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地熱井遠程監控系統 


1系統概述
地熱資源作為一種替代能源在環境和經濟上的優勢,在我國20世紀中葉開始較大規模的開發和利用。地熱能的利用可分為地熱發電和直接利用兩大類例如利用溫泉沐浴、醫療,利用地下熱水取暖、建造農作物溫室等。
然而相對于大規模的開發和利用,在地熱資源信息管理方面,大多還是傳統的管理方式,信息反饋不靈,管理自動化和信息化程度較低。因此,需建立全面的地熱資源管理系統和資源信息網絡,在地熱資源的開發、利用、配置、節約和保護的綜合管理任務中,才能科學規劃與指導,保證地熱資源的可持續開發與利用。
為此,我們研究了大量國際地熱資源管理的成功經驗,參考國內外水利專家的先進理論,結合自己成熟的流量計量控制系統、水位水溫監測系統、遠程采集傳輸系統,推出了地熱井資源遠程監測管理系統,它以通訊技術、計算機網絡技術、地理信息系統自動采集監測技術、傳感器技術等高新技術為支持,建立一定區域范圍內地熱資源包括開采水量、水位、水溫等信息的監測和管理的網絡體系,以計量、水位、水溫等基礎設施為基礎,通信系統為保障,計算機網絡系統為依托,綜合管理系統為核心,遠程控制為手段的監測與管理系統,對地熱資源信息進行實時監測和分析,突出地熱水資源保護的重要性,實現信息采集自動化、傳輸網絡化、管理數字化、決策科學化,真正實現了對地熱資源的高效利用和科學化管理。
該系統總體結構可分為地熱資源信息監測與傳輸系統和綜合管理系統兩大部分,共五個層次。地熱資源信息監測與傳輸系統由無線網絡通訊、數據采集層組成,該層由多個監測子站組成,采集設備對監測子站的計量儀表進行實時監測和數據采集,通過INTER網和GPRS/GSM無線通訊網絡,對開采水量及其引起的水位、水溫的變化及環境影響實行有效監測。并將其信息上報到綜合管理系統,既系統管理中心,并響應中心下達的各項指令,在監測管理中心進行存儲、顯示和打印輸出,為管理部門提供及時、準確的數據信息。綜合管理系統由信息支撐層,基礎平臺層、系統應用層、系統總控層組成,該系統將GIS應用于地熱井資源管理和分析,實現了信息的快速檢索查詢,為信息共享創造了便利條件。管理系統完成整個遠程監測系統的各項管理功能。
2、         地熱井遠程監測管理系統總體設計
總體結構可分為水資源信息監測與傳輸系統和綜合管理系統兩大部分,共五個層次。水資源信息監測與傳輸系統由無線網絡通訊、數據采集層組成,綜合管理系統由信息支撐層,基礎平臺層、系統應用層、系統總控層組成。以成熟完善的SQLserver數據庫為數據信息平臺層。由功能強大、運行穩定的應用服務器和GIS應用服務器硬件構建基礎平臺層。
在上述三層平臺基礎上運行的綜合管理系統軟件是基于WINDOWS平臺,使用先進的可視化開發工具并根據水資源管理實際需求定制開發的一套功能全面,運行可靠的管理軟件,構成了系統的應用層和總控層。
3.數據采集及網絡通訊層
該層擔負著地熱資源信息的采集、傳輸和網絡服務,分為四個部分:
l       前端設備:包括計量、水位、水溫傳感器等設備
l       水資源測控終端
l       GPRS通訊傳輸網絡
l       計算機網絡
3.1前端設備:計量設備、水位、水溫傳感器等
3.1.1計量設備
目前,市場上的流量計品種繁多,應用場合不同。地熱水的化學成分復雜,溶解其中的礦物質含量較高,且溫度較高。針對地熱水的特點,可選用管段超聲流量計等流量計。在傳感器選擇上應選用陶瓷傳感器,耐腐蝕、不易結垢,特別適于高溫、高腐蝕性的液體。在流量計的供電方式上,可選用電池供電方式,具有功耗低,電池使用壽命長、現場安裝接線方便等特點,特別對防止人為切斷設備供電電源造成的計量設備不計量的問題,是較好的解決方案。
3.1.2水溫傳感器
工業現場溫度測量一般選用一體化溫度變送器,它是一種接觸式測量溫度的現場用儀表,耐高溫性能較好,插入式安裝。另外,在選用管段超聲流量計時,可選用具有熱量測量功能的產品,其特點是流量計量和溫度測量同時完成,并可通過標準串行485接口與監測設備進行通訊,數據傳輸可靠,無需另外安裝溫度傳感器。
3.1.3水位傳感器
水位的測量方法很多,也很不規范。用于自動化監測的水位傳感器主要有浮子式水位計、壓力式水位計、超聲波水位計等。這些傳感器具有標準信號輸出,可以直接接到RTU上,自動監測水位參數。
針對地熱井的特點,選擇投入式高溫液位變送器,選用高溫壓力敏感元件及特制耐高溫聚四氟乙烯電纜,產品為高溫液體的敞式液位測量而設計,具有準確的測量結果與優良的穩定性。亦可選用電容式液位傳感器,其良好的結構及安裝方式可適用于高溫、高壓、強腐蝕等液體,對于強腐蝕、高溫介質的液位測量具有較強的勢,而與介質的粘度、密度、工作壓無關。具體應根據現場情況進行選型設計。
4.GIS功能
地理信息是地熱資源最重要的特征之一。地理信息系統(GIS)技術提供了管理空間數據最有效、最直接的手段,為地熱資源信息管理的標準化、網絡化、空間化提供了有效的工具,
(1)地理信息系統是國土和地熱資源綜合管理系統的重要組成部分,和辦公軟件結合起來開發出面向具體部門、功能更為完善的應用軟件,可以完成整個國土和地熱資源綜合管理系統中的各個部門、各個階段所能做的工作。
(2)地理信息系統能有效解決空間數據的采集、處理、編碼等問題,具有海量數據管理功能,所建立的空間數據庫和屬性數據有效關聯,為整個系統的運行提供基礎數據保障。
(3)地理信息系統結合專業數學模型以及系統優化模型,以便進行深層次分析,使系統具有輔助決策支持功能,為有關部門提供科學的計算結果和和決策數據。
本模塊提供的空間數據庫包括兩類:一類是基礎地理數據庫,包括邊界圖、行政區劃圖、地質、地熱系圖、居民地分布圖、地形、交通等。這些數據主要是作為背景顯示。另一類是地質、地熱資源管理專題圖層,包括地質、地熱資源監測站點分布圖、地質、地熱資源功能區劃圖等,可以直觀顯示資源信息系統中涉及到的屬性數據。例如水情監測站點基本信息、地質、地熱監測站點實時數據、報警信息等。
功能結構:
1)          空間數據操作
空間數據是系統中重要的數據源,空間數據管理主要為各類應用系統提供數據的瀏覽、查詢、分析、編輯功能,對于業務處理中需要顯示的空間數據內容和對應的操作對象(如放大、縮小、平移、編輯等)進行定制。
2)          查詢統計
在統計分析和業務查詢定制處理過程中,對存在于不同應用系統中的異構數據進行整理和歸并,為用戶提供各自定制的查詢和分析信息。除了傳統的報表外,還提供多維的圖形化數據分析,提高數據分析結果的直觀性。
3)          專題圖管理
 
 
可靈活定制,采作向導提示方式,所見即所得,生成各種類型專題圖。
5、地質、地熱資源綜合管理
6.1輔助支持決策系統
地質、地熱資源實時監測的最終目的是使實時水量監測可以為地熱資源調度和配置提供及時、準確的調度依據,決策支持系統為實現上述目的提供了技術上的可能。
資地質、地熱源輔助決策支持系統以實時監測數據、地質、地熱工程、環保和地理信息為基礎,利用模型庫和知識庫的計算分析,輸出決策報告和報警信號,配合指令作用于終端控制設備,對區域內的設備進行調節控制,實現及時的資源調配。
6.2取水許可證管理
取水許可管理工作是地熱資源管理工作的基礎,也是地熱資源管理工作的關鍵,如地熱資源費的征收與結算,取水許可的申請與審批,取水許可年審管理和統計、用水計劃下達和考核等。
6.3 用水管理
用水管理是針對管理業務流程的要求,為管理部門的日常業務管理,用水定額和用水分析提供一套實用、可靠、高效的管理系統。實現了從用戶取水申請受理、用戶檔案建立、確定取水定額、報表統計等整個過程的計算機輔助管理。
6.4地熱資源費征收使用管理

該系統主要完成取水用戶繳交地熱資源使用費的登記、統計、查詢、匯總、生成年報表,以及地熱資源費的使用管理。


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