1 應(yīng)用背景

2016年唐山市承辦世界園藝博覽會(huì)，為提高城市整體環(huán)境質(zhì)量，市政府決定新增150輛灑水車用于道路灑水及園林綠化，加上原有霧霾治理噴灑車與其它綠化企業(yè)灑水車，唐山市區(qū)內(nèi)工作的灑水車輛每日可達(dá)到500輛。數(shù)量如此多的灑水車輛給取水管理增加了難度，如果建立統(tǒng)一的取水站，會(huì)投入很大的建設(shè)成本，灑水車排隊(duì)取水也會(huì)對(duì)交通及市容造成一定的影響，且不利于車輛的連續(xù)作業(yè)。

以往，灑水車均在馬路邊的消火栓上取水，這樣無形中縮短了消火栓的使用壽命。消火栓的主要功能是為消防車提供補(bǔ)給水，為消防部門迅速、高效地完成滅火工作發(fā)揮著極其重要的作用?；馂?zāi)來臨時(shí)，消火栓不好用甚至不能用，會(huì)給消防部門的滅火工作造成極大的影響，可能導(dǎo)致錯(cuò)過滅火最佳時(shí)機(jī)，造成人民生命、財(cái)產(chǎn)的重大損失。同時(shí)，灑水車無序取水，也造成了取水量無法計(jì)量，自來水公司沒有具體數(shù)據(jù)征收水費(fèi)的尷尬局面。

消防用水屬于公益水，而在許多商戶及個(gè)人眼中，消火栓的水就是“不要錢的水”。偷接消火栓、私用公益水現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅會(huì)造成大量的水資源流失，還會(huì)降低消防管道水壓，給公共安全帶來隱患。由于消火栓分布地域較廣，管理執(zhí)法人員不能及時(shí)監(jiān)管所有消火栓，即使被盜用，執(zhí)法人員也很難取證，導(dǎo)致違法人員逍遙法外。

基于以上背景，唐山市自來水公司對(duì)消火栓的管理提出了新模式，并聯(lián)合相關(guān)研究中心研發(fā)了2款新產(chǎn)品：

（1）DATA–6241刷卡計(jì)量取水裝置。自來水公司新增了專用取水栓且通體刷成綠色，與紅色的消火栓區(qū)別開來，在取水栓頂部安裝DATA–6241刷卡計(jì)量取水裝置，取水車輛只有通過刷IC卡才能開閥取水。

（2）DATA–6242消火栓防盜水報(bào)警裝置。在紅色消火栓的出水口安裝DATA–6242消火栓防盜水報(bào)警裝置，自動(dòng)監(jiān)控消火栓用水狀態(tài)。

以上2款產(chǎn)品（見圖1）均已申請(qǐng)了發(fā)明專利，目前正在受理中。

2 刷卡計(jì)量取水栓監(jiān)管系統(tǒng)

專用取水栓由消火栓改造而成：① 在閥桿上加裝電動(dòng)鎖止裝置（裝置利用棘輪、棘爪原理控制閥桿的旋轉(zhuǎn)，并具有開關(guān)狀態(tài)反饋功能）；② 使用DATA–6241替換原有頂部蓋帽，使用電纜與電動(dòng)鎖止裝置連接。

改造好的取水栓具備IC卡識(shí)別和刷卡解鎖功能，取水人員需使用專用IC卡解鎖后，才能開閥取水。取水時(shí)，井下計(jì)量設(shè)備自動(dòng)計(jì)量取水量。

取水栓一般安裝在馬路邊，現(xiàn)場(chǎng)取電、布線很麻煩，電子設(shè)備露天使用還要防水、防潮。因此，DATA–6241采用微功耗工作模式，定時(shí)采集和傳輸數(shù)據(jù)，閑時(shí)休眠，忙時(shí)喚醒。產(chǎn)品內(nèi)置4節(jié)大容量鋰電池（14AH），能夠保證10000次的取水動(dòng)作正常運(yùn)行。設(shè)備自動(dòng)采集電池電壓，電壓過低時(shí)自動(dòng)報(bào)警。

DATA–6241采用上下兩層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上層內(nèi)安裝PCB電路板及鋰電池，采用2道硅膠密封圈及多個(gè)不銹鋼螺釘緊固，防水等級(jí)達(dá)到IP68；下層采取遮罩式設(shè)計(jì)，用來保護(hù)電動(dòng)鎖止裝置，電動(dòng)鎖止裝置經(jīng)試驗(yàn)可在水中可靠工作，完全適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境。同時(shí)DATA–6241集成了GPRS、433M和藍(lán)牙3種無線通信功能，充分利用各種網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)構(gòu)成成套系統(tǒng)，并采用了獨(dú)特的防水設(shè)計(jì)，防護(hù)等級(jí)達(dá)到了IP68。

GPRS具備遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸功能，可將現(xiàn)場(chǎng)多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)管中心；433M具備中距離數(shù)據(jù)傳輸功能，不產(chǎn)生通訊費(fèi)用，通過它可采集井下計(jì)量設(shè)備的數(shù)據(jù)，避免了布線的麻煩；藍(lán)牙具備短距離傳輸功能，傳輸速度快，通過手機(jī)APP可對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)維護(hù)。

在每個(gè)取水栓旁的閥門井內(nèi)安裝計(jì)量裝置（水表或流量計(jì)）和壓力變送器。 計(jì)量裝置用來計(jì)量取水戶的單次取水量以及取水栓的瞬時(shí)、累計(jì)流量。壓力變送器用來采集管道壓力數(shù)據(jù)，它可以檢測(cè)管道是否有水以及水壓的大小，用以確定取水栓是否可以正常使用。計(jì)量裝置和壓力變送器都具備傳輸接口，能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的4~20mA、RS485、脈沖等信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。閥門井內(nèi)另需安裝一臺(tái)IP68防護(hù)等級(jí)的RTU設(shè)備，即 DATA–7601微功耗采集終端。該設(shè)備具備多種變送器信號(hào)采集接口，還具備433M無線傳輸功能，能夠與井上的DATA–6241刷卡計(jì)量取水裝置進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。

使用流程： 灑水車取水時(shí)，取水人員先將車上取水帶連接至取水栓出水口，將IC卡置于取水栓的刷卡區(qū)內(nèi)，這時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)驗(yàn)證IC卡芯片中的身份信息，身份合法則自動(dòng)打開電動(dòng)鎖止裝置，并通知井下DATA–7601微功耗采集終端準(zhǔn)備采集數(shù)據(jù)。此時(shí)取水人員可使用專用開閥扳手打開取水栓閥門給車輛加水。電動(dòng)鎖止裝置延時(shí)若干秒（可設(shè)置）后自動(dòng)上鎖，但不影響取水栓的關(guān)閉，為下一次刷卡取水做好準(zhǔn)備。取完水后，取水人員用扳手關(guān)閉取水閥門。井下DATA–7601微功耗采集終端檢測(cè)井下計(jì)量裝置沒有瞬時(shí)流量后，將此次用水?dāng)?shù)據(jù)傳輸至DATA–6241刷卡計(jì)量取水裝置，DATA–6241再通過GPRS遠(yuǎn)程傳輸至數(shù)據(jù)監(jiān)管中心，至此完成一次取水作業(yè)。刷卡計(jì)量取水栓監(jiān)管系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D2。

3 消火栓報(bào)警監(jiān)管系統(tǒng)

常用消火栓有3個(gè)出水口，1個(gè)100mm口徑、2個(gè)65mm口徑，每個(gè)出水口均安裝一個(gè)悶蓋。悶蓋是一個(gè)附屬裝置，起到了封堵出水口的作用，只要密封效果達(dá)到原有悶蓋的標(biāo)準(zhǔn)，更換它不會(huì)影響消火栓的正常使用。因此，DATA–6242消火栓防盜水報(bào)警裝置的外形就設(shè)計(jì)成一個(gè)消火栓悶蓋形狀，通過替代消火栓原有悶蓋，可實(shí)現(xiàn)消火栓用水報(bào)警功能，而且不改變消防部門的使用功能。

消火栓防盜水報(bào)警裝置內(nèi)部集成了微功耗電子電路和2節(jié)大容量鋰電池，同時(shí)具備GPRS、藍(lán)牙、433M無線通信功能，并且產(chǎn)品的防護(hù)等級(jí)同樣做到了IP68。消火栓正常工作時(shí)，不管是正常取水還是非法用水，用戶從哪個(gè)出水口取水，消火栓報(bào)警裝置均可以檢測(cè)到，并自動(dòng)向數(shù)據(jù)監(jiān)管中心報(bào)警。

工作原理：①當(dāng)有人在100mm出水口用水，在擰動(dòng)消火栓防盜水報(bào)警裝置時(shí)，裝置中的傾斜開關(guān)發(fā)生位置偏離并導(dǎo)通，觸發(fā)消火栓防盜水報(bào)警裝置，并將報(bào)警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)監(jiān)管中心，實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警；②當(dāng)有人在65mm出水口用水時(shí)，出水后消火栓內(nèi)的水壓觸發(fā)消火栓防盜水報(bào)警裝置內(nèi)的微動(dòng)開關(guān)閉合，同樣使該裝置將報(bào)警信息遠(yuǎn)傳至數(shù)據(jù)監(jiān)管中心；③消火栓防盜水報(bào)警裝置還可以配合井下DATA–7601微功耗采集終端，采集消防管道壓力，壓力不足時(shí)及時(shí)報(bào)警，保證消火栓的正常使用。消火栓報(bào)警監(jiān)管系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D3。

4 消火栓相關(guān)產(chǎn)品監(jiān)管平臺(tái)

由于取水栓與消火栓的水源均來自消防管道，為便于統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)應(yīng)該包括以上兩個(gè)系統(tǒng)，只有將兩個(gè)系統(tǒng)結(jié)合到一起，才能實(shí)現(xiàn)完全監(jiān)管消防管道及相關(guān)設(shè)施的目標(biāo)。

該系統(tǒng)將數(shù)量眾多、分布分散的取水栓和消火栓通過GPRS網(wǎng)絡(luò)鏈接起來，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。

管理人員在監(jiān)管平臺(tái)上通過地圖或列表，可實(shí)時(shí)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)所有取水栓和消火栓的用水情況，能夠看到：哪個(gè)用戶幾點(diǎn)幾時(shí)在哪個(gè)取水栓取了多少水、是否有用戶非法開取水栓取水；哪個(gè)消火栓在用水，通過與消防部門結(jié)合確認(rèn)是真實(shí)火警還是有不法人員在偷水；消防管道整體的壓力情況，哪條管道壓力過高或過低等情況，以便于及時(shí)采取措施。

監(jiān)管平臺(tái)將詳細(xì)監(jiān)管數(shù)據(jù)自動(dòng)保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，便于自來水公司隨時(shí)查詢消防管道用水信息，并方便與取水用戶進(jìn)行費(fèi)用結(jié)算。平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟妶D4。

5 應(yīng)用效果

唐山自來水公司在唐山市區(qū)范圍內(nèi)一共安裝取水栓40個(gè)，并計(jì)劃將市區(qū)內(nèi)所有消火栓都安裝防盜水報(bào)警裝置。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)均報(bào)送至唐山自來水監(jiān)管平臺(tái)上，這樣就能統(tǒng)一管理所有的取水栓和消火栓，完全實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)測(cè)各取水單位的取水量、有效監(jiān)控取水栓和消火栓使用狀態(tài)、及時(shí)甄別消防用水和非法盜水情況。