Metode Avansate pentru Detectarea Pierderilor de Apă în Clădirile Inteligente

În ultimii ani, identificarea metodelor de detectare a pierderilor de apă a intrat într-o gamă largă de domenii. Defecțiunile conductelor din rețelele de distribuție a apei duc la pierderea unei cantități considerabile de apă de înaltă calitate. Diferite metode de monitorizare sunt adesea utilizate pentru identificarea infrastructurii defectuoase, care este ulterior întreținută. Presiunile crescute asupra unei rețele de alimentare cu apă în expansiune rapidă necesită dezvoltarea unor tehnologii mai bune de detectare a pierderilor, în special pentru utilizarea în aplicații de clădiri inteligente. Acest articol oferă o examinare detaliată a metodelor de detectare a pierderilor de apă, având ca scop determinarea abordărilor de ultimă generație și formularea de recomandări pentru cercetarea viitoare. Este conceput pentru a evidenția clădirile inteligente, dar poate fi utilizat și într-un alt context similar. Această revizuire concluzionează că, în ciuda realizărilor anterioare, există încă mult loc pentru îmbunătățiri, în special în domeniul modelelor în timp real pentru metodele anterioare de detectare a scurgerilor în automatizarea clădirilor. Aceste modele ar trebui să permită integrarea detectării, evaluării și unui sistem de control care, cu interacțiune umană minimă, poate fi personalizat pentru detectarea eficientă a scurgerilor în circumstanțe de viață reală.

Cuvinte cheie: Detectarea scurgerilor; Inteligență artificială; Clădiri inteligente

  1. Introducere

Pe Pământ, nu există viață fără apă. Este o necesitate de bază pentru supraviețuirea tuturor formelor de viață de pe planetă. Apa este, fără îndoială, motivul pentru care Pământul este singurul loc în care viața poate exista. Consumul global de apă este anticipat să crească cu 55%, în timp ce aproximativ 25% din marile orașe se confruntă deja cu diverse forme de stres hidric. Aproximativ 2,2 miliarde de oameni din lume nu au acces la apă potabilă curată. Una dintre cele mai importante resurse pe care le avem pe această planetă este acest solvent universal. Fără apă, viața ar fi dificilă să funcționeze. Pe lângă reducerea consumului zilnic prin campanii și restricții privind apa, precum și reciclarea apei pentru reutilizare nepotabilă, abordarea principală este minimizarea risipei de apă, care este adesea mai mare decât cantitatea furnizată utilizatorului. Defectele conductelor pot duce la o pierdere semnificativă de apă de calitate imaculată, precum și la energie irosită în procesul de purificare.

Accesul la apă curată nu este niciodată gratuit. Colectarea, stocarea, tratarea și distribuirea apei sunt toate necesități. Toată lumea este responsabilă pentru apa și suntem cu toții parte a soluției. Cu toate acestea, menținerea dezvoltării durabile într-o perioadă de expansiune economică rapidă, urbanizare și schimbări climatice reprezintă o provocare. Obiectivele de Dezvoltare Durabilă (ODD) 6 abordează sustenabilitatea accesului la apă și la serviciile sanitare, concentrându-se pe calitatea, disponibilitatea și gestionarea resurselor de apă dulce, dezvoltându-se pe baza Obiectivului de Dezvoltare al Mileniului aplicabil [4]. Una dintre cauzele posibile ale neîndeplinirii acestor obiective este pierderea de apă în rețea. Disponibilitatea apei este un element critic al dezvoltării urbane pe termen lung. Astfel, este necesară o abordare sistemică pentru dezvoltarea unei metode de detectare a scurgerilor de apă. Automatizarea clădirilor, ca formă de inteligență tehnică în clădirile inteligente, va fi discutată în acest articol.

Idea de a utiliza tehnologii pentru clădiri inteligente nu este nouă, de la clădiri obișnuite la clădiri inteligente. Cele trei elemente principale ale clădirilor inteligente sunt inteligența de gestionare a mediilor interioare, integrarea sistemelor de construcții pe o rețea comună și materialele și construcțiile care pot să se adapteze la schimbări de utilizare și climă. Acest articol se va concentra pe primul dintre elementele menționate, în contextul monitorizării și controlului metodelor de detectare a scurgerilor de apă în clădirile inteligente. În plus, furnizarea de servicii de clădiri pentru a asigura productivitatea ocupanților, minimizând costurile și efectele asupra mediului pe întreaga clădire este caracteristica esențială a unei clădiri inteligente. Clădirile inteligente devin medii controlate și responsive pentru locuitori, companii și societate, datorită progreselor tehnologice în reglarea mediului interior. Prin utilizarea tehnologiei informatice, ideea de clădiri inteligente extinse a fost propusă pentru a aborda atât sustenabilitatea, cât și inteligența. Clădirile din viitor vor fi numite clădiri cu gândire, deoarece vor fi construite cu conceptul de clădiri inteligente.

Scopul clădirilor inteligente este să poată să se autoadministreze, să învețe, să prezică și să se adapteze fără intervenția sau conștientizarea utilizatorilor lor. Senzorii și monitorii pot ajusta rapid și automat temperaturile încăperilor, iluminatul, umbrirea, consumul de energie și apă. Utilizarea tehnologiei informației și comunicației pentru a îmbunătăți calitatea ocupanților în aplicațiile de clădiri inteligente reprezintă una dintre aplicațiile Internet of Things (IoT) în context urban. În acest articol, un sistem inteligent de detectare a scurgerilor de apă, similar sistemelor inteligente de energie care pot captura date în timp real folosind senzori activați de IoT, va fi discutat în continuare. Acest lucru permite optimizarea facilităților de apă prin identificarea scurgerilor și monitorizarea modului în care apa este distribuită în rețea, permițând persoanelor să ia decizii mai bune în gestionarea apei.

Metodele curente pentru detectarea scurgerilor de apă în rețelele de distribuție au mai multe limitări în anumite cazuri. În general, eficiența sistemului este aplicabilă doar pentru un caz specific, care este o abordare costisitoare și consumatoare de timp. De exemplu, o tehnologie cunoscută pentru detectarea scurgerilor este televiziunea în circuit închis (CCTV). Un platformă controlată de la distanță și o cameră instalată pe un robot care călătorește între două puțuri în interiorul conductei fac parte din sistem. Prin urmare, identificarea rapidă și eficientă a scurgerilor de apă este crucială pentru reducerea costurilor generale și îmbunătățirea fiabilității sistemelor dependente de apă. În plus, mai multe părți guvernamentale și industriale sunt îngrijorate de detectarea scurgerilor de apă din cauza pierderilor financiare pe care le provoacă, precum și a riscurilor pentru siguranță. Așadar, acest articol își propune să analizeze cele mai recente metodologii de cercetare privind sistemele de detectare a scurgerilor de apă în contextul aplicațiilor de automatizare a clădirilor, care au stârnit interesul multor cercetători și au generat un număr semnificativ de soluții potențiale.

Tabelul 1 de mai jos este un rezumat comparativ al câtorva recenzii anterioare privind studiile asupra metodelor de detectare a scurgerilor de apă.

Tabelul 1. Rezumat al lucrărilor de revizuire anterioare privind metodele de detectare a scurgerilor de apă.

  1. Tehnologii de Senzorizare

Diverse sisteme de senzorizare pentru detectarea scurgerilor de apă au fost create în întreaga lume pe măsură ce tehnologiile electronice și informatice au avansat. Senzorii sunt critici în crearea de soluții IoT, iar aceștia sunt dispozitive care detectează și înlocuiesc datele externe cu un semnal inteligibil pentru oameni și mașini. La nivelul cel mai de bază, un senzor este un dispozitiv care detectează cantitatea de caracteristică a unui obiect de măsurare și o convertește într-un semnal inteligibil care poate fi afișat pe un instrument. Pe scurt, tehnologia de senzorizare este un sistem care utilizează senzori pentru a colecta date prin detectarea cantităților de proprietăți fizice, chimice sau biologice și pentru a le converti în semnale inteligibile. Conceptele de diverse tehnologii de senzorizare utilizate în sistemele de detectare a scurgerilor de apă vor fi discutate separat în această secțiune.

Prin observații din literatură, metoda de detectare a scurgerilor poate fi împărțită în două categorii principale: metodele bazate pe hardware și metodele bazate pe software. Cele două clase ale sistemului pot fi definite astfel: (1) metodele bazate pe hardware pentru detectarea scurgerilor, în care sistemul se concentrează pe senzori și colectoare de date care sunt utilizate pentru a detecta scurgerile de conducte, și (2) metodele bazate pe software pentru detectarea scurgerilor, în care sistemul se bazează pe programe software pentru a prezice scurgerile. Starea actuală a tehnicii arată că mai multe abordări, inclusiv soluții hardware și software, sunt propuse pentru detectarea scurgerilor. Tehnicile hardware, care implică investiții în instrumente și dispozitive industriale hardware, în special pentru detectarea scurgerilor, pot fi considerate o metodă solicitantă utilizată în industrie. Dezavantajele acestor tehnologii includ scalabilitatea, costurile de instalare și întreținere și consumul semnificativ de energie. În schimb, metodele bazate pe software se bazează pe analiza datelor hidraulice și utilizează atât tehnici convenționale, cât și sofisticate, folosind prelucrarea imaginilor și algoritmi de învățare automată. Mulți dintre problemele de fiabilitate, eficiență, sensibilitate și precizie a localizării cu care s-au confruntat cercetătorii și dezvoltatorii rămân fără răspunsuri.

Diferența majoră dintre cele două clase este că metodele bazate pe hardware pentru detectarea scurgerilor, cunoscute și sub denumirea de sisteme statice de detectare a scurgerilor, pot informa imediat despre apariția scurgerilor, în timp ce metodele bazate pe software pentru detectarea scurgerilor.