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。

根據世界衛生組織的數據，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？工業物聯網 (IIoT) 可能會提供一些潛在的解決方案。

更智能的監控

水循環包括許多點。這些點包括用水的建筑物和房屋。循環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。傳感器將收集數據并將其發送回云端進行分析。一旦分析發現異常，發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，發生在冬季大暴風雪之后以及其他季節的暴雨和颶風之后。盡管衛星成像和天氣預報技術取得了進步，但發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。

在 IIoT 監控系統中，GPS 標記的水傳感器或超聲波深度傳感器的分布式網絡可以安裝在橋梁、河流、溪流和雨水渠上。傳感器從不同位置收集水位數據以進行分析。一旦分析確定需要早期洪水預警，移動警報就可以發送給可能受到影響的當地企業、急救人員、社區和政府。洪水監測系統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。

農業智慧用水

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

智能 IIoT 控制的灌溉系統可以從安裝在農場周圍的傳感器收集實時用水數據。根據傳感器數據，系統可以根據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 實現顯著節水。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 25% 的節水。

水質

必須處理工業、農業和生活廢水以去除污染物或污染物。在排放到城市水網或天然水源之前，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 傳感器將有助于監測水處理廠的效率。死水也是污染源。使用 IIoT 傳感器來監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

由于 IIoT 傳感器安裝在大面積上，因此傳感器與其他系統組件之間的連接至關重要。用于監測水的傳感器通常被淹沒或暴露在室外環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場操作，這意味著功耗必須超低。優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 用于保持建筑物中的飲用水衛生。該系統具有溫度和流量傳感器，可分別連續收集水溫和流量數據。分析數據以指導系統執行液壓平衡、執行受控熱消毒、根據需要沖洗管線或在出現故障時提醒用戶。

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。然后將數據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化能源消耗，而不會增加軍團菌的風險。Hycleen 系統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系統可以集成到樓宇管理系統中；它已成功應用于歐洲的酒店、醫院、學校、公寓樓和工業廠房等復雜建筑中。

設計案例 2：污染監測

來自 Birdz 的 SWARM浮標測量偏遠水庫的水質。該系統的多參數探頭可以測量質量或環境參數，例如電導率、絕對壓力、溫度、活性氯、濁度和有機物。收集到的實時數據通過其無線通信模塊直接傳輸到最終用戶或遠程服務器。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

對智能水管理系統的實施進行了初步投資。使用 IIoT 系統來監測水體或水質可能會在需要監測的區域使用大量傳感器，具體取決于應用。因此，傳感器以及 IIoT 系統的成本效益是一個考慮因素。一旦系統安裝完畢，未來的回報可能會很大。這些系統將能夠提供智能水監測、漏水檢測、智能計量、智能配水、洪水監測、農業智能用水和水質改善。隨著傳感器部署到偏遠地區，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