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一级警报!物联网已经入侵你家自来水管
2016-04-14    物联网智库       阅读:

    我国人口基数大、人均水量不足世界平均的1/3,时空分布严重不均,“水脏、水浑、水多、水少”问题突出,构成了我国水资源的基本情势。当然,以上这些说辞太过宏观,往小了说,人民群众对水最关心的无非有两点:一是自家的水管是否会在不知道的情况下发生泄漏从而造成不必要的经济损失?二是我们喝到嘴里的水质量究竟如何?

    总结一下,就是止损检漏和水质监测的问题。那么,先来看看这两个问题的现状如何?

止损检漏

    调查显示,供水管网漏损是普遍存在的问题,滴、冒、漏、跑的现象时有发生。城市平均漏损率达到17.92%,部分城市甚至超过25%。若以平均漏损率20%计算,中国水务企业一年的漏损水量为102亿吨。若以每吨水的供水成本1.5元计算,每年因漏损造成的直接经济损失为154亿元。若以售水的每吨水价2元计算,则漏损水量的经济损失高达200亿元以上。

    原先面对自来水地下管道泄露的问题,需要专门的检漏工人来给大地“听诊”。检漏工需要反复地听地下管网的声音,然后对比不同管材出现漏水的声响。据从业人员叙述:现在市区的自来水管网按照材料划分有水泥管、玻璃钢、铸铁、铝塑、PPR、PVC六种,按照传音效果来说,最好听的是铸铁管,漏水的声音是哧哧的声音,最不好听的是水泥管,声音很短促沉闷。

    检漏工的工作流程通常是一掀二看三听四测点,每到一个工作区,先要掀开一些古力井查看有无漏水,还要在管线上听声音,最后要是确定有漏点了,就要拿着电钻来确定具体漏点位置了。除了要干苦力活,检漏工人还要懂技术,经常使用的巡管仪、相关仪、听漏仪和听漏杆等四种高科技设备,总值高达50万元。


水质监测

    在今年两会期间,环境保护部部长陈吉宁在答中外记者问提到:“要保证饮用水安全,全面公开饮用水安全的相关信息,实施从水源到水龙头的全程监管”。那是不是我们以后就可以对自己喝的水的水质情况了如指掌了呢?

    事实上,理想很丰满,现实很骨感。比如阿里巴巴公益基金会资助的某企业从2014年6月份起展开“饮用水溯源”项目,项目开展的目的是希望能把从水源地到水龙头的水质信息传递给公众。万万没想到,这个流程上,每一步的信息公开或者说数据开放,都是一个大问题。

    就拿自来水厂说吧,根据调研结果显示,北京市没有一家以自来水厂为基本单位的官网或者是网络互动平台,自来水公司水质数据更新频率较低,一个季度才公布一次自来水质。不得不说,大城市攀比之风真的很严重,这不,国际大都市上海的表现也不甘其后,上海郊区的8 家自来水公司,其中6家没有按照规定公开所有水质数据,并且更新频率也不符合规定。这让我们普通民众根本无法了解自己饮用的水质究竟如何。

    为了解决这些问题,“水联网”的概念应运而生。水联网(internet of water)是在物联网(internet of things)概念基础上提出的,是基于水资源供需与配送具有物流的典型特征而发展的。但是,水流不同于物流,其拉格朗日和欧拉双重描述的属性,使得水联网发展将呈现自身的特点和难点。在水联网上,需要同时表达水运动的物理过程和水信息的流通过程,需将不同来源、性质、尺度的水信息数据同化和转化以满足模拟、预报、调配、评价的要求,需将不同过程、要素、尺度的数学模型耦合集成以描述水资源系统变化,需以功能为中心、以事件驱动为后台、云端处理为支撑以综合模型计算和结果分析。水联网的技术核心将涉及水文学、水动力学、气象学、信息学、水资源管理和行为科学等多个学科方向,是新一代水利信息化的集成发展方向。

    其中涉及方方面面的问题,所以,在详细介绍它之前,我们不如先来看看都有哪些企业在智慧水利方面做了哪些的尝试。

IBM

    去年6月,IBM联合北京江河瑞通技术发展有限公司对外宣布成立智慧水管理联合创新实验室,打造面向涉水行业的物联网云平台。创新实验室将基于IBM领先的云计算、大数据、移动、社交、安全(CAMSS)与物联网技术,构建行业物联网大数据分析平台,打造面向涉水行业的产业物联网,从而加速涉水行业业务的转型与提升。


AT&T

    为了解决水管老化或者坏掉导致水资源浪费这些事情,美国运营商AT&T、IBM和水业设备制造商Mueller Water Products联手合作,推出“联网水管服务”,即把水管接入网络,通过传感器收集数据,为管理者提供更多水管数据和信息。

    具体来说,它们将会改装现有水管,安装声学传感器,监测漏水的特殊声音数据。而这些数据将会通过AT&T的无线网络上传云服务上,并通过IBM的软件系放统进行管理分析。一旦发生漏水事件,管理人员将会第一时间得到消息。

    目前,洛杉矶,拉斯维加斯等城市已经试验了该服务,在漏水发生时,能够及时通知相关人士,减少水的浪费。尽管这不是在维修老化的水管,而是监测水管,但这会增加水资源管理的效率。


爱立信

    前不久,爱立信宣布携手AT&T在亚特兰大开展水联网解决方案外场测试。该项测试将支持河流保护组织查塔湖奇河保护者(Chattahoochee Riverkeeper)远程监控为亚特兰大市400多万市民提供饮用水源的查塔湖奇河水质。水联网外场测试利用的设计原型基于近期从爱立信赞助开展的“技术至善”大学生创新挑战赛获胜项目之一。AT&T将负责为物联网(IoT)终端提供所有的无线连接。


大唐电信

    大唐电信作为国内起步较早的水利行业软件设计开发和实施的企业之一,在2014年就采用物联网等技术,提供了智慧水利解决方案。

    大唐智慧水利系统使用了自动化信息采集监测设备,对雨量、水位、水量、水质等信息进行实时的采集,通过无线网络、有线网络进行传输汇集,通过灌区信息化管理、城市排水应急管理、大型泵站综合自动化控制和水资源管理等多种应用,服务于防汛抗旱、城市水务信息化、水资源监测管理等多项业务管理。比如其城市排水应急管理系统,服务于大、中城市水务管理部门,对城市中立交桥下等积水点实现视频监测,采集降雨量、水库、河道、易积水点的水位、流量信息,通过TD-SCDMA等无线网络方式实时传输至局中心防汛管理部门,实现积水事件预警、应急物资管理和多部门应急协同。


安恒集团

    安恒集团基于“水联网”理念研发的城市供水管网漏损控制管理系统LeakView和“DMA分区管网主动漏损控制解决方案”,倡导“分区调度、区域控压、小区计量”的管网精细化管理措施。

    去年底,他们和市自来水集团合作对已建成的昌平回龙观管网压力控制区进行节水设备升级,将原有的闸门控压方式更新为水力减压阀控压,每年节水量从20万立方米增加到近100万立方米。回龙观地区是相对独立的供水区域,面积800万平方米,以住宅为主,人口约30万,日均用水量约为1.5万立方米。选取该区域安装水力减压阀控压的原因,一是该区域临近第九水厂,管网主干线的供水压力较大,控压节水效果显著;二是用水早、晚高峰水量变化明显,24小时控压节水效果显著。

    物联网智库小编在搜集资料时发现,国内水司对压力管理并不是特别感兴趣,原因很多,跟我们的供水模式有关,比如上海是超低压供水,压力空间不多。

    但是压力管理其实是很重要的一个点,中国不排除在低时差的地方,靠近水厂的地方,比如城乡接合部、城乡村、城中村依然有压力控制的空间,这种压力控制的空间投入产出是非常大的。压力越高,漏损率越大。区域减压有效降低存量漏损,降低压力相关的损耗,减少爆管发生机率延长管网使用寿命,据统计,管网压力降低30%,爆管将降低50%。

    安恒集团针对此曾提出两种方式,包括两点式压力控制和连续式压力控制。两点式压力控制是根据用水习惯,在用水的高峰期和低峰期进行相应压力值的切换;连续式压力控制是根据客户端的实用水量需求,进行实时连续压力调控,做到精细化的压力管理。

    从上面这些实践案例我们可以看出,水联网的技术标志是“实时感知、水信互联、过程跟踪、智能处理”,对应水资源供需关系的动态性、关联性、预期性和不确定性特点。

当前信息技术发展正在经历第三次浪潮——云计算与物联网技术突飞猛进并被广泛应用。以“超大规模、高可靠性、按需服务、绿色节能”为技术特点的云计算显示出其高效率、低成本的巨大优势,以“感知化、互联化、智能化”为技术特点的物联网直接推动了传统产业的升级。采用云计算技术和物联网思想建立“水联网”,可实现流域内自然和社会水循环(如大气水、河湖水、土壤水、地下水、植被水、工程蓄存水和调配供水等)的实时监测与动态预测,进而实现对水资源的智能识别、跟踪定位、模拟预测、优化分配和监控管理,为水资源的优化调和高效利用,快速提升水资源效能提供了可能。


水联网及智慧水利架构

    水联网及智慧水利不同于现有水信息系统,它以水的守恒量为主体,直观追踪和监控水循环和水利用的全过程。通过水信息的实时在线和智能处理,支撑水资源供需关系的精确预报和风险控制,从而实现水资源的精细和高效管理。水联网及智慧水利架构,将包括物理水网(现实的河湖连通及供用水通道系)、虚拟水网(物理水循环通路及其边界的信息化表达)和市场水网(水资源供需的市场信息、优化调配机制及交互反馈)。

    虚拟水网是构建面向对象的水循环通路及其边界的信息模型和信息服务,包括了大气模式中不同时空分辨率单元的嵌套融合方法及其与地表交界面的数据交换模式,流域中不同土壤地貌和土地利用类型下的水文及水文地质模型建模方法,大江大河、水库湖泊等水体及其边界的表达方法,农业灌区水循环通路及其边界的表达方法,城市水循环的通路及其参数化方法。

    市场水网在此基础上,建立和提供水循环中各类水需求和供给的信息服务。包括用水户与供水者之间、用水户与用水户之间、供水者与供水者之间,以及用水户、供水者和市场间的联系,使参与水资源开发与利用各个环节的相关者,对需水、储水、配水、供水、输水,以及水量、水质、水价、水时间等信息清楚掌握,在水联网云计算云服务支持下,做出供用水最佳选择。

    概括而言,水联网和智慧水利,就是基于监测水循环状态和用水过程的实时在线的前端传感器,实现“实时感知”;基于Web2.0的水信息实时采集传输,保障“水信互联”;基于拉格朗日描述的水信息表达,“过程跟踪”各种水的赋存形式(如大气水、河湖水、土壤水、地下水、植被水、工程蓄存水、工业用水、农业用水、城市用水等);包含各种市场决策与拓扑优化的云计算功能,将“智能处理”各类水事事件,触发自动云服务机制,将用户订单水量适时准确推送给相关用户。

    具体来说,系统总体框架分层建设,从下至上分别是:信息采集与传输系统、集成设施、资源层、应用支撑层、应用层和门户层,体系结构层层支撑,实现系统的可靠运行与一体化管理。


关键技术

    当前,对水联网及智慧水利关键技术的认识集中在五个方面:

水资源预测云计算

    云计算以高速互联网为基础,对信息资源实施专业化管理,按需提取并透明消费的先进计算模式,是水联网发展的基石。水联网云计算主要针对复杂的水循环、水分配和和水调控过程的模拟和可视化再现,涉及水联网云计算标准研究、水文水资源数学模型及集成接口、水联网的数学模型参数管理、水联网数学模型服务标准及案例库等关键技术。

    众所周知,水利信息化发展的一大瓶颈是数据、问题和模型的非结构化,使得水利信息化中标准化和工业级水平提升缓慢。水联网云计算的核心,就是针对水利的非结构化特点,加强信息的标准化和模型功能的集成化。

    基于加强的水文实时感知信息,通过水联网云计算,使得水资源预测能力在预见期和精度大大幅提高;基于加强的水市场实时感知信息,通过水联网计算,使得水资源配置的能力在预见期和准确度大大提高。


水资源需求云服务

    云服务是水联网“智慧”的体现窗口和核心要求。与其他供需关系的市场一样,供水和用水是事件驱动的服务,既需要当下的需求请求,也需要预见期的储备和延时的供应。在云计算模式下,信息资源以云服务的形式实时提供给多用水户及其涉及的各个环节,管理和运行成本低,保障水平和使用效率高。


多水源供给智慧调度

    基于水联网的径流预报和需求预测,为多水源实时调配提供了重要的前提和基础。将实时径流预报与需求目标相结合,在考虑水库调度的基础上联合优化本地水与外调水、地表水与地下水、常规水与非常规水、新鲜水与再生水等多种水源,在实时管理的层面最大程度满足动态的用水需求。


水资源管理精准投递

    引入工业过程控制的思路,对水资源系统所有涉水过程进行实时的过程控制,使系统始终处于水资源高效利用的最优状态,使水包裹根据订单需求,准确送达指定目标,达到提高水资源效能的目的。

    水包裹的精准投递,不同于其他物品的精准投递,必须要对复杂水资源系统响应过程正确模拟,需要建立起系统状态变量、控制变量和系统响应变量之间的关系,利用水情、墒情旱情、社会经济需求等诸多涉水过程的模拟预测方法,建立综合的互相耦合的水资源系统对外界条件和控制措施的系统响应模型。复杂水资源准确投递是多目标非线性系统的优化与模拟耦合的过程控制技术,尚存在高负荷运算和全局最优难以获得的难题,有待今后物联网和水资源系统分析技术的突破。


水效能评价过程控制

    水联网体系下的水资源利用,将不同常规的水资源利用模式,对需水的时空分布和水量,以及用水准确性、及时性和高效性,都有新的要求。水资源利用效率的提高取决于水联网的性能及服务能力,水资源利用效能取决于配水的准确性和及时型,水资源利用的效益取决于在水资源保障可靠性下的用水对象结构。他们之间的相互支撑,决定着流域水资源高效利用的跨越发展可行性。因此,水联网的性能的分级评价、水资源利用效能的分级评价以及两者间匹配分级的联合评价,成为水联网体系建设下流域水资源高效利用发展的重要内容。


注:本文转自 物联网智库;

责任编辑:   市场部
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