城市下水道及化糞池可燃氣體監(jiān)控預警系統(tǒng)研制與應(yīng)用.pdf

1、為預防城市市政排水管道設(shè)施中可燃氣體蓄積引發(fā)的爆炸事故，提高市政環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測的可靠性和實時性，開發(fā)了城市下水道及化糞池可燃氣體安全監(jiān)控預警系統(tǒng)，并運用于重慶市。
　　 在重慶市市政委科技計劃項目“重慶市市政(下水道和化糞池)有害氣體安全監(jiān)測預警系統(tǒng)應(yīng)用研究(CJ2006-17)”的資助下，本研究設(shè)計了一種基于紅外傳感器技術(shù)和GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h程監(jiān)控預警系統(tǒng)。系統(tǒng)首先利用高靈敏度、性能穩(wěn)定的紅外可燃氣傳感器完成市政下水道和化

2、糞池設(shè)施中可燃沼氣濃度檢測，經(jīng)現(xiàn)場無線傳輸終端獲取傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，再通過GPRS無線通信技術(shù)發(fā)送給遠程監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控軟件的設(shè)計來實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域可燃氣體濃度的實時監(jiān)控和險情預報。通過在重慶市主城區(qū)市政下水道和化糞池的實踐應(yīng)用研究，監(jiān)測結(jié)果準確、傳輸數(shù)據(jù)可靠、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、報警響應(yīng)靈敏，能及時發(fā)現(xiàn)異常信息并作出預警指示。監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)了可燃氣體濃度的實時監(jiān)測和監(jiān)控預警功能，對保障市政污水管網(wǎng)設(shè)施的安全運行具有積極意義

3、和實用價值。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ①通過對重慶市城市下水道、化糞池存在的安全影響調(diào)查，論述了建設(shè)可燃氣濃度監(jiān)控預警系統(tǒng)的目的，并首次提出將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)運用于市政排水管道可燃氣體監(jiān)測。根據(jù)遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則，結(jié)合本系統(tǒng)的應(yīng)用目標和實現(xiàn)需求，從氣體檢測、設(shè)備選型、監(jiān)測區(qū)域設(shè)置和傳輸方式選擇進行論證，闡述了可燃氣監(jiān)控預警系統(tǒng)的整體框架。運用模塊化的設(shè)計思想將整個系統(tǒng)分成三個子系統(tǒng)：氣體濃度檢測系統(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)的組成和實現(xiàn)方案。
　　 ②論述了傳感器工作原理、基本特性和可燃氣體檢測實現(xiàn)方式，并根據(jù)設(shè)計要求及使用環(huán)境選定固定式紅外可燃氣傳感器。根據(jù)報警機制選定可燃氣最低爆炸下限作為濃度檢測指標，并確定了三級報警響應(yīng)級別；結(jié)合實際運行情況，分別確定了下水道和化糞池在不同報警級別下的濃度報警限值；通過現(xiàn)場測試確定了傳感器的安裝位置和現(xiàn)場設(shè)備安裝原則。在連續(xù)使用6個月后，按照國家標準對傳感器的示值誤差、響應(yīng)時間、報警誤差三項技

5、術(shù)指標進行檢定，各項檢測結(jié)果均滿足國家標準要求，傳感器工況穩(wěn)定，報警檢測結(jié)果準確。
　　 ③從GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端配置、無線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和傳輸、通信協(xié)議制定三個方面來完成數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計，從而實現(xiàn)可燃氣濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸。設(shè)計使用GPRS-DTU作為無線數(shù)據(jù)傳輸終端，選擇公網(wǎng)方式接入無線網(wǎng)絡(luò)，動態(tài)IP地址接入方式完成與監(jiān)控中心的“中心對多點”的組網(wǎng)連接方式，實現(xiàn)監(jiān)控中心與不同監(jiān)測終端之間的數(shù)據(jù)傳輸。對傳輸協(xié)議進行理論分

6、析與實驗測試，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)濟性和效率均得到優(yōu)化。通過數(shù)據(jù)校驗機制和通信協(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)玫綄崿F(xiàn)。
　　 ④論述了系統(tǒng)監(jiān)控中心功能設(shè)計和軟件實現(xiàn)過程。用模塊化的設(shè)計思想和多線程的編程技術(shù)，便于系統(tǒng)的維護管理；從數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建和監(jiān)控軟件實現(xiàn)來完成監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件設(shè)計。按照數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)服務(wù)軟件分開設(shè)計原則，優(yōu)化了系統(tǒng)的可擴展性，通過組態(tài)軟件生成數(shù)據(jù)庫，利用數(shù)據(jù)服

7、務(wù)軟件調(diào)用數(shù)據(jù)庫，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)內(nèi)容實現(xiàn)報警、查詢功能；通過監(jiān)控軟件進行直觀的濃度顯示、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)庫查詢和遠程參數(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)”機制，從理論和數(shù)據(jù)傳輸試驗兩方面論證該機制在一定程度上增強了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。對系統(tǒng)運行性能分析以及一年多的試運行測試，驗證了系統(tǒng)的精確性和穩(wěn)定性；監(jiān)測結(jié)果較好地反映出不同區(qū)域內(nèi)可燃氣濃度隨季節(jié)、時間、排污情況不同而產(chǎn)生的變化；通過

8、化糞池可燃氣產(chǎn)生與污水排放情況和污染物濃度之間的相關(guān)性分析，研究了可燃氣產(chǎn)生與排污活動之間的變化規(guī)律。依托本監(jiān)控預警系統(tǒng)在重慶市的應(yīng)用實踐表明，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行市政下水道和化糞池可燃氣體的遠程監(jiān)測和安全預警是可行的，系統(tǒng)有效表征監(jiān)測設(shè)施內(nèi)可燃氣變化情況，預警預報準確有效，達到監(jiān)控預警的建設(shè)目的。
　　 ⑥在對可燃氣體安全監(jiān)控預警系統(tǒng)的體系構(gòu)建，實際運行測試以及實現(xiàn)目的的基礎(chǔ)上，提出了下水道及化糞池可燃氣體安全監(jiān)控預警系