久久久91-久久久91精品国产一区二区-久久久91精品国产一区二区三区-久久久999国产精品-久久久999久久久精品

上海上實龍創(chuàng)智能科技股份有限公司

1 目標和概述

1.1 行業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)的供水管網(wǎng)漏損治理方法多以人工排查的方式進行，存在的問題主要集中在以下幾個方面：

（1）傳統(tǒng)的管網(wǎng)漏損治理主要采用聲波技術(shù)進行檢漏，這種方法在很長的一段時間內(nèi)都發(fā)揮了顯著的成效，但從過程和方式來看，屬于被動式的漏損控制方法，對漏水點不能做到及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致泄漏時間延長和水損增大；

（2）隨著供水管網(wǎng)的不斷擴大，人工檢漏的盲目性愈發(fā)明顯，許多地方的管線探測屬于監(jiān)測盲區(qū)；

（3）傳統(tǒng)檢測方式不僅工作效率較低，而且也造成了人力和物力的浪費。

1.2 主要目標

（1）實現(xiàn)自動化監(jiān)測，人員工時節(jié)約50%；

（2）漏損率降至10%以下；

（3）治理漏損效率提高15%~20%；

（4）運行成本節(jié)約20%~30%。

1.3 總體概述

邊緣AI管網(wǎng)漏損管控系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于DMA分區(qū)系統(tǒng)，在每個分區(qū)內(nèi)構(gòu)建了管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上建立機器學(xué)習(xí)模型，訓(xùn)練好的算法模型能夠準確檢測漏水情況、定位漏損點，以及控制水壓穩(wěn)定，保持需水端正常用水，如圖1所示。該方案與傳統(tǒng)DMA方案相比，成本低、效率高、較為靈活，具有廣泛的應(yīng)用價值。

圖1 邊緣AI管網(wǎng)漏損管控系統(tǒng)模型圖

1.4 方案功能與創(chuàng)新

該方案使用海燕邊緣網(wǎng)關(guān)（上實龍創(chuàng)自主研發(fā)的硬件平臺）可直接部署于邊緣側(cè)。通常供水管網(wǎng)多布置于地下或野外，網(wǎng)絡(luò)信號存在盲區(qū)，而本系統(tǒng)已直接將EdgeStudio部署于對應(yīng)每個分區(qū)內(nèi)的邊緣小站設(shè)備中，巡檢人員可在無網(wǎng)絡(luò)情況下，直接通過小站W(wǎng)i-Fi實現(xiàn)平臺登錄，訪問查看該區(qū)域內(nèi)所有的端側(cè)管網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、漏損情況等。

創(chuàng)新如下：

（1）靈活性

邊緣計算的應(yīng)用使本系統(tǒng)可輕量化部署于不同的水務(wù)場景。

（2）分布式

繼承DMA的分區(qū)系統(tǒng)理念，可將每個擁有邊緣小站的區(qū)域作為節(jié)點，分布式開展部署。

（3）準確性

邊緣計算的低延時、低丟包率的特點，解決了信號盲區(qū)導(dǎo)致的監(jiān)測盲區(qū)。

（4）互補性

邊緣計算是對云平臺的一種技術(shù)補位，是一種邊云協(xié)同、端邊聯(lián)動的過程。

2 方案介紹

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

近年來，邊緣計算的崛起和技術(shù)的日漸成熟，開始給各行各業(yè)帶來了新的科技創(chuàng)新和效率提升。針對傳統(tǒng)的DMA分區(qū)系統(tǒng)，在加入邊緣計算和AI算法之后，可彌補現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。改進后的系統(tǒng)包括端側(cè)IoT設(shè)備、邊緣計算小站、AI算法應(yīng)用、云平臺/服務(wù)器等，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 硬件平臺

邊緣側(cè)的硬件平臺使用上實龍創(chuàng)自主研發(fā)的海燕邊緣網(wǎng)關(guān)，該硬件平臺的詳細功能如下：

（1）網(wǎng)關(guān)設(shè)計標準為工業(yè)級計算機使用標準，設(shè)備所有器件選型為工業(yè)級標準。

工作環(huán)境：溫度-20℃～+70℃，濕度20％～90％無凝露

儲運環(huán)境：溫度-40℃～+80℃，濕度15％～95％無凝露

（2）電磁兼容EMC的各項指標達ClassA級工業(yè)級標準。電源接口達到電源防護GB/T17626.5-2008標準4級(4KV)8/20μs雷擊測試；抗脈沖群保護；抗靜電±15kVHuman Body Model；±15kV IEC 1000-4-2 Air Discharge。

（3）設(shè)備平均無故障工作時間（MTBF）不低于100,000小時。

（4）外殼防護等級要達到IP30，能夠防止直徑大于2.5mm的固體外物侵入。外殼和系統(tǒng)安全隔離。

（5）網(wǎng)關(guān)內(nèi)部集成實時時鐘，板載1個CR2032電池（可以使用3年），以確保斷電時，系統(tǒng)時間不丟失。

（6）網(wǎng)關(guān)有2個100M/10M以太網(wǎng)接口支持AUTO MDI/MDIX雙級抗雷防護；支持GB/T 17626.5-2008標準中10/700μs測試的3級2kV防護；±15kVHuman Body Model；±15kV IEC 1000-4-2 Air Discharge能夠接入不同的網(wǎng)段，可以做到內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)的完全隔離。

（7）網(wǎng)關(guān)有4×RS485接口，支持GB/T17626.5-2008標準中10/700μs測試的最高等級4kV防護、±15kVHuman Body Model、±15kV IEC1000-4-2Air Discharge。從協(xié)議要求的角度理論上可以接入124個從設(shè)備。

（8）網(wǎng)關(guān)可外接大容量存儲，容量最多支持128GB。硬件產(chǎn)品外觀如圖3所示。

圖3 硬件產(chǎn)品外觀

2.3 軟件平臺

邊緣AI管網(wǎng)漏損管控系統(tǒng)使用的海燕邊緣網(wǎng)關(guān)，搭載了上實龍創(chuàng)自主研發(fā)的EdgeStudio軟件平臺，該平臺是基于圖形節(jié)點和流程的快速開發(fā)平臺，采用可視化編程方法，將預(yù)定義的代碼塊連接起來執(zhí)行任務(wù)。連接的節(jié)點，通常是輸入節(jié)點、處理節(jié)點和輸出節(jié)點的組合，當它們連接在一起的時候，構(gòu)成一個“流”（Flows），與傳統(tǒng)的程序開發(fā)工具相比，它更好地適應(yīng)物聯(lián)場景。可以與JavaScript和Node.js、C語言混合開發(fā)使用。

EdgeStudio是基于圖形用戶界面的設(shè)備數(shù)據(jù)采集控制開發(fā)工具。支持拖拽式的操作，交互式的設(shè)計器，幫助用戶無門檻零編程地開發(fā)。可搭載公網(wǎng)和本地的多種數(shù)據(jù)源，減少數(shù)據(jù)清洗和變形工作，同時支持自定義協(xié)議開發(fā)、函數(shù)計算能力、數(shù)據(jù)庫使用能力等，滿足各類復(fù)雜業(yè)務(wù)需求。具體編程界面如圖4所示。

圖4 編程界面

同時軟件平臺還具有以下特點：

（1）多重看門狗檢測機制，確保設(shè)備不死機；軟硬件多級檢測，確保不掉線。

（2）龍創(chuàng)IoT基干平臺能夠?qū)λ性诨善脚_上注冊過的網(wǎng)關(guān)進行遠程管理、遠程編輯、數(shù)據(jù)實時查看、固件遠程升級和遠程排查故障。

（3）支持多終端接入；支持客戶端功能；支持DHCP server、DHCP客戶端；IP與MAC地址綁定；DDNS、NAT、DMZ主機、QoS、流量統(tǒng)計，支持TCP/IP、UDP、TFTP、HTTP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

（4）網(wǎng)關(guān)兼容多種主流工業(yè)實時以太網(wǎng)協(xié)議和工業(yè)總線協(xié)議，支持Modbus TCP、Modbus RTU、OPC UA、KNX IP、BACnet IP等協(xié)議；支持SPI防火墻、VPN穿越、訪問控制；支持自定義策略；支持在線鏈路檢測，斷線自動重連；支持設(shè)備運行軟硬件自檢技術(shù)，運行故障自修復(fù)；支持系統(tǒng)狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、路由狀態(tài)查詢；支持Telnet、Web、SSH配置方式；支持OTA升級、本地系統(tǒng)日志、遠程日志、串口輸出日志。

2.4 安全防護

海燕邊緣網(wǎng)關(guān)將UFW網(wǎng)絡(luò)安全管理服務(wù)應(yīng)用到邊緣網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，可以根據(jù)客戶的定制化需求在網(wǎng)關(guān)啟動時對網(wǎng)絡(luò)安全端口進行配置。主要但不限于以下功能：口，并且可以在開機腳本里靈活添加；

（1）允許經(jīng)過授權(quán)的IP訪問網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的固定端

（2）解決邊緣網(wǎng)關(guān)被其他非法用戶進行端口掃描、遠程登錄篡改數(shù)據(jù)程序、非法的網(wǎng)絡(luò)可用性檢查等非法操作。

3 代表性及推廣價值

3.1 應(yīng)用情況及效果

該部分針對上海市某自來水公司對街道社區(qū)供水改造數(shù)據(jù)進行計算分析。自來水公司的供水改造項目的實施成本主要分為實施成本及運營成本，實施成本分為建設(shè)成本以及信息系統(tǒng)建設(shè)成本。成本投入如表1所示。

表1自來水公司的供水改造項目成本投入表

圖5為施工前后每年維修供水設(shè)施支出費用及漏損水經(jīng)濟損失柱形圖，可以看出使用邊緣AI漏損管控系統(tǒng)后，每年的供水管道維修費用逐年遞減。

圖5 施工前后每年維修供水設(shè)施支出費用及漏損水經(jīng)濟損失柱形圖

為了驗證邊緣AI漏損管控系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和有效性，對網(wǎng)上2014~2017年暗漏數(shù)據(jù)進行了詳細的統(tǒng)計，并使用漏點流量測算公式中的容積法進行了漏水量的估算：假設(shè)該街道社區(qū)供水主管直徑為DN=200mm，生活給水管道水流速度2m/s（根據(jù)GB50015《建筑給排水設(shè)計規(guī)范》）計算：

供水總量=（200/2）2×π×2×10-6=0.0628（m3/s）

泄漏量=供水總量×漏損率（漏損率按15%計算）=0.0628×0.15=0.00942（m3/s）

如按上海目前平均水價6元/m3，該街道社區(qū)全年

因漏損水造成的直接經(jīng)濟損失為：

0.00942×60×60×24×365×6=1,782,414（元）

邊緣AI漏損管控系統(tǒng)后，漏損率可降至10%，則每年可減少的經(jīng)濟損失為：0.0628×0.05×60×60×24×365×6=594,138（元）

一套適合該街道社區(qū)的邊緣AI漏損管控系統(tǒng)需花費2,300,000元，整體的投資只需4年不到的時間即可收回所有成本。

3.2 社會價值

目前地球水資源的現(xiàn)狀

（1）水是地球上所有生命的重要來源；

（2）地球有71%的面積為水所覆蓋，但只有不到1%的淡水可為人類直接利用；

（3）有超過40%的世界人口面臨生活嚴重缺水的狀態(tài)，且該數(shù)據(jù)仍在增長。——以上數(shù)據(jù)來源：《世界水發(fā)展報告》

（4）無收益水量（Non-Revenue Water，NRW），是指由漏損、竊水、缺乏計量和運營效率低下等導(dǎo)致的淡水資源浪費的量。據(jù)IWA國際水協(xié)會數(shù)據(jù)，世界上每天約有3.46億立方米的飲用水在輸送給用戶過程中未產(chǎn)生收益，每年因NRW產(chǎn)生的總成本保守估計為140億美元。特別是在一些發(fā)展中國家，漏損的水量占供水量的50%~60%。如果有更好的辦法，能節(jié)省下一半的漏損水量，就意味著可滿足1億人口的用水需求量。利用邊緣AI漏損管控系統(tǒng)，減少無收益水量，可以提高水綜合利用率，降低能耗，實現(xiàn)綠色環(huán)保的水利用系統(tǒng)。為全球水資源的保護貢獻一份力量，造福全人類。

摘自《自動化博覽》2022年2月刊