基于SCADA系统的供水管网模拟与综合管理系统开发

论文摘要

城市供水管网是支撑和保证城市经济发展和人民生活的重要基础设施。随着我国经济建设的迅速发展和城市规模的日益扩大,供水管网的规模在不断扩大,从而对供水管网管理的要求也相应提高。由于管网管理涉及的内容繁多、信息量大,因此,借助单一的软件系统,如GIS系统、SCADA系统等,难以满足管网全面监控和管理的实际需要。因此,利用计算机、借助管网模拟的管理手段,开发供水管网的综合管理集成软件,对其进行科学的规划、设计、运行及维护具有重要的理论意义和实用价值。本文依据相关软件系统设计原理,并结合当前先进的组件技术、数据库技术和管网建模技术,针对供水行业的需求和特点,建立了一套供水管网现代化管理平台的解决方案,即以管网模拟为管理手段、以管网SCADA系统为基础,结合管网水力计算、状态模拟、检漏检爆和爆管预警等方法,通过运用数据库技术、Delphi组件开发技术和Windows API函数,开发出了集管网静态与动态管理功能于一体的综合性应用软件,以期为实现城市供水管网的科学化、数字化和智能化管理奠定基础。基于SCADA系统的供水管网模拟与综合管理系统共包括3个子系统:即规划设计子系统、实时模拟与控制子系统和信息管理子系统,而每个子系统又分为若干个功能模块。本文主要从供水管网的研究背景和现状、系统开发的技术基础、系统需求分析、总体设计、各子系统的功能实现等几个方面,对整个系统进行了分析、设计和开发。(1)在详细分析了系统的业务需求与功能需求的基础上,提出了系统的实现目标与开发模式;该系统在整体上采用数据层、逻辑层和交互层的3层结构,并进一步划分为管网规划设计、实时模拟与控制和信息管理3大子系统;详细设计了系统的数据库结构,将整个数据库划分为5个子数据库,并对每个子数据库中的数据表的组成与结构进行了设计。(2)将规划设计子系统分为图形操作、水力计算、数据管理和文件操作4大功能模块;综合运用Delphi的组件开发技术、Windows API函数和数据库技术,完成了管网绘图与建模、水力计算、成果输出和数据管理等功能的开发。(3)分别利用坐标判断法、区域染色法、多边形面积法和深度优先搜索法,实现了管网衔接矩阵、环路信息、回路矩阵和管路矩阵的识别,为管网的计算、模拟奠定了基础;提出了基于压差相似系数法的测压点优化布置方法,以反映管网的水压分布状况,有利于优化调度的实现;利用变尺度法进行管网状态模拟模型的求解,并通过在不同规模管网的应用计算,对其进行了详细的精度分析;完成了启发式遗传算法的程序开发,实现了基于监测范围法的测流管优化布置。(4)利用Delphi的各种VCL组件,开发了实时模拟与控制子系统的主界面与各功能模块界面,根据管网各种模型的数学解法,利用GUI编程、Windows API函数、TTimer组件以及数据库访问技术,实现了管网测压点与测流管的动态优化布置、实时的状态模拟与显示、爆管实时诊断及预警等功能。(5)论述了信息管理子系统的功能要求与任务,将该子系统的逻辑结构分为人机接口层(系统总控)、应用层和信息支撑层,并从功能上将其划分为数据库管理、数据库操作和查询与统计3个功能模块,完成了对每一模块具体功能的设计与说明;利用通过ADO数据库访问技术和SQL语言,实现了数据库浏览、编辑、存储、动态的查询和统计等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 供水管网的理论研究现状
• 1.2.2 供水管网的相关软件开发现状
• 1.3 系统开发的技术基础
• 1.3.1 Delphi平台
• 1.3.2 数据库原理
• 1.3.3 SQL Server数据库
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 课题来源
• 2 供水管网模拟与综合管理系统的分析与设计
• 2.1 前言
• 2.2 系统分析
• 2.2.1 务需求分析
• 2.2.2 功能需求分析
• 2.2.3 实现目标
• 2.2.4 系统开发设计模式
• 2.3 系统设计
• 2.3.1 系统设计原则
• 2.3.2 系统开发模型
• 2.3.3 系统架构设计
• 2.3.4 系统数据库设计
• 2.4 小结
• 3 主界面的设计与开发
• 3.1 前言
• 3.2 主界面功能
• 3.3 主界面开发
• 3.3.1 主界面的设计思想
• 3.3.2 主界面的实现
• 3.4 小结
• 4 规划设计子系统的设计与开发
• 4.1 前言
• 4.2 系统分析
• 4.2.1 管网规划设计的目的和内容
• 4.2.2 管网规划设计的实际应用
• 4.3 系统设计
• 4.3.1 结构设计
• 4.3.2 功能设计
• 4.4 开发与实现
• 4.4.1 子系统主界面的开发
• 4.4.2 图形操作模块的开发
• 4.4.3 水力计算模块的开发
• 4.4.4 文件操作模块的开发
• 4.5 小结
• 5 实时模拟与控制子系统的设计与开发
• 5.1 前言
• 5.2 系统分析
• 5.2.1 管网实时模拟与控制的目的
• 5.2.2 管网实时模拟与控制的内容
• 5.3 系统设计
• 5.3.1 结构设计
• 5.3.2 功能设计
• 5.3.3 流程设计
• 5.4 管网模型与方法
• 5.4.1 测压点布置方法
• 5.4.2 测流管布置方法
• 5.4.3 状态模拟模型及其求解
• 5.4.4 爆管检测方法
• 5.5 功能开发与实现
• 5.5.1 子系统主界面的开发
• 5.5.2 管网载入模块的开发
• 5.5.3 状态模拟模块的开发
• 5.5.4 爆管检测模块的开发
• 5.6 小结
• 6 信息管理子系统的设计与开发
• 6.1 前言
• 6.2 分析与设计
• 6.2.1 供水管网信息管理的特征
• 6.2.2 子系统的总体结构
• 6.2.3 功能模块设计
• 6.3 开发与实现
• 6.3.1 子系统主界面
• 6.3.2 数据库管理
• 6.3.3 数据库操作
• 6.3.4 查询与统计
• 6.4 小结
• 7 供水管网模拟与综合管理系统的集成
• 7.1 前言
• 7.2 系统集成模式
• 7.3 系统集成思路
• 7.4 组成结构及其关系
• 7.4.1 集成系统的组成结构
• 7.4.2 各组成部分之间的运作关系
• 7.5 小结
• 8 结论与建议
• 8.1 结论
• 8.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 博士学习阶段发表的论文