使用IIoT的智能水管理

虽然地球的 70% 以上被水覆盖，但 97.2% 的水是咸水。在2.8%的淡水中，大部分被冻结成极地冰；不到 1% 的总水是地下水或地表淡水。在所有淡水中，只有1%是可饮用的。换句话说，地球上只有 0.01% 的水是可饮用的。

根据世界卫生组织的数据，8.84 亿人无法获得饮用水。此外，全世界三分之一的人面临用水压力或需要争夺有限的水量。气候变化将加剧这些问题，干旱和洪水使水资源的分布更加不平衡。需要有效的水管理，通过减少废物和更有效地回收废水来节约用水。减轻洪水以保护脆弱的城市和基础设施也是如此。

此外，农业灌溉占所有淡水的 48%。在剩余的 52% 中，能源生产占 22%，其中 6% 用于工业用途，24% 用于住宅建筑的活动，如冲马桶、清洁和淋浴。这些不同部门有类似的问题，例如漏水和/或低效用水。水质差也是一个问题。

那么可以做些什么来解决这些问题呢？工业物联网 (IIoT) 可能会提供一些潜在的解决方案。

更智能的监控

水循环包括许多点。这些点包括用水的建筑物和房屋。循环中的其他点是可再生水源，例如水坝、湖泊和地下水；水生植物; 水塔；和污水处理厂。所有这些点都可以通过监测用水或质量的 IIoT 探针变得更智能。

智能水管理包括很多点，包括可再生资源、水厂、网络冲洗、水质探头、水塔和建筑物。（来源：伯兹）

更智能的漏水检测、智能计量和智能配水

令人惊讶的是，水损坏对房主来说比火灾或盗窃造成的风险要大得多。漏水会导致水被浪费。更重要的是，泄漏可能会损坏房屋的地板、墙壁和天花板，并且需要昂贵的维修费用。漏水在欧盟许多国家的大型建筑物中也很常见。

在 IIoT 系统中，湿度传感器可以安装在建筑物周围以检测泄漏。传感器将收集数据并将其发送回云端进行分析。一旦分析发现异常，发送到智能阀门的命令将自动关闭水，最大限度地减少泄漏。

智能计量可以通过远程编程的自动“打开”或“关闭”命令限制用水量，平衡水分配并防止不受控制的使用。智能计量还可以防止不受控制和意外的泄漏升级为洪水。

使用智能水管理，Robeau帮助欧盟的机场、餐馆、制造厂、办公室和商业中心实现了 25% 到 40% 的节水。

洪水监测

由于气候变化使天气更加极端，导致严重的干旱和大洪水，城市和市政当局越来越多地面临洪水问题。在北美和世界其他地区，洪水是一个真正令人担忧的问题。与过去不同，洪水正在成为全年的事件，发生在冬季的大暴风雪之后以及其他季节的暴雨和飓风之后。尽管卫星成像和天气预报技术取得了进步，但发布早期和准确的洪水警报以挽救生命并避免财产损失仍然是一项挑战。

在 IIoT 监控系统中，可以将带有 GPS 标记的水传感器或超声波深度传感器的分布式网络安装在桥梁、河流、溪流和雨水渠上。传感器从不同位置收集水位数据进行分析。一旦分析确定需要早期洪水预警，就可以向可能受到影响的当地企业、急救人员、社区和政府发送移动警报。洪水监测系统已部署到弗吉尼亚海滩和弗吉尼亚州纽波特纽斯等许多城市。

农业智慧用水

农业比任何其他行业或人类活动消耗更多的淡水。缺乏监督和实时管理导致浪费了大量的灌溉用水。

智能 IIoT 控制的灌溉系统可以从安装在农场周围的传感器收集实时用水数据。根据传感器数据，系统可以根据灌溉需求打开和关闭水，以防止误用或未充分利用。此外，传感器可以帮助检测和处理水管中的泄漏，以减少水的浪费。

此外，智能传感器可以帮助农民跟踪温度、降雨量、湿度和风况。借助传感器来帮助确保所需的土壤湿度水平，作物可以得到有效的浇水。此外，水传感器可以监测土壤中的其他变量，例如 pH 值，因为过多的土壤酸度会阻止植物吸收养分。评估土壤盐分也很关键，因为有些作物耐盐，而另一些则不耐盐。最后，水的氧化还原电位 (ORP) 表明其分解污染物的能力；跟踪 ORP 对于监测水污染物水平很有用。

许多试点项目表明，农民可以通过使用 IIoT 实现显着节水。例如，法国 IIoT 解决方案提供商 Kerlink 正在与荷兰土壤湿度传感器生产商 Sensoterra 合作。Robeau 正在与苏格兰、爱尔兰和法国的农场合作，以实现 25% 的节水。

水质

必须对工业、农业和生活废水进行处理以去除污染物或污染物。在排放到城市供水网络或天然水源之前，必须满足 pH、悬浮固体和电导率的排放标准。可以使用两种不同的方法来测量污染物：

• 生物需氧量 (BOD) 测量细菌分解废水中的有机成分所需的氧气量。
• 废水中的化学需氧量 (COD) 表示无机和有机化学品的总量。高 COD 水平意味着水中含有大量可氧化的有机物质，这将降低溶解氧水平并危及高等水生生物。

因此，较高的 COD 或 BOD 表明已处理废水的污染程度较高或质量较低。

IIoT 传感器可测量废水中的 pH、浊度、电导率和氧气水平等变量，将有助于监测水处理厂的效率。死水也是污染源。使用 IIoT 传感器监测死水可以帮助安排时间控制的清洗，以减少污染的可能性。

设计考虑和挑战

由于 IIoT 传感器安装在大面积区域，因此传感器与其他系统组件之间的连接至关重要。用于监测水的传感器通常被淹没或暴露于室外元素或两者兼而有之，因此它们还必须经过加固以承受极端温度。预计可在无需维护或更换电池的情况下进行 10 至 20 年的现场运行，这意味着功耗必须超低。无线通信带宽使用的优化也是必须的。

设计案例 1：饮用水质量
GF Piping Systems的 Hycleen 自动化系统 用于维护建筑物中的饮用水卫生。该系统具有温度和流量传感器，可分别连续收集水温和流量数据。分析数据以指导系统执行液压平衡、执行受控热消毒、根据需要冲洗管路或在发生故障时提醒用户。

此外，对消耗控制的冲洗进行了微调。

首先，测量指定时期内的两次有效用水量。然后将数据与目标交换量进行比较。只冲洗差异，而不是整个体积，从而将冲洗量降至最低并优化能源消耗，而不会增加军团菌的风险。Hycleen 系统可以通过应用程序使用任何智能手机或类似设备进行远程控制。

Hycleen系统可以集成到楼宇管理系统中；它已成功应用于复杂的建筑，如欧洲的酒店、医院、学校、公寓楼和工业厂房。

GF Piping Systems 的 Hycleen 自动化系统是基于云的水质管理系统的一个示例。它具有温度和流量传感器，可连续收集有关水温和流量的数据。（来源：GF 管道系统）

设计案例 2：污染监测Birdz 的 SWARM
浮标测量偏远水库的水质。该系统的多参数探头能够测量质量或环境参数，例如电导率、绝对压力、温度、活性氯、浊度和有机物。采集的实时数据通过其无线通信模块直接传输到终端用户或远程服务器。此外，浮标维护成本低且能源自给自足；它有一个能量模块​​，包括一个电池和一个能量回收系统。这些浮标于 2018 年部署在澳大利亚的马姆斯伯里水库。所需的维护非常低；在部署的第一年，该系统只需要更换一次探头和两次实际维护电话。

展望未来

对智能水管理系统的实施进行了初步投资。使用 IIoT 系统监测水体或水质可能需要大量传感器覆盖需要监测的区域，具体取决于应用。因此，传感器的成本效益以及 IIoT 系统的成本效益是一个考虑因素。一旦安装了系统，未来的回报可能会很大。这些系统将能够提供智能水监测、漏水检测、智能计量、智能配水、洪水监测、农业智能用水和水质改善。随着传感器部署到偏远地区，不断增强传感器以提高可靠性和能源效率并减少维护是关键。


审核编辑：刘清