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。緩解洪水以保護脆弱的城市和基礎設施也是如此。

此外，農業(yè)灌溉需要 48% 的淡水。在剩余的 52% 中，能源生產占 22%，其中 6% 用于工業(yè)用途，24% 用于住宅建筑活動，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。水質差也是一個問題。

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

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

更智能的漏水檢測、智能計量和智能配水

令人驚訝的是，水損壞對房主的風險比火災或盜竊要大得多。漏水導致水被浪費。更重要的是，泄漏可能會損壞房屋的地板、墻壁和天花板，并需要進行昂貴的維修。漏水在歐盟許多國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泄漏。傳感器將收集數(shù)據(jù)并將其發(fā)送回云端進行分析。一旦分析發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)送到智能閥門的命令將自動關閉水，最大限度地減少泄漏。

智能計量可以通過遠程編程的自動“打開”或“關閉”命令來限制用水量，平衡配水并防止不受控制的使用。智能計量還可以防止不受控制和意外的泄漏升級為洪水。

洪水監(jiān)測

隨著氣候變化使天氣更加極端，導致嚴重干旱和大洪水，城市和市政當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)生在冬季大暴風雪之后以及其他季節(jié)的暴雨和颶風之后。盡管衛(wèi)星成像和天氣預報技術取得了進步，但發(fā)布早期準確的洪水預警以挽救生命和避免財產損失仍然是一項挑戰(zhàn)。

在 IIoT 監(jiān)控系統(tǒng)中，GPS 標記的水傳感器或超聲波深度傳感器的分布式網(wǎng)絡可以安裝在橋梁、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)以進行分析。一旦分析確定需要早期洪水預警，移動警報就可以發(fā)送給可能受到影響的當?shù)仄髽I(yè)、急救人員、社區(qū)和政府。洪水監(jiān)測系統(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。

農業(yè)智慧用水

農業(yè)消耗的淡水比任何其他行業(yè)或人類活動都要多。缺乏監(jiān)督和實時管理導致浪費大量灌溉水。

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

此外，智能傳感器可以幫助農民跟蹤溫度、降雨量、濕度和風況。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)測土壤中的其他變量，例如 pH 值，因為土壤酸度過高會阻止植物吸收養(yǎng)分。評估土壤鹽分也很重要，因為有些作物耐鹽，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)測水污染物水平。

許多試點項目表明，農民可以通過使用 IIoT 實現(xiàn)顯著節(jié)水。例如，法國 IIoT 解決方案提供商 Kerlink 正在與荷蘭土壤濕度傳感器生產商 Sensoterra 合作。Robeau 正在與蘇格蘭、愛爾蘭和法國的農場合作，以實現(xiàn) 25% 的節(jié)水。

水質

必須處理工業(yè)、農業(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、懸浮固體和電導率的排放標準。可使用兩種不同的方法來測量污染物：

• 生物需氧量 (BOD) 測量細菌分解廢水中的有機成分所需的氧氣量。
  
• 廢水中的化學需氧量 (COD) 表示無機和有機化學物質的總量。高 COD 水平意味著水中有大量可氧化的有機物質，這會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量較低。

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

設計考慮和挑戰(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重要。用于監(jiān)測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，因此它們還必須堅固耐用以承受極端溫度。預計 10 到 20 年無需維護或更換電池的現(xiàn)場操作，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。

設計案例 1：飲用水質量

GF Piping Systems的 Hycleen 自動化系統(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)以指導系統(tǒng)執(zhí)行液壓平衡、執(zhí)行受控熱消毒、根據(jù)需要沖洗管線或在出現(xiàn)故障時提醒用戶。

此外，對消耗量控制的沖洗進行了微調。

首先，測量指定時期內的兩次有效用水量。然后將數(shù)據(jù)與目標交易量進行比較。僅沖洗差值，而不是整個體積，從而將沖洗量降至最低并優(yōu)化能源消耗，而不會增加軍團菌的風險。Hycleen 系統(tǒng)可以通過應用程序使用任何智能手機或類似設備進行遠程控制。

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

設計案例 2：污染監(jiān)測

來自 Birdz 的 SWARM浮標測量偏遠水庫的水質。該系統(tǒng)的多參數(shù)探頭可以測量質量或環(huán)境參數(shù)，例如電導率、絕對壓力、溫度、活性氯、濁度和有機物。收集到的實時數(shù)據(jù)通過其無線通信模塊直接傳輸?shù)阶罱K用戶或遠程服務器。此外，浮標是低維護和能源自給自足的；它有一個包含電池和能量回收系統(tǒng)的能量模塊。浮標于 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電話。

展望未來

對智能水管理系統(tǒng)的實施進行了初步投資。使用 IIoT 系統(tǒng)來監(jiān)測水體或水質可能會在需要監(jiān)測的區(qū)域使用大量傳感器，具體取決于應用。因此，傳感器以及 IIoT 系統(tǒng)的成本效益是一個考慮因素。一旦系統(tǒng)安裝完畢，未來的回報可能會很大。這些系統(tǒng)將能夠提供智能水監(jiān)測、漏水檢測、智能計量、智能配水、洪水監(jiān)測、農業(yè)智能用水和水質改善。隨著傳感器部署到偏遠地區(qū)，不斷增強傳感器以提高可靠性和能源效率并減少維護是關鍵。


文章來源：eeweb約翰昆

編輯：ymf