智能水表多场景应用综合测试评估研究

水表是城市供水系统的核心计量设备和信息数据源,对于提高精细化管理水平,缩小产销差至关重要。通过试验比较了机械式水表和智能水表的计量精度,从数据精确度、数据上传率和电池续航力等方面对智能水表性能进行综合测评,结合智能水表在分区计量、水费自动结算、漏损预警、老年人居家安全监测等多场景应用实例,展示了智能水表在智慧水务建设中的推广应用价值。在低流量范围,智能水表的计量精度明显优于机械水表;智能水表以其高精度计量、实时数据传输和智能化管理等特点,更符合超大型城市漏损控制智慧数据监测的应用趋势。

考虑压力均匀性的供水管网独立计量区域(DMA)分区优化研究

独立计量区域(district meteredareas,DMAs)是实现城市供水管网压力管理与漏损控制的重要手段。现有的DMA分区算法无法在分区时保障分区内部的压力均衡。为解决这一问题,本文提出一种基于迭代求解DMA分区方法,在保证分区均匀性的同时,实现分区内部压力均衡。该方法提出融合节点压力分布的节点相似矩阵,建立分区合理性评价指标,用于确定独立计量区域划分方案;在隔离阶段采用改进的多目标遗传算法,对边界管段开展隔离阀与流量计的优化布置;最后通过对上述2个过程进行循环迭代,确保最终分区方案的压力均衡。通过对实例管网的分区研究,验证改进方法的有效性和可行性。

基于CAE的智能水表盖注塑模具设计

结合智能水表复杂结构特征,基于CAE软件对其进行注塑模具设计。通过Moldflow模流分析确定最佳的浇口位置,设计了浇注系统和冷却系统,并通过冷却+填充+保压+翘曲分析验证浇注系统和冷却系统设计的合理性;针对复杂结构特征,基于UG,通过设计斜顶+推杆机构实现侧凹成型,通过设计直顶+斜顶机构实现侧孔成型,通过设计滑块+弹簧的侧向抽芯机构实现侧凸成型。模具结构合理,动作可靠,可为同类设计提供参考。

温度对投入式水位计测量精度的影响研究

小沙湾水厂是黄河地表水给水工程的重要组成部分,是准能集团的重要水源地,而精准的水位数据对泵站取水工作有较大的影响。以浮子式水位计示值为参照,设计了投入式水位计示值的对比试验,对影响传感器精度的主要因素之一温度进行了研究,总结了温度与示值误差之间的关系。结果发现,在10~18℃时,水温对传感器精度影响很小;在18~25℃时,水温越高传感器精度越低;在26~30℃时,传感器精度随温度升高而升高。

供水管网漏损控制方法与应用成效分析

随着经济社会发展,城镇化进程加快,水资源供需矛盾短缺日趋严重,而城市供水管网漏损,是目前困扰节水的难题之一,供水管网漏损控制已成为“十四五”城市供水行业的重点工作之一。文章简要介绍了供水管网漏损的原因和主要控制方法。重点结合水司自身特点,分析了实际工程应用成效,主要包括:推进独立计量区(DMA)进行的夜间最小流量监控;开展日常巡检及周期性检漏;定期开展水表轮换;改造老旧管网;布设管网压力监测点;加装水池水箱远程监控。而通过各种不同控制手段的结合使用,有效地控制了管网漏损,2023年综合漏损率降低为10%,研究成果以期为各水司供水管网的漏损控制提供指导和借鉴。

基于改进YOLOv5s的指针式水表读数检测

针对光照不均匀和水表表盘雾化的指针式水表在读数检测时出现漏检、误检等问题,提出一种基于改进YOLOv5s的指针式水表读数检测方法。首先,采用Mosaic、Mixup等数据增强方法,提高模型的泛化能力;其次,引入加权双向特征金字塔网络(bilateral feature pyramid network, BiFPN)实现更高层次的特征融合使得水表图像的深层特征图和浅层特征图充分融合,提高网络的表达能力;然后,嵌入卷积注意力机制(convolutional block attention module, CBAM),在通道和空间双重维度上强化指针式水表子表盘示数特征;最后将完全交并比损失函数(complete intersection over union loss, CIoU-Loss)替换为SIoU_Loss(scylla intersection over union loss),提升边界框的回归精度。改进算法的mAP@0.5达到97.8%,比YOLOv5s原始网络提升了3.2%。实验结果表明:该算法能有效提高指针式水表的读数检测精度。

低含水油水两相流等效介电常数模型

电容法测油水两相流含水率在油田的地面油水计量及井中的产出剖面分层测试中都得到广泛应用。持水率(水相体积分数)的测量需要建立油水两相流持水率与传感器电容的关系,为此需要建立混相等效介电常数与持水率的理论模型或经验模型。由于油井采出的地层水以及地面实验室标定所用的自来水在低频和中频时均具有良好导电性,因此,单纯考虑介电性而不考虑导电性会对持水率测量的准确性产生显著影响。基于电介质极化的有效电场理论,在低含水且油水状态为精细泡状流条件下,将水视为良导体,建立了油水两相流等效介电常数模型。按此模型,油水两相流的等效介电常数只取决于持水率和油相介电常数,与水相介电常数以及水相电导率无关,初步实验验证了模型正确。该研究对于油为连续相时油水两相流的含水率传感器的设计和现场应用具有重要意义。

水表检定的台位差和表位差现象分析

根据测量理论,由于真值不可得,测量误差是不可消除的,两组测量结果之间存在差异不可避免。水表检定过程中产生台位差和表位差是不可避免的,台位差和表位差主要是两组不同测量所对应的测量设备、测量方法以及各种显性的和隐性的测量条件存在一定的差异所致。分析台位差和表位差是否具有显著性,需要确定一个合理的用于判定测量结果一致性的准则,然后再根据实验过程来分析查找导致不合理偏差产生的原因。当测量结果比较表明存在显著的台位差或表位差时,应结合经验进行具体的成因分析,并采取措施加以消除。

基于深度学习的水管式沉降仪数据采集方法

传统水管式沉降仪主要通过压力传感器来测量水位进而计算坝体内部沉降量,其存在测量稳定性差的问题。针对此弊端,提出一种基于深度学习的水管式沉降仪数据采集方法,包含特制水尺及相应算法。通过摄像机从上至下分段拍摄特制水尺并筛选出水位所在图像;采用二维码标识对图像进行角度校正并切割出水尺及测量管区域,同时读取厘米级水位坐标;基于UNet搭建图像抠图模型精确分割测量管中水位;最后结合水位线坐标,采用YOLOv5模型识别标尺毫米级坐标。试验结果表明,该技术环境适应性强,测量结果与人工读值相比,其误差均小于0.3 mm,满足实际工程的需要。

相关式油井液相计量系统研究与设计

针对现有油井计量方式自动化程度低,误差较大等问题,利用同轴线相位法含水率计设计了一种相关式油井液相计量系统,该系统以同轴线相位法含水率计为传感器构建了相关流量计,基于互相关法建立了计量模型,实现了流量与含水率的同步测量。通过对不同情况下上、下游含水率计信号的分析可知,两路信号之间具有相关性,满足相关流量计的使用条件。该系统在现场试验的测量结果与涡轮流量计相比,平均误差为11.36%。试验结果证明了相关式油井液相计量系统在实际应用中的可行性。

致密气井筒热流耦合高压气水两相温度场动态特性

分析井筒气水两相管流温度的动态分布对保障致密气井连续稳定安全开采和实现智能计产具有重要意义。综合井筒流体、油管、环空、套管、水泥环和地层之间热流耦合传热,将井筒流体的焓、焦耳-汤姆逊系数、温度梯度、传热速率等热力学和两相流动力学进行统一,提出适用于致密气井筒气水两相流态温度场分布预测方法,从而通过数值模拟和井场测试更全面和准确地分析致密气井筒温度分布随产量、管径、地层温度、导热率等动态变化情况。结果表明:在气水两相流热耦合作用下,提高致密气井产量、缩小油管内径、提升地层温度和降低地温梯度会增大井筒内单位质量流体承载的热量,并有助于井筒保温和有效抑制水合物的生成,且深井处井底温度的影响较大;改变油管、环空和套管以及水泥环导热率会影响井筒传热系统的总热阻、松弛距离与无因次时间,并改变井筒整体温度的分布;与产量和地层温度相比,总传热系数对井筒温度的影响较小。

多姿态安装对水表流量性能的影响

流量特性是衡量水表性能的主要指标之一,为探究多流束旋翼式水表在不同安装姿态下产生的流量误差,利用多姿态冷水水表检定装置进行了计量误差试验,得出了水表安装成流动方向为自上而下的垂直方向时,水表流量性能最差,在水表安装成流动轴线处于垂直和水平方向之间的一个中间角度与水表安装成流动方向为自下而上的垂直方向相比,水表流量性能较好,将水表水平安装时,性能最好的结论。在通过Fluent软件的动网格加6DOF方法做了水表的流场仿真,估算出在试验中不同安装姿态在3个流量点情况下的摩擦阻力矩,依据摩擦阻力矩得到仿真误差,与试验误差进行对比分析,证实这些摩擦阻力矩是符合预期且可靠的。

基于LabVIEW的油井多相流相关流量计量系统

油井产量计量是油田开发过程中的一项重要工作。针对当前计量方式自动化程度低、实时性差等问题,基于相关流量计理论,以同轴线相位法含水率计为测量传感器,设计了一种油井多相流相关流量计量系统,并基于LabVIEW建立了数据采集计量系统,实现了流量的实时计算。通过开展生产现场试验,该系统的测量结果与涡轮流量计相比,平均误差为11.36%,且流量的变化趋势一致,表明本文提出的油井多相流相关流量计量系统能够对油井产出液进行正确、连续、自动测量,从而为油井多相流计量提供一种新的解决方案。

悬锤式水位计零值误差检定方法研究与应用

地下水水位自动监测仪器需要定期通过人工测量地下水水位埋深的方法进行比测校准,悬锤式水位计是最常用的人工测量仪器,可用于比测校准,故悬锤式水位计测量准确性会直接影响自动监测仪器测量数据的准确性。通过研究悬锤式水位计的结构组成与工作原理,分析导致测量误差的影响因素,提出1种基于稳定测量液面的悬锤式水位计零值误差检定方法,并对基于该方法研制的检定装置进行试验验证。试验结果表明:本检定方法相较于用游标卡尺检定更符合悬锤式水位计的实际应用场景,装置的测量结果不确定度满足悬锤式水位计零值误差的检定校准要求,将有效提升悬锤式水位计零值误差检定校准的适用性和准确性,为悬锤式水位计零值误差的检定和校准提供较新的方法与手段,具有很好的实用性。

基于工艺设计的无线远传水表自动化装配设备研制

传统水表制造由人工装配完成,存在生产周期长、生产效率低、生产费用高等问题。分析了水表的结构组成和各零件之间的相互配合,以国内主流的无线远传水表为例,设计了一款由6个设备组成的自动化装配生产线。完成了生产线的整体布局和物料在各个设备之间的流转,经过现场安装和运行调试,实现了自动化生产装配线的可靠稳定运行。有效提高了生产效率和装配精度,适应企业产业升级的需求,为自动化生产装配线提供了设计新思路,具有实际借鉴意义。

华北平原城市供水漏损控制策略案例

华北平原城市普遍存在水资源短缺问题,成为制约城市发展的重要因素,城市公共供水管网漏损控制是城市节水的重要内容。研究以A市为例开展华北平原城市供水漏损控制策略案例研究,提出了一套基于供水水量平衡分析与漏损控制潜力预测的漏损控制目标制定方法,并结合华北平原城市供水系统特点制定一套漏损控制系统方案,并重点介绍了A市分区计量管理建设与运维方案。研究结果表明,华北平原城市可从摸清家底、更新设施、调控压力、提升计量、引智赋能、完善机制6个方面开展城市公共供水管网漏损控制工作,对于以小区管网漏损为主的城市应采取自下而上的分区计量建设路线,并完善分区计量平台、建立管理体制、规范工作流程。研究可为同类城市开展城市公共供水管网漏损控制工作提供指导。

基于机器视觉的机械水表读数识别系统设计与实现

目前,机械式水表检定装置仍然大多依靠人工操作进行检定,存在检定过程耗时长、人力成本高、效率低下的问题。为了提高机械式水表检定的效率,设计了一种基于机器视觉的机械水表读数识别系统。该系统通过读取实时视频流获取机械式水表的图片,采用卷积神经网络构建水表读数识别系统。该系统根据视频流获取的水表图片,识别出机械式水表上的读数。最后,实验验证了所提出系统的有效性。

一种质量法和活塞法耦合式水表自动检定装置设计

为解决容积法、质量法检定装置在小流量点检定效率和准确度较低及活塞法检定装置只适合小流量点检定的问题,提出一种质量法和活塞法耦合式水表自动检定装置,使用双计量标准器,并采用流量时间法或换向法进行检定。结果表明:该装置可自动采集水表体积示值和流经水表的实际体积、计算被检水表示值误差,且准确度等级达0.2级,可串联同时检定多台同规格水表,提高了检定效率和准确性。

智能水表全寿命期应用管理关键问题研究

水表是供水计量的基本器具,加快智能水表应用是供水行业当前的重要任务。围绕智能水表全寿命期性能可靠及结算公平等需求,研究了智能水表应用管理中的防冻、在线校准、计量争议处置等关键问题。寒潮冰冻会导致水表损坏及计量失准,需结合地区特点提升水表抗冻性能;采用外夹式超声波流量计为标准表可有效实现大口径电子式水表的在线校准,给出了校准操作的相关建议;用户对水量计量争议关心的重点是处置程序和费用退补的公平性,介绍了水表计量争议处置和水量计量差错退补核算方法。

NB-IoT和eMTC远程无线物联网通信开发应用

探讨物联网(Internet of Things,IoT)领域的两大关键技术,即窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)和增强型机器类型通信(enhanced Machine-Type Communication,eMTC),分析它们在不同应用场景下的实际应用和面临的挑战。详细介绍基于NB-IoT的智慧水表系统和基于eMTC的车辆跟踪系统的设计与实现,展示这些系统在提高城市管理效率、物流监控等方面的积极作用。针对网络覆盖与信号质量、数据安全与隐私保护、功耗与续航等关键技术挑战,提出相应的解决方案。最后总结NB-IoT和eMTC的广阔应用前景和市场潜力,并对未来技术发展和应用趋势进行展望。