使用IIoT的智能水管理

盡管地球的 70% 以上被水覆蓋，但 97.2% 的水是咸水。在2.8%的淡水中，大部分被凍結(jié)成極地冰；不到總水量的 1% 是地下水或地表淡水。在所有淡水中，只有1%可以飲用。換句話說，地球上只有 0.01% 的水是可以飲用的。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，有 8.84 億人無法獲得飲用水。此外，全世界三分之一的人面臨用水壓力或需要爭(zhēng)奪有限的水。氣候變化將加劇這些問題，干旱和洪水使水資源分布更加不平衡。需要通過減少浪費(fèi)和更有效地回收廢水來節(jié)約用水的高效水資源管理。緩解洪水以保護(hù)脆弱的城市和基礎(chǔ)設(shè)施也是如此。

此外，農(nóng)業(yè)灌溉需要 48% 的淡水。在剩余的 52% 中，能源生產(chǎn)占 22%，其中 6% 用于工業(yè)用途，24% 用于住宅建筑活動(dòng)，如沖水馬桶、清潔和淋浴。這些不同的部門有相似的問題，例如漏水和/或用水效率低下。水質(zhì)差也是一個(gè)問題。

那么可以做些什么來解決這些問題呢？工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 可能會(huì)提供一些潛在的解決方案。

更智能的監(jiān)控

水循環(huán)包括許多點(diǎn)。這些點(diǎn)包括用水的建筑物和房屋。循環(huán)中的其他點(diǎn)是可再生水源，例如水壩、湖泊和地下水；水生植物; 水塔；和污水處理廠。所有這些點(diǎn)都可以通過監(jiān)測(cè)用水或水質(zhì)的 IIoT 探測(cè)器變得更加智能。

智能水管理包括許多點(diǎn)，包括可再生資源、水廠、網(wǎng)絡(luò)沖洗、水質(zhì)探頭、水塔和建筑物。（來源：Birdz）

更智能的漏水檢測(cè)、智能計(jì)量和智能配水

令人驚訝的是，水損壞對(duì)房主的風(fēng)險(xiǎn)比火災(zāi)或盜竊要大得多。漏水導(dǎo)致水被浪費(fèi)。更重要的是，泄漏可能會(huì)損壞房屋的地板、墻壁和天花板，并需要進(jìn)行昂貴的維修。漏水在歐盟許多國(guó)家的大型建筑中也很常見。

在 IIoT 系統(tǒng)中，濕度傳感器可以安裝在建筑物周圍以檢測(cè)泄漏。傳感器將收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送回云端進(jìn)行分析。一旦分析發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)送到智能閥門的命令將自動(dòng)關(guān)閉水，最大限度地減少泄漏。

智能計(jì)量可以通過遠(yuǎn)程編程的自動(dòng)“打開”或“關(guān)閉”命令來限制用水量，平衡配水并防止不受控制的使用。智能計(jì)量還可以防止不受控制和意外的泄漏升級(jí)為洪水。

洪水監(jiān)測(cè)

隨著氣候變化使天氣更加極端，導(dǎo)致嚴(yán)重干旱和大洪水，城市和市政當(dāng)局越來越多地面臨洪水問題。洪水是北美和世界其他地區(qū)真正令人擔(dān)憂的問題。與過去不同，洪水正在成為全年的事件，發(fā)生在冬季大暴風(fēng)雪之后以及其他季節(jié)的暴雨和颶風(fēng)之后。盡管衛(wèi)星成像和天氣預(yù)報(bào)技術(shù)取得了進(jìn)步，但發(fā)布早期準(zhǔn)確的洪水預(yù)警以挽救生命和避免財(cái)產(chǎn)損失仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

在 IIoT 監(jiān)控系統(tǒng)中，GPS 標(biāo)記的水傳感器或超聲波深度傳感器的分布式網(wǎng)絡(luò)可以安裝在橋梁、河流、溪流和雨水渠上。傳感器從不同位置收集水位數(shù)據(jù)以進(jìn)行分析。一旦分析確定需要早期洪水預(yù)警，移動(dòng)警報(bào)就可以發(fā)送給可能受到影響的當(dāng)?shù)仄髽I(yè)、急救人員、社區(qū)和政府。洪水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已部署到弗吉尼亞海灘和弗吉尼亞州紐波特紐斯等許多城市。

農(nóng)業(yè)智慧用水

農(nóng)業(yè)消耗的淡水比任何其他行業(yè)或人類活動(dòng)都要多。缺乏監(jiān)督和實(shí)時(shí)管理導(dǎo)致浪費(fèi)大量灌溉水。

智能 IIoT 控制的灌溉系統(tǒng)可以從安裝在農(nóng)場(chǎng)周圍的傳感器收集實(shí)時(shí)用水?dāng)?shù)據(jù)。根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以根據(jù)灌溉需求打開和關(guān)閉水，以防止誤用或未充分利用。此外，傳感器可以幫助檢測(cè)和處理水管中的泄漏，以減少水浪費(fèi)。

此外，智能傳感器可以幫助農(nóng)民跟蹤溫度、降雨量、濕度和風(fēng)況。借助傳感器幫助確保所需的土壤濕度水平，作物得到有效澆水。此外，水傳感器可以監(jiān)測(cè)土壤中的其他變量，例如 pH 值，因?yàn)橥寥浪岫冗^高會(huì)阻止植物吸收養(yǎng)分。評(píng)估土壤鹽分也很重要，因?yàn)橛行┳魑锬望}，而另一些則不耐鹽。最后，水的氧化還原電位 (ORP) 表明其分解污染物的能力；跟蹤 ORP 可用于監(jiān)測(cè)水污染物水平。

許多試點(diǎn)項(xiàng)目表明，農(nóng)民可以通過使用 IIoT 實(shí)現(xiàn)顯著節(jié)水。例如，法國(guó) IIoT 解決方案提供商 Kerlink 正在與荷蘭土壤濕度傳感器生產(chǎn)商 Sensoterra 合作。Robeau 正在與蘇格蘭、愛爾蘭和法國(guó)的農(nóng)場(chǎng)合作，以實(shí)現(xiàn) 25% 的節(jié)水。

水質(zhì)

必須處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢水以去除污染物或污染物。在排放到城市水網(wǎng)或天然水源之前，必須滿足 pH、懸浮固體和電導(dǎo)率的排放標(biāo)準(zhǔn)?？墒褂脙煞N不同的方法來測(cè)量污染物：

• 生物需氧量 (BOD) 測(cè)量細(xì)菌分解廢水中的有機(jī)成分所需的氧氣量。
  
• 廢水中的化學(xué)需氧量 (COD) 表示無機(jī)和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的總量。高 COD 水平意味著水中有大量可氧化的有機(jī)物質(zhì)，這會(huì)降低溶解氧水平并危及高等水生生物。

因此，高 COD 或 BOD 表明處理后的廢水污染程度較高或質(zhì)量較低。

測(cè)量廢水中 pH 值、濁度、電導(dǎo)率和含氧量等變量的 IIoT 傳感器將有助于監(jiān)測(cè)水處理廠的效率。死水也是污染源。使用 IIoT 傳感器來監(jiān)測(cè)積水有助于安排時(shí)間控制的清洗，以減少污染的可能性。

設(shè)計(jì)考慮和挑戰(zhàn)

由于 IIoT 傳感器安裝在大面積上，因此傳感器與其他系統(tǒng)組件之間的連接至關(guān)重要。用于監(jiān)測(cè)水的傳感器通常被淹沒或暴露在室外環(huán)境中或兩者兼而有之，因此它們還必須堅(jiān)固耐用以承受極端溫度。預(yù)計(jì) 10 到 20 年無需維護(hù)或更換電池的現(xiàn)場(chǎng)操作，這意味著功耗必須超低。優(yōu)化用于無線通信帶寬也是必須的。

設(shè)計(jì)案例 1：飲用水質(zhì)量

GF Piping Systems的 Hycleen 自動(dòng)化系統(tǒng) 用于保持建筑物中的飲用水衛(wèi)生。該系統(tǒng)具有溫度和流量傳感器，可分別連續(xù)收集水溫和流量數(shù)據(jù)。分析數(shù)據(jù)以指導(dǎo)系統(tǒng)執(zhí)行液壓平衡、執(zhí)行受控?zé)嵯?、根?jù)需要沖洗管線或在出現(xiàn)故障時(shí)提醒用戶。

此外，對(duì)消耗量控制的沖洗進(jìn)行了微調(diào)。

首先，測(cè)量指定時(shí)期內(nèi)的兩次有效用水量。然后將數(shù)據(jù)與目標(biāo)交易量進(jìn)行比較。僅沖洗差值，而不是整個(gè)體積，從而將沖洗量降至最低并優(yōu)化能源消耗，而不會(huì)增加軍團(tuán)菌的風(fēng)險(xiǎn)。Hycleen 系統(tǒng)可以通過應(yīng)用程序使用任何智能手機(jī)或類似設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

Hycleen系統(tǒng)可以集成到樓宇管理系統(tǒng)中；它已成功應(yīng)用于歐洲的酒店、醫(yī)院、學(xué)校、公寓樓和工業(yè)廠房等復(fù)雜建筑中。

設(shè)計(jì)案例 2：污染監(jiān)測(cè)

來自 Birdz 的 SWARM浮標(biāo)測(cè)量偏遠(yuǎn)水庫的水質(zhì)。該系統(tǒng)的多參數(shù)探頭可以測(cè)量質(zhì)量或環(huán)境參數(shù)，例如電導(dǎo)率、絕對(duì)壓力、溫度、活性氯、濁度和有機(jī)物。收集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過其無線通信模塊直接傳輸?shù)阶罱K用戶或遠(yuǎn)程服務(wù)器。此外，浮標(biāo)是低維護(hù)和能源自給自足的；它有一個(gè)包含電池和能量回收系統(tǒng)的能量模塊。浮標(biāo)于 2018 年部署在澳大利亞的馬姆斯伯里水庫。該系統(tǒng)在部署的第一年只需要更換一次探頭和兩次物理維護(hù)電話。

展望未來

對(duì)智能水管理系統(tǒng)的實(shí)施進(jìn)行了初步投資。使用 IIoT 系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)水體或水質(zhì)可能會(huì)在需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域使用大量傳感器，具體取決于應(yīng)用。因此，傳感器以及 IIoT 系統(tǒng)的成本效益是一個(gè)考慮因素。一旦系統(tǒng)安裝完畢，未來的回報(bào)可能會(huì)很大。這些系統(tǒng)將能夠提供智能水監(jiān)測(cè)、漏水檢測(cè)、智能計(jì)量、智能配水、洪水監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)智能用水和水質(zhì)改善。隨著傳感器部署到偏遠(yuǎn)地區(qū)，不斷增強(qiáng)傳感器以提高可靠性和能源效率并減少維護(hù)是關(guān)鍵。


文章來源：eeweb約翰昆

編輯：ymf