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

1、為預防城市市政排水管道設施中可燃氣體蓄積引發(fā)的爆炸事故，提高市政環(huán)境應急監(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)應用研究(CJ2006-17)”的資助下，本研究設計了一種基于紅外傳感器技術和GPRS無線數據傳輸的遠程監(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、糞池設施中可燃沼氣濃度檢測，經現場無線傳輸終端獲取傳感器監(jiān)測數據，再通過GPRS無線通信技術發(fā)送給遠程監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過數據庫和監(jiān)控軟件的設計來實現對監(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用研究，監(jiān)測結果準確、傳輸數據可靠、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、報警響應靈敏，能及時發(fā)現異常信息并作出預警指示。監(jiān)控系統(tǒng)的建設實現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設施的安全運行具有積極意義

3、和實用價值。主要研究內容包括：
　　 ①通過對重慶市城市下水道、化糞池存在的安全影響調查，論述了建設可燃氣濃度監(jiān)控預警系統(tǒng)的目的，并首次提出將無線傳感器網絡技術運用于市政排水管道可燃氣體監(jiān)測。根據遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計原則，結合本系統(tǒng)的應用目標和實現需求，從氣體檢測、設備選型、監(jiān)測區(qū)域設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)、數據傳輸系統(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方式，并根據設計要求及使用環(huán)境選定固定式紅外可燃氣傳感器。根據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級別；結合實際運行情況，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；通過現場測試確定了傳感器的安裝位置和現場設備安裝原則。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、響應時間、報警誤差三項技

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

6、析與實驗測試，選擇UDP協議作為本系統(tǒng)的數據傳輸協議，使數據傳輸的經濟性和效率均得到優(yōu)化。通過數據校驗機制和通信協議設置，提高通信數據的正確性，也使得數據的雙向傳輸得到實現。
　　 ④論述了系統(tǒng)監(jiān)控中心功能設計和軟件實現過程。用模塊化的設計思想和多線程的編程技術，便于系統(tǒng)的維護管理；從數據庫創(chuàng)建和監(jiān)控軟件實現來完成監(jiān)控中心系統(tǒng)軟件設計。按照數據庫與數據服務軟件分開設計原則，優(yōu)化了系統(tǒng)的可擴展性，通過組態(tài)軟件生成數據庫，利用數據服

7、務軟件調用數據庫，然后根據數據庫數據內容實現報警、查詢功能；通過監(jiān)控軟件進行直觀的濃度顯示、歷史數據統(tǒng)計、數據庫查詢和遠程參數設置等操作。
　　 ⑤為提高系統(tǒng)的數據傳輸成功率，提出“丟包重發(fā)”機制，從理論和數據傳輸試驗兩方面論證該機制在一定程度上增強了數據傳輸的穩(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)測結果較好地反映出不同區(qū)域內可燃氣濃度隨季節(jié)、時間、排污情況不同而產生的變化；通過

8、化糞池可燃氣產生與污水排放情況和污染物濃度之間的相關性分析，研究了可燃氣產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)在重慶市的應用實踐表明，利用無線傳感器網絡技術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)測設施內可燃氣變化情況，預警預報準確有效，達到監(jiān)控預警的建設目的。
　　 ⑥在對可燃氣體安全監(jiān)控預警系統(tǒng)的體系構建，實際運行測試以及實現目的的基礎上，提出了下水道及化糞池可燃氣體安全監(jiān)控預警系