
电源退耦分压器
用于协调电源一、二级保护器之间的关系。电源第一级避雷器与第二级过压保护器之间相隔距离应大于5米，在不能达到此条件的情况下，必需在第一级与第二级之间串联退耦分压器，感应补充导体长度。
c.电源第三级保护
其作用是防止过压及浪涌电压，对重要精密设备的侵袭，如：服务器、交换机、HUB、摄像机等设备。此方案第三级防雷保护器选用DEHNrail 230浪涌吸收保护器，最大防雷击能力5KA，8/20us波形測试，响应时间≤25ns（单相电源需用一只DEHN rail 230 FML，三相电源需用一只DEHN rail 230 FML/3N进行保护，）。如下图：

PE 地线

L1
L2
L3
N
退耦分压器
DEHNbridge

PE 第一级避雷器 第二级过压保护器
地线 DEHNport Maxi DEHNguard

DEHN
Rail230
设备

5、 供电设计
供电设计分为信息管理中心XX市终端供电设计、现场采集、发送供电设计。
XX市终端供电——采用UPS不间断电源供电。
管道式电磁流量计——采用UPS不间断电源供电。
电能表——GPRS模块供电电源为就地取电（380VAC供电）
* 所有线缆采用屏蔽线
* 室外线缆均需穿管布线（钢管）

6、 其他
系统的安全性还有以下两方面的问题：
1）系统是否受到外界的侵入和破坏；
2）系统内部是否存在缺陷、会被有意或无意地破坏。
系统应当具有一定的防护能力，保护运行的安全、稳定和可靠。
A、对外界侵入的防护
系统具有远程访问功能和在内部通过计算机中心访问INTERNET国际互联网的功能，因此系统对外是开放的，系统的保护措施有以下几项：
1）系统的入网、进入办公系统都要分别登录，输入姓名、口令、识别身份。
2）一旦发现不明身份进入，立刻向计算机中心报警，系统管理员进行跟踪和采取保护措施。
3）经常变换口令和一些公共地址，并及时通知相关使用人员。
B、系统内部的安全保护
系统内部也存在安全性问题，如信息的保密、电子签名的可靠性、数据库的可靠性、病毒等，保护措施有以下几项：
1）建立全面的权限管理功能，严格限定每个人的入网权限，并且经常查看网上日记。
2）建立严密的口令/密码管理制度，密码的设定、更换、通知有专人管理，定期执行，密码生成算法严格管理。
3）文档签字可以实行手工签署和密码确认相互保证的方式，并且设定有效时间。
4）服务器采用冗余容错RAID5技术，避免数据丢失。
5）工作站采用定期刻写光盘备份方法，避免因媒体介质损坏而造成数据丢失。
6）网上工作站限制使用软盘，所有需要使用软件者一律到计算机中心检查和操作。
7）健全、完善规章制度。
7、 施工组织
考虑到项目涉及内容多，工作量大，所以要编制一个完善的、可行的施工计划和进度表，选择有相应资质的施工队伍施工，以确保工程质量。整个工程分四个阶段：前期设计、设备采购，设备安装阶段，调试阶段，竣工验收阶段。
7．1 工程进度计划
在规定工期内，由施工单位编制工程进度计划。并按计划实施工程施工。
7．2 系统竣工验收
由甲方组织验收小组，在收到施工单位（乙方）的验收申请后一周内遵照国家规定进行验收。验收步骤为：制定验收计划；审查验收文件；进行系统运行可靠性的评估。
各分项工作完成后，应严格按照有关质量标准、规程、规范进行交接试验、试运转，并做好签证验收记录，移交竣工文档资料，汇入工程技术档案，交档案部门存档备案。

8、 系统投资预算
8.1 编制参照依据
①水利部水建[1998]15号《水利水电工程设计概（估）算费用构成及计算标准》；
②电子工业部电子计（1996）211号文《电子工程建设概算编制办法和费用定额》；
③邮电部[1995]626号文发布的《通信建设工程预算定额》；
④省水利厅《省水利水电工程费用定额及概（预）算编制细则》（1999）；
⑤省水利厅《水利水电工程施工机械台班费定额》（1998）；
⑥省水利厅《省水利水电建筑工程预算定额》（1998）。

8.2 总预算

编号
项目名称
设备费（元）
安装费（元）
合计（元）
1
取水用户现场数据
采集、发送

2
信息管理终端

4
合计

8.3 现场数据采集、发送预算
序号
名称
型号
单位
数量
单价（元）
合价（元）
1
电子式智能电能表

台
40

2
GPRS采集远传
模块

台
40

3
三相电源闸刀
HD11-200/380
只
40

4
安装配件
铜鼻子、膨胀螺
丝、内部接线等
套
40

5
电源模块
380VAC/18VDC
只
40

6
电流互感器
LMZJ1-0.5 200/5
只
80

7
配电箱
600*700*180
只
40

8
管道式电磁流量计
LD200
台
10

9
电源开关

只
10

10
不锈钢防护箱
500*600*210
只
10

11
UPS不间断电源
山特1KS 15min
台
10

12
13
电源模块
220VAC/18VDC
只
10

13
安装配件

套
10

14
SIM卡
移动GPRS
张
50

15
改装用铜电缆
16mm²
米
700

25mm²
米
400

16
保险盒（丝）

只
120

设 备 费 小 计

17
安装、调试费

18
利润

19
税金

工程安装费小计

合计（设备费+工程安装费）

1.1. 8.4 信息管理（监控）中心网络终端预算
序号
名称
型号
单位
数量
单价（元）
合价（元）
1
操作电脑

台
2

2
笔记本电脑

台
1

3
UPS不间断电源
山特2KS 8h
台
1

4
超五类线

米
50

5
RJ45头

个
10

6
数据库软件

套
1

7
A4打印机
惠普
台
1

8
水资源信息管理系统软件集成

套
1

设备费小计

9
利润

10
税金

工程安装费小计

合计（设备费+工程安装费）