使用(yòng)IIoT进行智能(néng)水管理(lǐ)

2021-04-29

使用(yòng)IIoT进行智能(néng)水管理(lǐ)

尽管地球上超过70％的水被覆盖，但是97.2％的水是盐水。在2.8％的淡水中，大部分(fēn)被冷冻成极地冰。不到总水量的1％是地下水或地表淡水。在所有(yǒu)淡水中，只有(yǒu)1％可(kě)以饮用(yòng)。换句话说，地球上只有(yǒu)0.01％的水是可(kě)饮用(yòng)的。

根据世界卫生组织的统计，8.84亿人无法获得饮用(yòng)水。而且，全世界三分(fēn)之一的人面临缺水压力或需要竞争有(yǒu)限量的水的需求。气候变化将加剧这些问题，干旱和洪水使水资源的分(fēn)配更加不均衡。需要通过减少浪费和更有(yǒu)效地回收废水来进行节水的高效水管理(lǐ)。减轻洪灾也是如此，以保护脆弱的城市和基础设施。

此外，农业灌溉消耗了全部淡水的48％。在剩余的52％中，能(néng)源生产占22％，其中6％用(yòng)于工业用(yòng)途，而24％用(yòng)于住宅建筑物(wù)的活动，如冲水马桶，清洁和淋浴。这些不同的部门也有(yǒu)类似的问题，例如漏水和/或用(yòng)水效率低下。水质差也是一个问题。

那么如何解决这些问题呢(ne)？工业物(wù)联网（IIoT）可(kě)能(néng)会提供一些潜在的解决方案。

更智能(néng)的监控

水循环包括许多(duō)点。这些要点包括用(yòng)水的建筑物(wù)和房屋。循环中的其他(tā)要点是可(kě)再生水源，例如水坝，湖(hú)泊和地下水。水生植物(wù); 水塔；和废水处理(lǐ)厂。通过监控水使用(yòng)或水质的IIoT探针，可(kě)以使所有(yǒu)这些点变得更加智能(néng)。

智能(néng)水管理(lǐ)涵盖许多(duō)方面，包括可(kě)再生资源，自来水厂，网络冲洗，水质探测器，水塔和建筑物(wù)。

更智能(néng)的漏水检测，智能(néng)计量和智能(néng)配水

出乎意料的是，对房屋所有(yǒu)者而言，水灾带来的风险比火灾或盗窃要大得多(duō)。漏水会浪费水。此外，泄漏可(kě)能(néng)会损坏房屋的地板，墙壁和天花(huā)板，并且需要昂贵的维修。漏水在欧盟许多(duō)國(guó)家的较大建筑物(wù)中也很(hěn)常见。

在IIoT系统中，可(kě)以在建筑物(wù)周围安装湿度传感器以检测泄漏。传感器将收集数据并将其发送回云以进行分(fēn)析。一旦分(fēn)析发现异常，发送到智能(néng)阀的命令将自动关闭水，从而最大程度地减少了泄漏。

智能(néng)计量可(kě)以通过遠(yuǎn)程编程的自动“打开”或“关闭”命令来限制用(yòng)水，从而平衡水的分(fēn)配并防止不受控制的使用(yòng)。智能(néng)计量还可(kě)以防止不受控制的意外泄漏升级為(wèi)洪水。

通过使用(yòng)智能(néng)水管理(lǐ)，Robeau帮助欧盟的机场，饭店(diàn)，制造工厂，办公室和商(shāng)业中心实现了25％到40％的节水。

洪水监控

随着气候变化使天气变得更加极端，导致严重的干旱和大洪水，城市和市政当局日益面临洪水问题。在北美和世界其他(tā)地區(qū)，洪水确实是一个令人担忧的问题。与过去不同，洪水变成了全年的事件，发生在冬季大雪(xuě)暴过后，其他(tā)季节暴雨和飓风过后。尽管卫星成像和天气预报技术取得了进步，但发出早期准确的洪水预警以挽救生命并避免财产损失仍然是一个挑战。

在IIoT监控系统中，可(kě)以将带有(yǒu)GPS标签的水传感器或超声波深度传感器的分(fēn)布式网络安装在桥梁，河流，溪流和雨水渠上。传感器从各个位置收集有(yǒu)关水位的数据以进行分(fēn)析。一旦分(fēn)析确定需要早期洪水警报，便可(kě)以将移动警报发送到可(kě)能(néng)受到影响的本地企业，第一响应者，社區(qū)和政府。洪水监控系统已部署到许多(duō)城市，例如弗吉尼亚海滩和弗吉尼亚州的纽波特纽斯。

农业智能(néng)用(yòng)水

农业行业消耗的淡水比其他(tā)任何行业或人类活动都要多(duō)。缺乏监督和实时管理(lǐ)导致浪费大量的灌溉用(yòng)水。

由IIoT控制的智能(néng)灌溉系统可(kě)以从安装在农场周围的传感器收集实时用(yòng)水数据。根据传感器数据，该系统可(kě)以根据灌溉需要来打开和关闭水，以防止误用(yòng)或未充分(fēn)利用(yòng)。而且，传感器可(kě)以帮助检测和处理(lǐ)输水管道中的泄漏，以减少水的浪费。

此外，智能(néng)传感器可(kě)以帮助农民(mín)跟踪温度，降雨量，湿度和风况。借助传感器来确保所需的土壤水分(fēn)水平，农作物(wù)可(kě)以得到有(yǒu)效灌溉。此外，水传感器可(kě)以监视土壤中的其他(tā)变量，例如pH值，因為(wèi)过多(duō)的土壤酸度会阻止植物(wù)吸收养分(fēn)。评估土壤盐度也很(hěn)关键，因為(wèi)某些农作物(wù)耐盐，而另一些农作物(wù)则不耐盐。最后，水的氧化还原電(diàn)位（ORP）表明其分(fēn)解污染物(wù)的能(néng)力。跟踪ORP对于监视水污染物(wù)水平很(hěn)有(yǒu)用(yòng)。

许多(duō)试点项目表明，通过使用(yòng)IIoT，农民(mín)可(kě)以节省大量水资源。例如，法國(guó)IIoT解决方案提供商(shāng)Kerlink正在与荷兰土壤湿度传感器生产商(shāng)Sensoterra合作。Robeau正在与苏格兰，爱尔兰和法國(guó)的农场合作，实现节水25％的目标。

水质

必须处理(lǐ)工业，农业和家庭废水以去除污染物(wù)或污染物(wù)。在排放到城市供水网络或天然水源之前，必须满足pH，悬浮固體(tǐ)和電(diàn)导率的排放标准。可(kě)以使用(yòng)两种不同的方法来测量污染物(wù)：

生物(wù)需氧量（BOD）衡量细菌分(fēn)解废水中有(yǒu)机成分(fēn)所需的氧气量。

废水中的化學(xué)需氧量（COD）表示无机和有(yǒu)机化學(xué)品的总量。高的COD含量意味着水中有(yǒu)大量可(kě)氧化的有(yǒu)机物(wù)质，这将降低溶解氧的含量并危及较高水生生物(wù)的形态。

因此，高的COD或BOD表示较高的污染水平或较低质量的已处理(lǐ)废水。

用(yòng)于测量废水中pH，浊度，電(diàn)导率和氧气含量等变量的IIoT传感器将有(yǒu)助于监控水处理(lǐ)厂的效率。死水也是污染源。使用(yòng)IIoT传感器监控积水可(kě)以帮助安排时间控制的清洗，以减少污染的可(kě)能(néng)性。

设计注意事项和挑战

由于IIoT传感器安装在较大的區(qū)域，因此传感器与其他(tā)系统组件之间的连接至关重要。用(yòng)于监测水的传感器通常会浸入水中或暴露在室外元素中，或暴露在室外元素中，或同时暴露在室外元素中，因此它们也必须坚固耐用(yòng)以承受极端温度。预计可(kě)在10到20年的时间内进行现场维护，而无需维护或更换電(diàn)池，这意味着功耗必须非常低。在无線(xiàn)通信带宽中使用(yòng)的优化也是必须的。

设计案例1：饮用(yòng)水质量
GF管道系统的 Hycleen自动化系统 用(yòng)于维持建筑物(wù)中的饮用(yòng)水卫生。该系统具有(yǒu)温度和流量传感器，分(fēn)别连续收集有(yǒu)关水温和流量的数据。对数据进行分(fēn)析，以指导系统执行液压平衡，执行受控的热消毒，根据需要冲洗管路或在出现故障时提醒用(yòng)户。

此外，对消耗控制的冲洗进行了微调。

首先，测量在指定时期内的两个有(yǒu)效用(yòng)水量。然后将数据与目标交换量进行比较。仅冲洗差异而不冲洗整个體(tǐ)积，因此将冲洗體(tǐ)积降至最低，并在不增加军团菌风险的情况下优化了能(néng)耗。Hycleen系统可(kě)以通过任何智能(néng)手机或类似设备通过应用(yòng)程序进行遠(yuǎn)程控制。

Hycleen系统可(kě)以集成到建筑物(wù)管理(lǐ)系统中；它已成功用(yòng)于复杂的建筑，例如欧洲的酒店(diàn)，医院，學(xué)校，公寓楼和工厂。

GF管道系统的Hycleen自动化系统是基于云的水质管理(lǐ)系统的一个示例。它具有(yǒu)温度和流量传感器，可(kě)以连续收集有(yǒu)关水温和流量的数据。

设计案例2：污染监测
Birdz的SWARM浮标可(kě)测量偏遠(yuǎn)水库的水质。该系统的多(duō)参数探头可(kě)测量质量或环境参数，例如電(diàn)导率，绝对压力，温度，活性氯，浊度和有(yǒu)机物(wù)。收集的实时数据通过其无線(xiàn)通信模块直接传输到最终用(yòng)户或遠(yuǎn)程服務(wù)器。此外，浮标的维护成本低，并且能(néng)源自给自足。它具有(yǒu)一个由電(diàn)池和能(néng)量回收系统组成的能(néng)量模块。浮标于2018年部署在澳大利亚的马尔姆斯伯里水库。在部署的第一年中，系统仅需要更换一次探针和两次物(wù)理(lǐ)维护電(diàn)话。

展望未来

在实施智能(néng)水管理(lǐ)系统方面有(yǒu)初步投资。根据应用(yòng)的不同，使用(yòng)IIoT系统监控水體(tǐ)或水质可(kě)能(néng)需要在需要监控的區(qū)域安装大量传感器。因此，需要考虑传感器以及IIoT系统的成本效益。一旦安装了系统，未来的回报可(kě)能(néng)会很(hěn)大。该系统将能(néng)够提供智能(néng)水监控，漏水检测，智能(néng)计量，智能(néng)水分(fēn)配，洪水监控，农业智能(néng)水使用(yòng)以及水质改善。随着传感器被部署到偏遠(yuǎn)地區(qū)，不断增强传感器以提高可(kě)靠性和能(néng)效并减少维护是关键。