BRPI0924873B1

BRPI0924873B1 - método, meio, equipamento e sistema para monitorar um fluxo de um líquido

Info

Publication number: BRPI0924873B1
Application number: BRPI0924873-0A
Authority: BR
Inventors: Shwetak N.Patel; James A. Fogarty; Jon E. Froehlich; Eric C. Larson
Original assignee: University Of Washington
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-08-14
Publication date: 2020-10-13
Also published as: MX2011013233A; JP5557907B2; US20100313958A1; CN104896310B; EP3572782B1; US9939299B2; KR101690815B1; CN102460104A; CA2765089A1; NZ597068A; BRPI0924873A2; WO2010144100A1; CN104896310A; TWI549072B; AU2009347879A1; TW201608492A; US11493371B2; HK1214644A1; EP2440901A1; JP2012529653A

Abstract

DETECÇÃO DE EVENTOS QUE AFETAM O FLUXO DE LÍQUIDO EM UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE LÍQUIDO Mediante monitoração de transientes de pressão em um líquido dentro de um sistema de distribuição de líquido utilizando apenas um único sensor, eventos tais como a abertura e o fechamento de válvulas em instalações específicas são facilmente detectados. O sensor, o qual pode ser facilmente acoplado a um bico de torneira, transmite um sinal de saída para um dispositivo de computação. Cada evento pode ser identificado pelo dispositivo com base em comparação de aspetos característicos da forma de onda de transiente de pressão com aspectos característicos previamente observados para os eventos no sistema. Esses aspectos característicos, os quais podem incluir pressão variável, derivado, e Cepstrum real da forma de onda de transiente de pressão, podem ser usados para selecionar uma instalação específica onde ocorreu um evento de abertura de válvula ou de fechamento de válvula. O fluxo para cada instalação e vazamentos no sistema também podem ser determinados a partir do sinal de transiente de pressão. Um segundo sensor disposto em um ponto diferente do primeiro sensor fornece informação de evento adicional.

Description

PEDIDOS RELACIONADOS

Esse pedido se baseia no pedido de patente dos Estados Unidos copendente anterior, n° de série 12/483.041, depositado em 11 de junho de 2009, cujo beneficio da data de depósito é aqui reivindicado de acordo com 35 USO §120.

ANTECEDENTES

A água é essencial para muitas atividades domésticas (por exemplo, lavagem, limpeza, para cozinhar, beber, para jardinagem). Em 2008, foi estimado pela Environmental Protection Agency (EPA) que 36 estados estarão sujeitos a grave escassez de água nos próximos cinco anos. Além disso, em 2001, a American Water Works Association indicou que apenas uma redução de 15% na utilização da água por todas as residências dos Estados Unidos economizaria 2,7 bilhões de galões por dia conforme estimativa e mais do que 2 bilhões de dólares/ano. Aumentando o problema é uma estimativa mais recente pela EPA de que mais do que 1 trilhão de galões de água vazam a partir dos sistemas de água nas residências dos Estados Unidos todo ano, o que responde por aproximadamente 10% da utilização de água doméstica média. Os vazamentos podem estar em torneiras e válvulas de privada desgastadas, assim como vazamentos em canalizações de água instaladas em estruturas ativas. A maioria dos consumidores não tem mecanismo para medir com exatidão a utilização de sua água doméstica outro do que o consumo total indicado em uma fatura de água mensal (ou bimensal), que se baseia em leituras periódicas do medidor de água. Além disso, os vazamentos que ocorrem nos sistemas de água domésticos frequentemente não são detectados, uma vez que eles não são evidentes para os residentes em uma residência. Para melhor conservar a água e parar os vazamentos, é necessário fornecer aos residentes informação relacionada à água consumida com cada tipo de atividade de consumo de água, a partir da lavagem de uma carga de roupas em uma lavadora de roupas, até um banho de chuveiro ou a descarga de uma privada.

Trabalho anterior que se referiu à monitoração de utilização de água doméstica criou uma abordagem que tem vários empecilhos. Por exemplo, essa abordagem anterior usou microfones prensados contra um exterior de tubos de água específicos em uma residência, incluindo uma entrada de água fria, uma entrada de água quente, e uma saida de águas fervidas, para demonstrar o reconhecimento de várias atividades importantes com base nos padrões de uso de água, tal como a série de ciclos de enchimento associados a uma lavadora de pratos. Essa técnica anterior foi incapaz de diferenciar de forma confiável entre múltiplos casos de utilização de água por aparelhos similares (por exemplo, abertura ou fechamento de válvulas em cada uma das múltiplas pias ou a descarga de múltiplas privadas dentro de uma residência) , não poderia identificar com segurança as atividades simultâneas (por exemplo, uma descarga de privada enquanto uma pessoa está tomando banho), e não tentou estimar o volume de água sendo usado pelo sistema de água durante as atividades de consumo de água. Há também significativas dificuldades no uso dos sensores baseados em áudio devido ao ruido ambiente (por exemplo, ruido produzido por uma unidade de ar condicionado que está instalada próxima a um sensor colocado em um aquecedor de água quente da residência). Além disso, essa abordagem anterior não permitia que vazamentos fossem detectados em instalações especificas.

Em várias aplicações industriais, tais como sistemas de irrigação, sensores proporcionando monitoração de taxa de fluxo de elevada granularidade têm sido usados, mas essas abordagens da técnica anterior ou são proibitivamente dispendiosas para uso residencial (por exemplo, a partir de aproximadamente 2 mil dólares até aproximadamente 8 mil dólares para um único sensor de velocimetria Doppler ultrassónico ou a laser) ou requerem uma instalação profissional por um encanador de múltiplos sensores de fluxo em linha. Um sensor de fluxo em linha é instalado para cada conexão de interesse mediante corte em tubos existentes. Também foi demonstrado em um ambiente de laboratório que os acelerômetros montados no exterior de tubos de água produzem um sinal que tem uma forte relação deterministica com a taxa de fluxo de água, mas esse efeito é altamente sensível ao diâmetro, material e configuração do tubo. Outros propuseram a utilização de um medidor de fluxo de água agregado existente da residência em conjunto com uma rede de acelerômetros nos tubos para inferir as taxas de fluxo por toda uma residência. Contudo, todas essas abordagens da técnica anterior requerem a colocação de múltiplos sensores ao longo de, ou nos percursos do tubo de água que são associados de forma singular com cada conexão de interesse (isto é, eles métodos de detecção direta distribuída que não pode utilizar um único sensor para monitorar todas as instalações em um sistema de água de estrutura).

É, portanto, evidente que seria desejável empregar um melhor método e sistema para monitorar o fluxo de água para cada um de uma pluralidade de diferentes instalações em uma residência ou estrutura unitária multihabitacional que seja de baixo custo e facilmente instalado sem o uso de um encanador. Tais sistema e método devem possibilitar que a utilização de água ou fluxo volumétrico ocorrendo em cada conexão seja facilmente determinado. Além disso, também seria desejável empregar tal sistema e método para detectar o vazamento de água em instalações ou pontos específicos em um sistema de água de uma estrutura, de modo que um local de ao menos certos tipos dos vazamentos possa ser identificado, para facilitar a correção da condição que causou o vazamento.

SUMÁRIO

Esse pedido incorpora especificamente, mediante referência, as revelações e desenhos de cada pedido de patente e patente expedida identificada acima como um pedido relacionado.

Um método novel exemplar foi assim desenvolvido como descrito abaixo, para monitorar um fluxo de um liquido em um sistema de distribuição dentro de uma estrutura. Conforme aqui usado, o termo "estrutura" pretende abranger não apenas as estruturas habitacionais tais como residências, habitações de múltiplas unidades (tais como, duplexes), condomínios, casas, apartamentos, hotéis, motéis, etc., mas também deve-se entender como incluindo qualquer instalação que inclua um sistema de tubos ou condutos para distribuição de líquidos, tal como uma refinaria, uma instalação de fabricação quimica, e uma cervejaria, apenas para citar uns poucos exemplos sem qualquer limitação pretendida ou inferida. Esse método exemplar inclui as etapas de monitorar a pressão de um liquido em um primeiro ponto no sistema de distribuição, e em resposta a isso, produzir um sinal de saida indicativo da pressão no sistema de distribuição. Eventos relacionados ao liquido ocorrendo no sistema de distribuição são então detectados com base nas mudanças em pressão, por exemplo, formas de onda de pressão transitórias, indicadas pelo sinal de saida. Além disso, um tipo especifico de um evento relacionado ao liquido que foi detectado a partir de uma pluralidade de diferentes tipos de eventos é identificado mediante comparação das características do sinal de saida com critérios determinativos associados com a pluralidade de diferentes tipos de eventos.

Várias válvulas diferentes são acopladas tipicamente ao sistema de distribuição. Consequentemente, a etapa de detectar eventos relacionados ao liquido podem incluir o emprego do sinal de saida para detectar uma mudança no estado de uma ou mais das válvulas, isto é, uma válvula que abre mais vezes ou que fecha mais vezes. A válvula que é identificada pode ser associada a uma conexão especifica dentre uma pluralidade de diferentes instalações que são acopladas ao sistema de distribuição, de modo que a conexão especifica é assim identificada mediante detecção da abertura ou fechamento da válvula.

O método pode incluir ainda a etapa de determinar se a válvula associada com a conexão especifica mudou de estado mediante abertura em um número maior de vezes ou fechamento em um número maior de vezes.

Alguns sistemas de distribuição podem incluir um reservatório (por exemplo, um tanque de privada) com uma válvula que se abre automaticamente se um nivel do liquido no reservatório cair abaixo de um nivel predeterminado. Nesse caso, o método pode incluir a etapa de detectar um vazamento a partir do reservatório mediante identificação das características de uma forma de onda transitória de pressão que são indicativas de um ciclo no qual a válvula controlando o fluxo do liquido para dentro do reservatório abre e fecha conforme exigido para reabastecer o reservatório, para substituir o liquido que vazou a partir do reservatório.

Como outra função, o método pode incluir a etapa de automaticamente determinar uma taxa de fluxo volumétrica no sistema de distribuição como uma função tanto do sinal de saida como de uma resistência de fluxo predefinida para o sistema de distribuição. Se o sistema de distribuição incluir uma pluralidade de válvulas dispostas em diferentes pontos, o método pode compreender as etapas de medir de forma empirica a taxa de fluxo volumétrica em cada um de uma pluralidade de diferentes pontos no sistema de distribuição que estão em distâncias variadas a partir de uma entrada para o sistema de distribuição; e, determinar a resistência de fluxo predeterminada para o sistema de distribuição em cada um da pluralidade de diferentes pontos, com base em uma mudança na pressão indicada pelo sinal de saida enquanto a taxa de fluxo volumétrica está sendo medida. A resistência de fluxo predefinida pode ser então estimada para outros pontos onde a utilização de liquido pode ocorrer no sistema de distribuição, com base na resistência de fluxo predeterminada medida na pluralidade de diferentes pontos.

Em algumas aplicações, o sistema de distribuição de liquido pode incluir um detector de fluxo volumétrico de liquido em linha, por exemplo, um medidor de água. Nesse caso, o método pode incluir ainda as etapas de utilizar o detector de fluxo volumétrico de liquido em linha para determinar sucessivamente uma taxa de fluxo volumétrica em cada um de uma pluralidade de diferentes pontos no sistema de distribuição. A taxa de fluxo volumétrica é medida quando uma válvula no ponto é aberta por um periodo de tempo e então fechada. A resistência de fluxo predeterminada para o sistema de distribuição é então determinada em cada um dos vários pontos diferentes, com base na taxa de fluxo volumétrica medida enquanto a válvula naquele ponto estava aberta. Um vazamento de fluxo relativamente pequeno no sistema de distribuição pode ser detectado mediante uso do detector de fluxo volumétrico de liquido para detectar um fluxo do liquido no sistema de distribuição por um periodo de tempo estendido durante o qual nenhuma das válvulas nos sistemas de distribuição foi determinada como tendo sido aberta. Qualquer fluxo que seja medido deve assim resultar do vazamento lento, uma vez que nenhum liquido deve estar passando através das válvulas nominalmente fechadas.

A etapa de identificar um tipo especifico de evento que foi detectado pode compreender as etapas de determinar uma assinatura de onda de pressão transitória predefinida para cada conexão que é acoplada ao sistema de distribuição, e armazenando ou de outro modo salvando as assinaturas de ondas de pressão transitórias predefinidas. Uma assinatura de onda de pressão transitória indicada pelo sinal de saida pode ser então comparada com as assinaturas de ondas de pressão, transitórias predefinidas que foram armazenadas ou salvas, e uma conexão especifica onde o fluxo de liquido mudou pode ser determinada mediante identificação da conexão tendo assinatura de onda de pressão transitória predefinida que combina mais de perto com a assinatura de onda de pressão transitória indicada pelo sinal de saida, e com base em uma localização da conexão especifica no sistema de distribuição.

A etapa de identificar um tipo de evento relacionado ao liquido que foi detectado pode compreender a etapa de segmentar o sinal de saida para isolar eventos discretos, com base nas mudanças de pressão no sistema de distribuição, cada evento discreto que é detectado pode ser então classificado ou como um evento de abertura de válvula ou de fechamento de válvula. Além disso, cada evento de abertura de válvula ou de fechamento de válvula pode ser classificado adicionalmente de acordo com uma conexão especifica que gerou o mesmo.

A etapa de segmentação pode incluir as etapas de filtrar o sinal de saida para produzir um sinal de saida suavizado, e determinar um derivativo do sinal de saida suavizado. O sinal de saida suavizado e seu derivado podem então ser analisados em uma janela deslizante para detectar o inicio de um evento de válvula com base em ao menos uma condição. As possíveis condições incluem aquelas nas quais o derivativo do sinal de saida suavizado excede um primeiro limite predefinido em relação à pressão estática no sistema de distribuição, ou no qual a diferença entre um valor de pressão máxima e um valor de pressão minima na janela deslizante excede um segundo limite predefinido em relação à pressão estática no sistema de distribuição. O derivativo do sinal de saida suavizado pode ser adicionalmente analisado para detectar um término de um evento de válvula com base em uma mudança em um sinal do derivativo e uma magnitude de uma mudança no derivativo. A etapa de classificar cada evento relacionado ao liquido discreto que é detectado como um evento de abertura de válvula ou de fechamento de válvula pode se basear em uma ocorrência de uma condição selecionada do grupo de condições, incluindo: (a) uma magnitude de uma diferença na pressão suavizada no inicio e no fim de um evento de válvula excedendo um terceiro limite predefinido em relação à pressão estática no sistema de distribuição, em que uma diminuição na pressão suavizada entre o inicio e o fim do evento de válvula indica um evento de abertura de válvula, e um aumento na pressão suavizada entre o inicio e o fim do evento de válvula indica um evento de fechamento de válvula; ou (b) com base em um valor médio do derivativo da pressão suavizada entre o inicio do evento de válvula e um primeiro extremo do derivativo, em que um valor médio positivo do derivativo indica um evento de abertura de válvula, e um valor médio negativo do derivativo indica um evento de fechamento de válvula.

O método pode incluir a etapa de associar os eventos de abertura de válvula e de fechamento de válvula com instalações específicas utilizando um classificador baseado em gabarito. Nesse caso, um gabarito tendo uma correlação máxima com as características do sinal de saída é escolhido e identifica a conexão para a qual um evento foi detectado. A escolha é feita após filtração de gabaritos potenciais que podem ser empregados para o classificador de acordo com uma pluralidade de métricas de distância complementares. Essas métricas podem incluir uma métrica de distância de filtro casado, uma métrica de distância de filtro derivativo casado, uma métrica de distância de filtro Cepstrum real, casado, e uma métrica de distância de filtro de erro médio quadrático. O método pode incluir ainda a etapa de determinar limites usados para realizar a etapa de filtrar os gabaritos potenciais, com base nas métricas de distância complementar providas nos dados de treinamento. Se gabaritos correspondendo uma pluralidade de diferentes instalações passam por todos os filtros, um filtro pode ser escolhido entre os possíveis filtros com base em uma única métrica de distância que melhor executa nos dados de treinamento para as instalações. O filtro escolhido pode ser então usado na identificação da conexão para a qual um evento foi detectado.

O método pode incluir opcionalmente a etapa de monitorar a pressão de líquido em um segundo ponto no sistema de distribuição, produzindo outro sinal de saída. O segundo ponto é separado do primeiro ponto. Os eventos relacionados ao líquido ocorrendo no sistema de distribuição podem ser então detectados com base em parte em uma diferença de tempo entre o sinal de saída no primeiro ponto e o sinal de saida no segundo ponto. Além disso, o tipo especifico de evento relacionado ao liquido que foi detectado pode ser selecionado entre a pluralidade de diferentes tipos de eventos, com base em parte na diferença de tempo.

Outra opção é a de aplicar um pulso de pressão transitória no liquido no sistema de distribuição (por exemplo, mediante polarização reversa do sensor de pressão), e detectar uma forma de onda de pulso de pressão correspondendo a uma reflexão do pulso de pressão transitória no sistema de distribuição. Com base nas características da forma de onda de pulso de pressão, um ou mais de um percurso do pulso de pressão transitória e da forma de onda de pulso de pressão através do sistema de distribuição, uma indicação de fluxo de liquido no sistema de distribuição, e/ou um estado de uma ou mais das válvulas no sistema de distribuição, pode ser determinada.

Outro aspecto da revelação e reivindicações se refere a um meio incluindo instruções legiveis e executáveis por máquina para realizar uma pluralidade de funções empregadas na monitoração de um fluxo de um liquido em um sistema de distribuição dentro de uma estrutura quando as instruções legiveis e executáveis por máquina são executadas por um processador. Essas funções são geralmente consistentes com as etapas do método exemplar discutido acima.

Ainda outro aspecto se refere a um equipamento exemplar para monitorar um fluxo de um liquido em um sistema de distribuição dentro de uma estrutura. O aparelho inclui um sensor de pressão que é adaptado para se conectar a um sistema de distribuição para detectar uma pressão no sistema de distribuição e para então produzir um sinal analógico indicativo da pressão. Conforme aqui usado, o termo "sensor de pressão" deve ser interpretado de forma ampla para incluir qualquer sensor que responda aos fenômenos de pressão de liquido em um tubo ou conduto e pode incluir sem qualquer limitação inferida ou pretendida, um sensor tal como um sensor piezorresistivo, um medidor de tensão ou outro sensor que detecte uma deflexão mecânica de um diafragma, um sensor de sistema microeletromecânico (MEMS), um sensor de interferometria de fibra ótica, um sensor capacitivo (por exemplo, respondendo às mudanças em uma distância dielétrica causada pela pressão), um sensor acústico, e um sensor de vibração (por exemplo, um acelerômetro que responde às formas de onda de pressão). Um conector é provido e é dimensionado para acoplar o sensor de pressão a uma conexão (tal como um bocal de torneira) em uma estrutura. Um conversor analógico/digital é usado para converter o sinal analógico a partir do sensor de pressão em um sinal digital. Um microcontrolador é acoplado ao conversor analógico/digital para receber o sinal digital e controla a aquisição do sinal digital e processa o sinal digital para produzir um sinal de saida que é usado para detectar os eventos ocorrendo em um sistema de distribuição, com base nas mudanças em pressão indicadas pelo sinal de saida. O sinal de saida é usado para identificar um tipo especifico de evento entre uma pluralidade de diferentes tipos de eventos. Um enlace de comunicação pode ser incluído para acoplar o sinal de saida a um dispositivo de computação para processamento adicional do sinal de saida.

Ainda outro aspecto da revelação e reivindicações que se seguem se refere a um sistema exemplar para monitorar um fluxo de um liquido em um sistema de distribuição dentro de uma estrutura. O sistema inclui componentes geralmente consistentes com aqueles do equipamento observado acima, e também inclui um dispositivo de computação. O dispositivo de computação inclui uma memória que armazena instruções executáveis por máquina, e um processador que é acoplado à memória para executar as instruções executáveis por máquina. A execução dessas instruções executáveis por máquina faz com que o processador realize uma pluralidade de funções quando o sensor de pressão é conectado a um sistema de distribuição. As funções geralmente são consistentes com as etapas do método revelado acima.

Esse Sumário foi provido para introduzir uns poucos conceitos em uma forma simplificada, que são descritos adicionalmente em detalhe abaixo na Descrição. Contudo, esse Sumário não pretende identificar características cruciais ou essenciais da matéria em estudo reivindicada, nem pretende ser usado como um meio auxiliar na determinação do escopo da matéria em estudo reivindicada.

DESENHOS

Vários aspectos e vantagens inerentes de uma ou mais modalidades exemplares e modificações nas mesmas se tornarão mais facilmente considerados à medida que as mesmas se tornam mais bem-entendidas mediante referência à descrição detalhada seguinte, quando considerada em conjunto com os desenhos anexos, em que:

A Figura 1 é um diagrama esquemático exemplar de um sistema de água básico em uma estrutura residencial de dois quartos, dois banheiros, mostrando como a presente abordagem novel pode ser instalada em um único ponto, tal como uma torneira de mangueira externa, para monitorar a utilização de água durante diferentes atividades em instalações na estrutura, e para detectar vazamentos que podem ocorrer no sistema de água;

A Figura 2A é um gráfico exemplar mostrando uma pressão característica (psi) versus resposta de tempo (segundos) detectada utilizando a presente abordagem novel durante um evento de abertura de válvula, que é identificado como abertura de uma torneira de cozinha em uma estrutura residencial;

A Figura 2B é um gráfico exemplar mostrando uma pressão característica (psi) versus (tempo de resposta (segundos) detectada durante a presente abordagem novel durante um evento de fechamento de válvula, que é identificada como o fechamento da torneira de cozinha que estava aberta na Figura 2A;

A Figura 3 é um diagrama funcional de blocos de um sensor de pressão e controlador que é usado em uma modalidade exemplar da presente abordagem novel, na qual um rádio Bluetooth é empregado para transmitir um sinal de saida indicativo da pressão para um dispositivo de computação para processamento e classificação adicionais;

A Figura 4 é um gráfico resumindo os dados relacionados a nove estruturas residenciais nas quais foi testada a abordagem novel presente;

A Figura 5 são três gráficos ilustrando ondas de pressão de abertura e fechamento de válvula exemplares (pressão versus tempo) respectivamente, para uma torneira, uma privada, e uma banheira, em que uma válvula na conexão respectiva foi aberta, permaneceu aberta por um intervalo de tempo, e foi então fechada;

A Figura 6 é uma tabela exemplar ilustrando a percentagem de eventos de abertura de válvula de conexão e de fechamento de fechamento de válvula de conexão que foram corretamente identificados em teste da presente abordagem novel nas nove estruturas residenciais da Figura 4;

A Figura 7 é uma tabela exemplar ilustrando uma vista diferente dos resultados da Figura 6, em que os eventos de abertura e fechamento de válvula de conexão, percentuais corretamente identificados são ilustrados para cada tipo de conexão nas estruturas residuais de teste;

A Figura 8 é uma tabela ilustrando os dados de erro para a taxa de fluxo determinada para válvulas abertas em quatro das estruturas residenciais de teste indicadas na Figura 4, utilizando a presente abordagem novel;

A Figura 9 é um gráfico exemplar mostrando erro médio na taxa de fluxo versus o número de amostras, para válvulas abertas em quatro das estruturas residenciais de teste da Figura 4;

A Figura 10 é um gráfico exemplar de pressão versus tempo para uma pluralidade de eventos de sobreposição ocorrendo em um sistema de água, em que as válvulas para um chuveiro, uma privada, e uma torneira são abertas em periodos de tempo sobrepostos, ilustrando que a presente abordagem novel é capaz de detectar cada evento e cada conexão na qual ocorreu o evento;

A Figura 11 é um diagrama de fluxo lógico ilustrando etapas exemplares que podem ser usadas na presente abordagem para detectar eventos de conexão/váIvula;

A Figura 12 é um diagrama de fluxo lógico ilustrando etapas exemplares que podem ser usadas para classificar os eventos de válvula de acordo com a presente abordagem novel;

A Figura 13A ilustra os sinais brutos de saida a partir de dois sensores de pressão dispostos em diferentes pontos em um sistema de água de uma estrutura, ilustrando o retardo de tempo entre os sinais de saida para um evento de conexão comum;

A Figura 13B ilustra as formas de onda resultando da passagem de cada um dos dois sinais brutos de saida da Figura 13A através de um filtro passa-baixa de 13 Hz, mostrando claramente o deslocamento de tempo entre as duas formas de onda devido aos diferentes percursos de propagação de sinal para cada sensor de pressão a partir da conexão;

A Figura 14A indica um sinal de pressão ativo que é usado como um sinal de sondagem, em que o sinal de pressão ativo é gerado por um transdutor de pressão e introduzido em um sistema de água de uma estrutura, de modo que o sinal de pressão ativo se propaga através dos tubos;

A Figura 14B é um sinal de pressão refletido recebido a partir da tubulação de sistema de água, um curto periodo de tempo após o sinal de pressão ativo da Figura 14A ter terminado; e

A Figura 15 é um diagrama funcional de blocos, exemplar de um dispositivo de computação geralmente convencional, tal como um computador pessoal, o qual pode ser utilizado para processar o sinal de saida a partir do sensor de pressão e controlador do presente sistema novel.

DESCRIÇÃO Figuras e Modalidades Reveladas Não são Limitadores

Modalidades exemplares são ilustradas nas figuras citadas dos desenhos. Pretende-se que as modalidades e figuras aqui reveladas sejam consideradas como ilustrativas mais propriamente do que restritivas. Nenhuma limitação no escopo da tecnologia e das reivindicações a seguir deve ser imputada aos exemplos mostrados nos desenhos e aqui discutidos.

Sistema Exemplar para Monitoração da Utilização de Água

A maioria das residências modernas é conectada a um sistema de fornecimento de água pública ou a um poço privado que proporciona água sob pressão para a entrada de um sistema de água na residência. Companhias de serviço público se baseiam em estações de bombeamento e na ação de gravidade para distribuir a água através das redes em uma pressão de água suficiente para atender às exigências de fluxo de água em cada residência ou outro tipo de estrutura abastecida com água pela companhia de serviço público. As residências são conectadas a uma rede de água por intermédio de uma linha de serviço menor, e um medidor de água é tipicamente disposto nessa conexão ou próxima a essa conexão. Uma válvula de refluxo próxima ao medidor de água impede que a água a partir da estrutura flua de volta para a rede. Residências com poços privados utilizam uma bomba para puxar a água do solo e para dentro de um pequeno tanque de pressão de ar cativa dentro da residência, onde ela é armazenada sob pressão, de modo que a bomba não precisa funcionar continuamente quando uma válvula no sistema de água está aberta.

A Figura 1 ilustra um sistema de água residencial tipico 20 para uma estrutura de dois banheiros. A água fria entra através de uma linha de serviço 22 que é acoplada à rede de fornecimento de água (ou um poço privado) , tipicamente em 50-100 libras por polegada quadrada (psi) dependendo de fatores tais como a elevação da residência e sua proximidade com um reservatório ou estação de bombeamento (ou outros fatores se um poço privada for a fonte da água). Muitas residências têm um regulador de pressão 24 adjacente a um medidor de água 26 que protege a residência a partir de transientes (ou picos de pressão) que podem se propagar a partir da rede e também reduz a pressão de água de chegada a um nivel seguro para as instalações e aparelhos domésticos.

A jusante do regulador há dois leiautes básicos encontrados em tubulação tipica residencial, canalizado em série e ramificado. Quase todas as residências de múltiplas instalações têm uma combinação desses dois leiautes. Um tubo de fornecimento de água fria 42 é derivado para as instalações individuais de água (por exemplo, para fornecer água às privadas, pias, e chuveiros) e também fornece água fria à entrada de fornecimento de um aquecedor de água 36. Um aquecedor de água tradicional aquece a água em um tanque isolado utilizando elementos de resistência elétrica, ou um queimador acionado a gás (nenhum deles é mostrado). Quando água quente é usada, a pressão a partir da linha de fornecimento de água fria força continuamente a água quente a partir do tanque de água quente através de uma linha de água quente 44 quando o tanque é reabastecido com água fria. Cada tanque de água quente tem uma válvula de escape de pressão (não mostrada) para impedir uma possivel explosão devido ao aquecimento excessivo e pressão de vapor resultante, assim como uma válvula de drenagem 40 (importante para manutenção, uma vez que os aquecedores de água devem ser drenados ao menos uma vez por ano para descarregar os depósitos minerais e aumentar a eficiência de operação). Muitas residências também têm um tanque de expansão térmica de ar cativo 38 conectado próximo à entrada de fornecimento de água fria do aquecedor de água se o sistema incluir uma válvula de refluxo no medidor de água e assim é um "sistema fechado". O tanque de expansão térmica 38 acomoda a expansão térmica da água fria que está sendo aquecida dentro do aquecedor de água após a água quente ser tirada do tanque de água quente. Em vez de um tanque de água quente que retém a água aquecida até ser necessária, algumas estruturas utilizam aquecedores de água sem tanque que proporcionam água quente sob demanda mediante rápido aquecimento da água fria à medida que ela passa através de um trocador de calor, utilizando o calor fornecido pelos elementos de resistência elétrica ou queimadores a gás. Ambos os tipos de dispositivos para aquecer água criam uma conexão entre as linhas de água fria e de água quente de um sistema de água, e as flutuações de pressão monitoradas na presente abordagem são propagadas através de ambos os tipos de aquecedores de água tanto para a porção de água quente como para a porção de água fria de um sistema de água.

Nesse exemplo, um sensor de pressão 30 é enroscado em um bico de torneira exterior 32. A válvula nessa torneira é aberta de modo que o sensor de pressão é capaz de responder à pressão do sistema de água na estrutura, produzindo um sinal correspondente que é produzido e transmitido como um sinal de saida para um dispositivo de computação, conforme descrito em maior detalhe abaixo.

Acoplada ao sistema de água em um primeiro banheiro da estrutura está uma primeira privada 46, uma primeira pia de banheiro com uma válvula de água fria 48a e uma válvula de água quente 48b, e uma banheira 50 tendo as duas válvulas de água, fria e quente (nenhuma delas é mostrada) . Uma cozinha inclui uma pia de cozinha com uma válvula de água fria 52a e uma válvula de água quente 52b, e uma lavadora de pratos 54 (tendo válvulas solenoides eletromecânicas de água quente e de água fria, nenhuma delas é mostrada). Em um segundo banheiro existe um chuveiro 56 (com válvulas de água, quente e fria - não mostradas), uma segunda pia com uma válvula de água fria 58a e uma válvula de água quente 58b, e uma segunda privada 60. A estrutura inclui ainda uma máquina de lavar roupas 62, a qual também inclui válvulas de solenoide eletromecânicas (não mostradas) controlando ambos, o fluxo de água quente e o fluxo de água fria a partir do sistema de água.

Identificando instalações de água

O sistema de água forma um sistema de pressão de circuito fechado, com a água sendo mantida em uma pressão estável por toda a tubulação quando nenhuma água está fluindo no sistema de água. Estruturas com um regulador de pressão terão uma pressão substancialmente estável a menos que a pressão de fornecimento caia abaixo do ponto determinado do regulador. Estruturas sem um regulador de pressão podem experimentar mudanças insignificantes ocasionais na pressão de água dependendo das demandas de água na vizinhança da linha de fornecimento principal, que são detectadas como flutuações na pressão de água no sistema de água de uma estrutura.

Quando uma válvula é aberta ou fechada (seja em uma torneira de banheiro ou cozinha ou uma válvula de solenoide eletromecânica em uma máquina de lavar pratos ou máquina de lavar roupas), ocorre uma mudança de pressão, e um impulso de onda de pressão transiente é gerado no sistema de água (conforme mostrado respectivamente nos gráficos 100 e 102 nas Figuras 2A e 2B). A pressão transiente é um fenômeno de ondas que resulta de uma rápida mudança da velocidade de água em uma canalização (similar aos transientes elétricos em uma linha de força). A onda de pressão transiente ocorrendo quando uma válvula é rapidamente aberta ou fechada frequentemente é referida como uma oscilação ou choque hidráulico e pode algumas vezes criar um ruido de martelagem ou audivel alto quando a onda de choque de pressão se desloca através dos tubos. A magnitude do surto de pressão transiente é independente de e muito maior do que a pressão de operação. O pulso de pressão transiente pode ser positivo ou negativo, dependendo da taxa positiva ou negativa de mudança de pressão (isto é, se uma válvula está sendo aberta ou fechada no sistema de água). Aparelhos tais como lavadoras de prato ou máquinas de lavar roupa controlam suas válvulas de solenoide eletromecânicas de modo que elas mudam de estado rapidamente e assim frequentemente criam o choque hidráulico mais acentuado. Em comparação, uma válvula de torneira que é aberta ou fechada mais propriamente de forma lenta produz menos de um pulso de choque hidráulico.

Uma mudança súbita no fluxo pode criar transientes perigosamente elevados que excedem os limites de segurança de pressão de operação para tubos residenciais. O tanque de expansão térmica 38 (Figura 1) oferece alguns, porém não completo, amortecimento desses transientes. Em alguns sistemas de água, tubos verticais cheios de ar são instalados adjacentes às linhas de entrada para uma máquina de lavar roupa ou máquina de lavar pratos para proporcionar amortecimento local dos transientes. A mudança no estado da maioria das válvulas se manifesta como um impulso de choque hidráulico que é inofensivo, porém o qual pode ser detectado por um sensor de pressão instalado no sistema de água. As formas de onda de choque hidráulico duram tipicamente vários segundos, à medida que a onda de pressão transiente oscila para frente e para trás através dos tubos. Utilizando a presente abordagem, o efeito de choque hidráulico pode ser detectado em qualquer local dentro do sistema de água (mesmo com amortecedores instalados), desse modo possibilitando detecção de ponto único dos efeitos por todo o sistema de água.

A presente abordagem se baseia no fato de que um transiente de pressão singular ou assinatura de choque hidráulico detectada para uma conexão especifica depende do tipo de válvula e de sua localização no sistema de água da estrutura. A capacidade da presente abordagem em detectar uma localização de um evento proporciona grande capacidade de discriminação, possibilitando distinguir entre duas instalações do mesmo modelo (por exemplo, entre eventos ocorrendo em duas das mesmas privadas na residência) e até mesmo entre duas válvulas na mesma conexão (por exemplo, entre as válvulas de água guente e de água fria em uma conexão de pia) porque seus impulsos de onda de pressão percorrem diferentes percursos através da infraestrutura de tubo do sistema de água antes de atingir o sensor de pressão. A magnitude da queda de pressão e onda de choque resultante dependem de uma localização relativa do sensor de pressão para a fonte do evento, mas o formato da assinatura não muda. Como discutido abaixo, também se considera que vários sensores de pressão poderiam ser instalados em pontos diferentes no sistema de água, de modo que uma diferença de tempo entre as formas de onda de pressão transiente sendo detectadas pelos sensores de pressão podem proporcionar informação adicional útil para identificar um evento e a localização da conexão com a qual o evento é associado.

Estimando o fluxo

Mudanças em pressão e na taxa de um inicio de transiente de pressão possibilitam detecção exata dos eventos de abertura de válvula e de fechamento de válvula. A pressão também pode ser usada para medir a taxa de fluxo no sistema de água, que é análoga a um circuito elétrico, onde conhecendo-se a resistência (isto é, restrições de tubo, curvas, etc., que causam a resistência ao fluxo) e a mudança em voltagem (isto é, pressão) possibilita uma determinação da corrente elétrica (isto é, taxa de fluxo).

A taxa de fluxo é relacionada à mudança de pressão por intermédio da Lei de Poiseuille (também referida como equação de Hagen-Poiseuille), que declara que a taxa de fluxo volumétrico do fluido em um tubo Q depende do raio do tubo r, do comprimento do tubo L, da viscosidade do fluido p e da queda de pressão ΔP:

A Equação (1) pode ser simplificada pela formulação de resistência ao fluido, que determina que a resistência ao fluxo é proporcional à queda em pressão dividida pela taxa de fluxo volumétrico.

Assim, é possivel utilizar a resistência ao fluido para resumir parte da complexidade variável da Lei de Poiseuille, resultando na fórmula simples:

A presente abordagem novel mede a mudança em pressão ΔP quando uma válvula é aberta ou fechada. Para computar Q, é necessário estimar a incógnita restante R/. Nesse caso, R/ é limitado por dois fatores: viscosidade da água e comprimento de tubo, L. A viscosidade da água pode ser facilmente calculada como uma função da temperatura da água e com base no fato de que o diâmetro interno da maioria dos tubos residenciais ou é de 1/4 polegadas ou 3/8 polegadas. Assim, L, o comprimento do tubo, é a incógnita principal e mudará dependendo da conexão de água sendo usada, uma vez que cada percurso a partir da entrada de um sistema de água, até cada conexão diferente na estrutura, é tipicamente diferente.

Essas equações não são abrangentes. Por exemplo, elas não consideram as variações na lisura da superfície interna do tubo, o número de curvas, válvulas, ou limitações nos tubos, nem a orientação do tubo (por exemplo, efeitos causados pela força de gravidade e mudanças em pressão barométrica). Contudo, esses efeitos podem ser tratados como insignificantes para as redes de tubos residenciais. A estimativa para R/ pode ser simplificada para cada residência mediante amostragem da taxa de fluxo em locais estratégicos (de modo a variar a distância a partir da entrada de sistema de água até estrutura) , e com base em umas poucas medições da resistência ao fluxo em diferentes válvulas, proporcionam uma estimativa razoavelmente precisa para a resistência para as válvulas restantes na estrutura.

Modelo de Monitor de Pressão Exemplar

Conforme mostrado na Figura 3, uma modalidade exemplar de um monitor de pressão 110 inclui um sensor de pressão de aço inoxidável customizado 112, um conversor analógico/digital de 16 bits (ADC) 114, um microcontrolador 116, e um rádio sem fio Bluetooth 120. O rádio sem fio Bluetooth transmite um sinal de saida 122 (conduzido como um sinal de rádio Bluetooth) que é indicativo da pressão no sistema de água detectado pelo sensor de pressão 112. (Alternativamente, outros tipos de sinais sem fio tal como IEEE 802.11 (WiFi), ou um enlace de comunicação cabeado (tal com uma linha Ethernet ou USB) pode em vez disso ser usada para conduzir o sinal de saida para um dispositivo de computação para processamento adicional e armazenamento.) O microcontrolador 116 proporciona um sinal de controle para fechar um comutador de transistor de efeito de campo 118 (ou outro comutador eletrônico) para controlar a amostragem de pressão por intermédio do sensor de pressão 112. Um fornecimento de energia regulado 124 proporciona energia de corrente direta (DC) par energizar o motor de pressão inteiro. O dispositivo de computação pode ser um computador separado ou pode em vez disso ser incorporado no alojamento de monitor de pressão. Além disso, o sinal de saida pode ser armazenado no monitor de pressão utilizando-se uma memória. Por exemplo, um chip de memória de barramento serial universal (USB) ou outro tipo de chip de memória de armazenamento removível poderia ser empregado para armazenar o sinal de saida para processamento subsequente quando a memória é movida para um dispositivo de computação. Como uma alternativa adicional, a memória poderia ser interrogada periodicamente para mover os dados de sinal de saida armazenados para um dispositivo de computação ou outra memória para processamento subsequente.

Duas modalidades diferentes do sensor de pressão foram empregadas, incluindo uma com uma faixa de pressão de 0-50 psi e a outra com uma faixa de pressão de 0-100 psi. A faixa dinâmica superior é útil para monitorar a pressão de água em estruturas com uma elevada pressão de fornecimento ou quando um regulador de pressão não é incluído no sistema de água para a estrutura. O sensor de pressão usado nesse modelo exemplar era um sensor de pressão da série P1600™ fabricado pela Pace Scientific, tendo um conector macho NPT de 1/4 polegadas embutido, o qual foi adaptado com um adaptador de latão de 3/4 polegadas e vedado utilizando-se uma fita Teflon™. Esse adaptador possibilitou ao sensor ser facilmente enroscado em qualquer bico de torneira de água padrão, tal como aquele ao qual uma mangueira de jardim poderia ser conectada. O sensor de pressão tem uma faixa de temperatura de operação de -40°F até 257°F, e um tempo de resposta de pressão de menos do que 0,5 milissegundos. A taxa de amostragem máxima teórica, portanto, é de aproximadamente 2 kHz, porém 1 kHz deve ser mais suficiente para detectar transientes e uma taxa razoável para a transferência de dados para um dispositivo de computação para processamento. Conforme observado acima, muitos outros tipos de sensores que são responsivos aos fenômenos de pressão poderiam ser usados no monitor de pressão em vez do sensor de pressão Pace Scientific.

A saída do sensor de pressão é raciométrica para uma voltagem de fornecimento de 5 VDC (isto é, a voltagem de saída é uma razão relativa à voltagem de fornecimento, de modo que pequenas mudanças na voltagem de fornecimento não afetam o nível ou a exatidão do sinal de saída) . Um Texas Instruments ADS8344™ ADC de 16 bits e um microcontrolador AVR foram utilizados nesse monitor de pressão exemplar, proporcionando uma resolução de aproximadamente 0,001 psi para o sensor de pressão de 0-50 psi e aproximadamente 0,002 psi para o sensor de pressão de 0-100 psi. O rádio Bluetooth é de uma Classe 1, implementando um perfil de porta serial. Essa modalidade de monitor de pressão exemplar foi capaz de amostrar de forma segura e emitir em fluxo continuo os dados de pressão de sinal através do canal Bluetooth para um computador pessoal convencional (PC) (como aquele mostrado na Figura 15) em uma taxa de dados de aproximadamente 1 kHz. Um chip de regulador de energia de baixa queda de 5 V foi usado no fornecimento de energia regulado 124 para regular a voltagem CD a partir de uma única bateria de 9 V para prover energia para os componentes de monitor e pressão. Contudo, considera-se que uma bateria fornecendo uma voltagem diferente, ou um tipo de bateria diferente, ou um fornecimento de energia de fonte de linha de corrente alternada (CA) ou alguma outra fonte de energia poderia em vez disso ser usada para prover a energia CD para energizar os componentes do monitor de pressão 110.

O sensor de pressão 112 tem uma classificação de choque mecânico de mais de 100 g, tornando o mesmo insensível ao dano devido à vibração de tubo causada ocasionalmente por alguns eventos de choque hidráulico. Embora o sensor de pressão seja calibrado e testado em relação à linearidade no fator onde ele é feito, a saida do módulo de monitoração de pressão inteiro foi testada mediante aplicação de pressões conhecidas ao sensor de pressão. Dez amostras foram colhidas com o sensor de pressão conectado a um compressor de água de pressão regulada proporcionando uma pressão de água conhecida com exatidão. Todas as medições estavam dentro da tolerância do sensor de pressão de ±0,25% em 25°C. A unidade inteira é à prova d'água e pode ser instalada em locais úmidos. Uma implementação exemplar atual do acoplamento de sensor de pressão não oferece uma capacidade de passagem direta (isto é, não possibilita a conexão de sistema de água onde o sensor de pressão é conectado, também ser conectada a uma mangueira ou outro acoplamento), mas essa modificação pode ser claramente implementada por agueles de conhecimento comum na técnica, por exemplo, utilizando uma conexão "T" ou "Y" com as extremidades roscadas apropriadas.

Coleta de Dados durante Testes em Nove Estruturas Residenciais

Para validar essa abordagem novel, o módulo de sensor de pressão exemplar, e os algoritmos usados para processar o sinal de saida a partir do módulo de sensor de pressão, dados rotulados foram coletados em nove estruturas residenciais, Hl - H9, localizadas em três cidades. As estruturas residenciais eram de estilo, idade, e diversidade variável de sistemas de água, conforme mostrado na Tabela 130 na Figura 4.

Para cada estrutura residencial, a pressão de água estática de linha de base foi primeiramente medida, e o sensor de pressão apropriado (isto é, o sensor de pressão da faixa de 0-50 psi ou de 0-100 psi) foi então instalado em um bico de mangueira de água disponível, torneira de pia de rede pública, ou válvula de drenagem de aguecedor de água. Cada sessão de coleta foi conduzida por um par de pesquisadores. Uma pessoa registrou as assinaturas de pressão detectadas em um laptop enquanto que a outra ativou as instalações de água na estrutura. As assinaturas de pressão foram gravadas utilizando uma ferramenta de registro gráfico, que também proporcionou retorno em tempo real dos dados de pressão por intermédio de um rolamento de gráfico de linha de tempo/série. Cinco ensaios foram conduzidos para cada válvula em cada conexão (por exemplo, cinco ensaios para uma válvula de água quente, e cinco ensaios para uma válvula de água fria) . Para cada ensaio, uma válvula foi aberta completamente por ao menos 5 segundos ou então fechada.

Para quatro das nove estruturas residenciais IH1, H4, H5, e H7), a informação de taxa de fluxo também foi coletada para instalações de torneira de chuveiro e torneira de pia de cozinha e banheiro. Além de registrar a pressão detectada, o tempo exigido para encher um recipiente calibrado até um volume de um galão foi medido (esse método é preferido pelas companhias de serviço público de água para medir com exatidão a taxa de fluxo) . Essa etapa foi repetida para cinco ensaios para cada válvula. O processo de coleta de dados na residência produziu um total de 689 ensaios de conexão e 155 ensaios de taxa de fluxo através de 76 instalações.

Visão Geral da Análise de Identificação de Evento de Conexão

Após os dados serem coletados, uma abordagem de três etapas foi empregada para examinar a praticabilidade de se identificar eventos individuais de conexão de acordo com ondas de pressão de transiente singular que se propagaram para o sensor de pressão a partir de cada conexão onde ocorreu o evento. Lembrando que cada evento de válvula corresponde a um sinal de transiente de pressão quando uma válvula ou está aberta ou fechada, cada evento de válvula individual foi primeiramente segmentado a partir do fluxo de dados, e seu inicio e fim foram identificados para possibilitar análise adicional. A seguir, cada evento de válvula foi classificado quer seja como um evento de abrir válvula ou um evento de fechar válvula. Finalmente, o evento de válvula foi classificado de acordo com a conexão específica que gerou o mesmo. Inicialmente, apenas eventos que ocorreram em isolamento foram identificados. A análise dos eventos compostos (sobreposição) é discutida abaixo.

Segmentação de Evento de Válvula

Antes de analisar as características de um evento de válvula, o evento deve ser primeiramente segmentado (isto é, isolado) a partir do sinal de saida do sensor de pressão. A segmentação deve ser eficaz para muitos tipos diferentes de eventos, e assim, é importante considerar apenas aquelas instalações do sinal de saida a partir do sensor de pressão que provavelmente são mais tipicas de todos os eventos de válvula. A abordagem que foi usada é ilustrada nos gráficos 140, 142 e 144 na Figura 5 (e também é ilustrada nos gráficos 100 e 102 nas Figuras 2A e 2B). Em um método exemplar, o sinal bruto de saida é suavizado utilizando filtros passa-baixa de resposta de impulso finito de fase linear (por exemplo, um filtro passa-baixa de 13 Hz e um filtro passa-baixa de 1 Hz). O sinal de saida suavizado a partir do filtro passa-baixa de 13 Hz e um derivativo do sinal de saida suavizado a partir do filtro passa-baixa de 1 Hz são então analisados em uma janela deslizante de 1.000 amostras (correspondendo a um segundo de pressão detectado).

O inicio de um evento de válvula corresponde a uma de duas condições. A mais comum é quando o derivativo do sinal de saida de sensor de pressão suavizado excede um limite especificado relativo à pressão estática, indicando uma rápida mudança (por exemplo, um derivativo aproximadamente igual a 2 psi/segundo pode ser exigido para um sistema de água de estrutura residencial tendo pressão estática de 45 psi, escalonada pela pressão estática efetiva do sistema de água de estrutura) . Uma segunda condição menos comum é detectada quando a diferença entre os valores máximo e minimo na janela deslizante excede um limite em relação à pressão estática, indicando uma mudança lenta, porém substancial (por exemplo, aproximadamente uma diferença de 1 psi pode ser exigida para uma estrutura residencial tendo uma pressão estática de 45 psi, escalonada pela pressão estática efetiva). Após o inicio de um evento de pressão de válvula ser detectado por intermédio de qualquer um dos métodos, a próxima mudança no sinal do derivativo representa o extremo desse evento de válvula em relação à pressão estática precedente (a qual pode ser um máximo ou um minimo).

O fim de um evento de válvula segmentado pode então ser detectado como um primeiro ponto no qual um extremo de uma flutuação (isto é, uma mudança em um sinal do derivativo) é menor do que uma percentagem predefinida (por exemplo, 5%) da magnitude do primeiro extremo após o inicio do evento. Também é possivel para um evento terminar com um rápido aumento na magnitude de uma flutuação, que corresponde à ocorrência de um evento composto (ou sobreposição), conforme discutido abaixo em maior detalhe. A aplicação desse método aos dados coletados em uma estrutura residencial produziu segmentações apropriadas de 100% dos eventos de válvula a partir de seu fluxo de dados de sinal de saida de pressão circundante.

Classificando os Eventos de Abertura de Válvula e de Fechamento de Válvula

Após segmentar cada evento de válvula, o evento de válvula é classificado ou como um evento de abertura de válvula ou como um evento de fechamento de válvula. Um evento de abertura de válvula corresponde a uma válvula abrindo mais, enquanto que um evento de fechamento de válvula corresponde a uma válvula fechando mais. A válvula pode abrir completamente a partir de um estado completamente fechado, ou pode fechar completamente a partir de um estado completamente aberto, ou pode simplesmente abrir mais ou fechar mais do que era previamente o caso. Um classificador é aplicado o qual primeiramente considera a diferença na pressão suavizada no inicio e no fim do evento segmentado. Se a magnitude dessa diferença exceder um limite (por exemplo, 2 psi para uma estrutura residencial tendo uma pressão estática de 45 psi, escalonada pela pressão estática efetiva), o evento pode ser imediatamente classificado (uma diminuição em pressão corresponde a uma válvula aberta e um aumento de pressão corresponde a um evento de fechamento de válvula) . De outro modo, o evento é classificado de acordo com o valor médio do derivado entre seu inicio e seu primeiro extremo. Um evento de abertura de válvula cria uma diminuição inicial de pressão (um derivado médio positivo), enquanto que os eventos de fechamento de válvula criam um aumento de pressão inicial (um derivado médio negativo). Aplicando-se esse método aos eventos de válvula segmentados a partir dos dados que foram coletados a partir das estruturas residenciais obteve-se como resultado uma classificação 100% correta dos eventos de abertura de válvula e de fechamento de válvula.

Classificação de Instalação

Os eventos de abertura de válvula e de fechamento de válvula podem ser associados com instalações especificas em uma estrutura utilizando um classificador baseado em gabarito. Ao classificar um evento desconhecido, os potenciais gabaritos são primeiramente filtrados de acordo com quatro métricas de distância, complementares.

Uma primeira métrica de distância que é usada é um filtro casado, o qual é muito comum na teoria de detecção de sinal. Um filtro casado é um mecanismo de detecção ótima na presença de ruido branco aditivo. Sua limitação principal é que os sinais de transiente de pressão que devem ser diferenciados não são ortogonais. Fazer esses sinais ortogonais exigiria conhecimento especifico da fonte de cada evento, que é exatamente a informação que precisa ser inferida.

A segunda métrica de distância é um filtro casado derivado que é incluído devido ao fato de que os derivados dos eventos sempre lembram senoides exponencialmente decrescentes. Portanto, é razoável concluir que os derivados são mais ortogonais do que os sinais de pressão originais, e que esse filtro casado derivado poderia prover valor distinto do filtro casado simples.

A terceira métrica de distância se baseia no filtro casado Cepstrum real, o qual é a transformada inversa de Fourier do logaritmo natural da magnitude de uma transformada de Fourier do evento. Essa métrica tenta aproximar a versão original de um sinal que esteve passando através de um filtro desconhecido (exatamente quando o evento de válvula que está sendo classificado foi transformado pela propagação do sinal de transiente de pressão através de um percurso desconhecido nos tubos de água de uma estrutura) . A abordagem tem limitações definidas, mas pode ser mostrado que os coeficientes inferiores do resultado de Cepstrum amplamente a partir da função de transferência (uma propagação do evento através dos tubos de uma estrutura) e os coeficientes superiores amplamente a partir da fonte (o evento de abertura de válvula/fechamento de válvula original). O principal interesse está na função de transferência (em parte porque permite diferenciar entre múltiplas instâncias de instalações idênticas em uma residência), e assim o Cepstrum é truncado para incluir apenas os coeficientes inferiores. O espaço resultante é altamente ortogonalizado, produzindo um terceiro filtro casado efetivo e complementar.

Finalmente, a quarta métrica de distância é um erro médio quadráticosimples (isto é, uma distância Euclidiana), que é computada mediante truncamento do mais longo dos dois eventos detectados no sistema de água, com base no sinal de saida de sensor de pressão.

Similarmente, limites que são usados para filtrar potenciais gabaritos com base nessas métricas de distância podem ser aprendidos a partir dos dados de treinamento (isto é, essa etapa proporciona filtração de gabaritos cuja similaridade com o evento desconhecido são inferiores do que uma similaridade dentro de classe minima que foi observada nos dados de treinamento). Se nenhum gabarito passar em todos os quatro filtros com relação a um evento que foi detectado, o evento desconhecido não é classificado. Nesse caso, uma aplicação poderia, por exemplo, ignorar o evento, avisar uma pessoa para rotular uma instalação não reconhecida, ou determinar se o evento não reconhecido indica a presença de um vazamento. Se os gabaritos correspondendo a múltiplas instalações diferentes passarem por todos os quatro filtros de métrica de distância, um classificador de vizinho mais próximo definido pela métrica de distância única que tem melhor desempenho nos dados de treinamento é escolhido dentre esses gabaritos. A métrica de distância única para o classificador de vizinho mais próximo é escolhida com base na área sob uma curva de característica de operação de receptor (ROC) de dentro de classe versus fora de classe.

Avaliação de Classificação de Instalação

A classificação de instalação é avaliada utilizando um modelo experimental selecionado para demonstrar a robustez dos parâmetros de modelo aprendido através de múltiplas estruturas residenciais nos dados de teste coletados. Especificamente, um experimento de validação cruzada foi conduzido que se refere aos dados de acordo com a estrutura residencial especifica na qual os dados foram coletados. Há nove ensaios na validação cruzada, com cada ensaio utilizando dados a partir de uma estrutura residencial como os dados de teste e dados a partir de outras oito estruturas residenciais como dados de treinamento. Após aprender os parâmetros de modelo a partir dos dados de teste (isto é, os quatro limites de filtro de similaridade e a escolha da métrica de distância para o classificador de vizinho mais próximo final), cada evento na estrutura residencial de teste foi testado utilizando um "método de deixar um de fora". Cada evento de estrutura residencial de teste pode então ser classificado utilizando os outros eventos como gabaritos, em conjunto com os parâmetros de modelo aprendido a partir dos dados de treinamento.

A Figura 6 apresenta os resultados dessa avaliação em uma tabela 150. A exatidão da identificação de nivel de instalação de eventos de abertura de válvula e de fechamento de válvula dentro de cada residência (e assim cada múltiplo de teste da validação cruzada), assim como a exatidão agregada de 95,6% da classificação de nivel de instalação. A Figura 7 inclui uma tabela 160 que apresenta uma visão diferente dos mesmos dados, mostrando a exatidão da classificação de nivel de instalação para diferentes tipos de instalações através de todas as estruturas residenciais. A classificação de nivel de instalação global através de todas as estruturas está bem acima de 90%, incluindo um número de casos onde a exatidão de classificação é de 100%. Observa-se particularmente a capacidade da presente abordagem novel em distinguir de forma segura entre abertura e fechamento de válvulas em diferentes pias dentro de uma estrutura residencial. O conjunto de dados de teste contém apenas uns poucos casos de uso de máquina de lavar roupas ou de máquina de lavar pratos, em parte devido às limitações de tempo durante a coleta de dados de teste e em parte porque foi mostrado por terceiros na técnica anterior que essas instalações podem ser facilmente reconhecidas pelos seus ciclos altamente estruturados de utilização de água (o que também pode ser combinado com a presente abordagem novel). Contudo, a presente abordagem novel é independente do número de ciclos de enchimento, o que é importante, por exemplo, se uma máquina de lavar pratos for algumas vezes colocada em funcionamento com variações extraordinárias de pré- enxaguadura ou com outras variações de ciclo, e possibilita o reconhecimento do aparelho que está em uso tão logo uma válvula ou qualquer desses aparelhos seja aberto e eles utilizam primeiramente a água (ao contrário de ser capaz de reconhecer o aparelho apenas após o seu padrão estruturado de ciclos de enchimento se tornar evidente com o passar do tempo).

Análise de Estimativa de Fluxo

Conforme discutido acima, a taxa de fluxo volumétrica Q é proporcional à mudança em pressão ΔP dividida por uma variável de resistência R/.

A mudança em pressão ΔP é calculada automaticamente mediante medição da diferença entre a pressão no inicio de um evento detectado de abertura de válvula, e a pressão estabilizada no fim do impulso de onda de pressão de transiente segmentado de abertura de válvula. A variável de resistência R/ não pode ser medida diretamente, mas pode ser determinada empiricamente mediante captura de informação de taxa de fluxo verdadeira fundamentada em conjunto com a mudança correspondente em pressão para cada válvula em uma estrutura. A discussão a seguir considera dois cenários com relação ao aprendizado R/. No primeiro cenário, supõe-se que uma única calibragem de fluxo é feita para cada válvula de interesse em uma estrutura. No segundo cenário, é feita uma tentativa no sentido de utilizar informação a partir da calibragem apenas de algumas das válvulas na estrutura, para estimar R/ nas outras válvulas que não foram calibradas.

Válvulas Individualmente Calibradas

Não é irracional imaginar que o processo de instalar um sistema como aquele aqui discutido poderia incluir uma única calibragem para cada instalação em uma estrutura. Nesse primeiro cenário, mediante realização dessa determinação empírica, cada válvula na residência pode ser rotulada com um valor R/ conhecido que pode ser subsequentemente usado com uma mudança de pressão detectada no sistema de água, ΔP para estimar o fluxo de água na válvula quando ela está aberta.

A exatidão da estimativa de fluxo que poderia ser obtida nesse cenário foi examinada utilizando um experimento de validação cruzada para analisar os cinco conjuntos de dados de experimento de recipiente calibrado para cada uma das instalações de torneira e chuveiro em estruturas residenciais Hl, H4, H5 e H7 (como discutido acima). Cada ensaio na validação cruzada usou um teste de recipiente calibrado único para inferir uma variável de resistência R/ para uma válvula da instalação. 0 valor inferido de R/ foi então usado para estimar o fluxo em outros quatro ensaios de acordo com a mudança medida em pressão ΔP quando a válvula estava aberta. A diferença foi observada entre essas taxas de fluxo estimadas (com base no valor inferido de resistência, R/) , e suas taxas de fluxo efetivas correspondentes (obtidas através dos ensaios de recipiente calibrado). Os resultados desse experimento são mostrados em uma tabela 170, na Figura 8.

Três de quatro estruturas residenciais testadas (Hl, H2, H5) tinham taxas de erro abaixo de 8% (ou aproximadamente 0.16 GPM), que é comparável às taxas de erro de 10% encontradas em estudos empíricos de medidores de água tradicionais fornecidos pelas companhias de serviço público. A quarta estrutura residencial (H7), contudo, tinha uma taxa de erro acima de 20%, que se acredita ocorre devido à localização de instalação do sensor. Enquanto as primeiras três estruturas tinham o sensor de pressão instalado em um bico de água exterior, em H7, o sensor de pressão estava instalado na válvula de drenagem do tanque de água quente. Conectar o sensor de pressão à válvula de drenagem de tanque de água quente resulta no sensor de pressão respondendo a ambas, a pressão principal de água de fornecimento e a pressão de altura de carga da água no tanque. Conforme discutido acima, o modelo de pressão simples empregado na presente abordagem novel atualmente supõe um tubo reto e não considera a pressão da altura de carga. É provável que essa situação requeira um modelo diferente de R/. Parece que as válvulas de água fria em H7 eram afetadas particularmente por essa fonte de erro. Na realidade, retirando as quatro válvulas de água fria de H7 a partir da análise é aperfeiçoado drasticamente o erro médio para 0.15 GPM (SD=0.18), ou 4,5% (SD=3,8%).

EstimandoR/ para Válvulas Não Calibradas

No segundo cenário, onde apenas um subconjunto das válvulas em uma estrutura foi diretamente calibrado para determinar a resistência R/, parece razoável tentar construir um modelo de resistência ao fluido para a estrutura inteira a partir daquela calibragem para o subconjunto de válvulas. A idéia essencial é que embora o percurso para cada válvula na estrutura seja único, aqueles percursos também compartilham uma quantidade substancial de sobreposição espacial no comprimento e leiaute global da tubulação. Por exemplo, a privada e pia em um banheiro especifico compartilham tipicamente a mesma derivação no sistema de água e os comprimentos de percurso são aproximadamente idênticos.

Para examinar essa abordagem, os dados de ensaio de recipiente calibrado foram separados em dois conjuntos de dados, incluindo um modelo e um conjunto de dados de teste. O modelo foi inicialmente povoado por um único ensaio aleatoriamente selecionado, o qual foi então usado para inferir um valor R/ de linha de base. Esse valor R/ foi usado para calcular uma estimativa de fluxo para cada ensaio no conjunto de dados de teste, comparando cada um deles com o fluxo efetivo correspondente. A seguir, um segundo ensaio aleatório foi adicionado ao modelo (e removido do conjunto de dados de teste); então, o modelo foi usado para criar uma regressão linear (Q = R/ ★ΔP + b, onde b é uma constante). A equação de regressão linear foi usada para calcular as estimativas de fluxo para os ensaios remanescentes no conjunto de teste, e o processo foi repetido até que todos os ensaios foram amostrados. Para evitar uma amostragem aleatória particularmente feliz ou infeliz, esse processo foi repetido cinco vezes para cada estrutura residencial, e os resultados tiveram a média calculada. Um gráfico 180 na Figura 9 apresenta resultados 182, 184, 186 e 188 para estruturas residenciais Hl, H2, H5 e H7, respectivamente (observar que os resultados para as válvulas de água fria foram excluídos da curva para a estrutura residencial H7, conforme discutido acima).

Após a amostragem de cinco ensaios, o erro médio diminuiu em 74% para 0.27 GPM através de quatro estruturas residenciais e estavam dentro de 0.11 GPM dos dados mais abrangentes de R/ a partir da análise anterior. Esse resultado inicial indica que deve ser possivel generalizar as calibragens através das válvulas em uma estrutura de acordo com o segundo cenário, de modo que é desnecessário determinar empiricamente a resistência ao fluxo para cada instalação ou aparelho em uma estrutura.

Detalhes de Detecção de Evento de Válvula/instalação

Etapas lógicas exemplares 200 que são realizadas para detecção de evento de válvula/instalação são ilustradas na Figura 11. 0 sinal de saida P(t) a partir do monitor de pressão é introduzido como um sinal 202 tanto para um filtro passa-baixa (3 Hz) 204 como um filtro passa- baixa (1 Hz) 206. 0 filtro passa-baixa 206 passa o sinal filtrado para um bloco 208, o qual computa o Cepstrum real do sinal, para um filtro derivado (passa-faixa) 210, o qual determina o derivado do sinal. O derivado é introduzido em um bloco de decisão (um comparador) 212, o qual determina se o derivado está acima de um primeiro limite predefinido.

Se estiver, uma porta 216 que é acoplada para receber o derivado a partir do filtro de derivado 210 é fechada, e o derivado é introduzido em um bloco 218, o qual estima uma duração do evento mediante detecção de um intervalo de tempo entre um inicio e um fim do evento (determinado como explicado acima). Além disso, uma resposta positiva a partir do bloco de decisão 212 faz com que um bloco 214 encontre um extremo local para o sinal derivado. A duração estimada do evento é introduzida em um bloco 224, o qual classifica o evento como sendo ou um evento de abertura ou um evento de fechamento. Um bloco de decisão (comparador) 226 determina se o extremo local encontrado no bloco 214 está acima de um segundo limite predefinido, e se for assim, fecha uma porta 228, o que permite que um bloco de gabarito de salvamento 230 salve um gabarito que inclui características para o sinal filtrado pelo filtro passa- baixa 204, o Cepstrum real, e o derivado. Cada gabarito que é salvo para um evento especifico desse modo inclui características de baixa pressão, características de Cepstral, e características derivadas, e o gabarito é identificado como sendo para um evento especifico de abertura de válvula ou evento especifico de fechamento de válvula (ou alguma outra atividade no sistema). O gabarito salvo é emitido em uma linha 232 para armazenamento em uma memória (não mostrada nessa figura).

Se o derivado não estiver acima do primeiro limite predefinido no bloco de decisão 212, ou se o extremo local não estiver acima do segundo limite predefinido no bloco de decisão 226, a lógica conclui que o evento não ocorreu. Um bloco 222 proporciona a continuidade da pesquisa para detectar um evento mediante processamento do sinal de saida P(t) a partir do monitor de pressão, conforme discutido acima.

Na Figura 12, um fluxograma 240 ilustra etapas exemplares para classificar um evento mediante comparação com uma pluralidade de gabaritos salvos que foram criados conforme discutido acima em conexão com a Figura 11. Um tipo desconhecido de evento que foi detectado é introduzido em um pré-processador 242, o qual proporciona um sinal de pressão, um sinal Cepstrum, e um sinal derivado como saldas. O sinal de pressão é introduzido em um filtro casado correlativo 244 para comparação com as características de baixa pressão 246 de um gabarito atual, e também fornecido a um bloco de alinhamento 248. O bloco de alinhamento proporciona compensação para qualquer variação na pressão de sistema principal (isto é, para estruturas que não incluem um regulador de pressão), uma vez que mudanças na pressão de sistema principal podem deslocar as características para uma onda de pressão transiente suficiente de modo que elas não mais combinam com as características do gabarito para aquele evento. Adicionalmente, o bloco de alinhamento pode deslocar temporalmente o evento desconhecido para sobreposição de forma maximal com os gabaritos salvos.

O sinal derivado a partir do pré-processador 242 é introduzido em um bloco de filtro casado correlativo 250 para comparação com as características Cepstral 252 do gabarito atual. Similarmente, o sinal derivado é introduzido em um filtro casado correlativo 254 para comparação com as características derivadas 256 do gabarito atual. Blocos de filtro casado correlativo 244, 250, e 254 produzem valores de correlação que são respectivamente uma indicação de quão estreitamente a baixa pressão respectiva, Cepstral, e características derivadas do sinal de onda de pressão transiente para o evento desconhecido combinam com aquelas do gabarito salvo. Um valor de elevada correlação para cada um desses parâmetros com as características de um gabarito indica que há uma elevada probabilidade de que o evento desconhecido atual seja o evento para o qual o gabarito foi salvo.

A saida do filtro casado correlativo 244 é introduzida em um bloco de decisão (comparador) 260 para determinar se ele está acima de um primeiro minimo predefinido, e se esse for o caso, uma porta 262 é fechada, acoplando a uma linha de habilitação. A saida a partir do bloco de alinhamento 248 é aplicada a um bloco de distância Euclidiana 256, que determina uma distância Euclideana (igual à raiz quadrada da soma dos quadrados das diferenças entre as características de baixa pressão 258 do gabarito atual e as características alinhadas, compensadas correspondentes do sinal de pressão para o evento desconhecido). O resultado da distância Euclidiana introduzido em um bloco de decisão (comparador) 264 para determinar se ele está abaixo de um máximo predeterminado. Se assim for, uma porta 266 é fechada para acoplar ao lado a jusante da porta 262. O resultado de valor de correlação a partir do filtro casado correlativo 250 é introduzido em uma etapa de decisão (comparador) 268 para determinar se ele está acima de um segundo minimo predefinido, e se assim for, uma porta 270 é fechada para acoplamento com o lado a jusante da porta 266. Finalmente, o valor de correlação a partir do filtro casado correlativo 254 é introduzido em um bloco de decisão (comparador) 272 para determinar se ele está acima de um terceiro minimo predefinido, e se assim for, uma porta 274 é fechada, se conectando ao lado a jusante da porta 270. Se todas as portas 262, 266, 270 e 274 estão fechadas (correspondendo a todas as entradas e uma lógica E sendo verdadeira), o gabarito atual é uma combinação possivel para o evento desconhecido sendo processado, e um bloco 276 detectará aquela condição para identificar o gabarito atual como uma combinação possivel.

Se qualquer um ou mais dessas quatro portas estiver aberta, (enquanto não mostrado especificamente) , a lógica simplesmente prosseguirá para um bloco de decisão 278 e não identificará o gabarito atual como uma possivel combinação para o evento desconhecido. O bloco de decisão 278 determina se quaisquer gabaritos salvos permanecem que ainda não foram comparados com o evento desconhecido. Se esse for o caso, o bloco 280 repete a comparação das características para o evento desconhecido, com as características do próximo gabarito salvo, como descrito acima. Se não restarem mais gabaritos salvos, um bloco de decisão 282 determina se qualquer gabarito de evento foi identificado como possivelmente combinando com o evento desconhecido. Se não for assim, o evento desconhecido é classificado como um novo evento em um bloco 284. Caso contrário, um sinal de habilitação é fornecido a um bloco 286 para habilitar a escolha do gabarito salvo com a correlação máxima para as características do evento desconhecido. As saldas a partir do filtro casado correlativo 254 são alimentadas a um bloco 286, onde (em resposta ao sinal de habilitação), o gabarito salvo com a correlação mais elevada é escolhido como o tipo de evento. Saida a partir dos filtros casados correlativos 244 e 250 também podem se conectar ao bloco 286 (instalações não mostradas) e serem usadas em vez das saldas a partir do filtro casado correlativo 254. O bloco 286 utiliza as saidas a partir de qualquer um dos filtros casados correlativos 244, 250 ou 254, com base em ROC durante treinamento, conforme discutido acima. O evento desconhecido é então classificado com base no gabarito salvo escolhido (isto é, o gabarito salvo com a mais alta correlação global de acordo com as saidas a partir dos filtros casados correlativos 244, 250 ou 254) em um bloco 288 .

Auto-calibração

Como uma forma para diminuir os custos de entrada de dados e trabalho, muitas companhias de serviço público de sistema de água estão substituindo seus medidores de água antigos por sistemas de Leitura Automática de Medidor (AMR) . Um sistema AMR possibilita que a companhia de serviço público de sistema de água automaticamente leia seus medidores de água residenciais/comerciais sem fio desse modo reduzindo muito os custos mediante eliminação dos leitores de medidor e erros de transcrição manual que ocorrem quando o medidor é lido e quando os dados gravados no campo são introduzidos em um sistema de cobrança para gerar a fatura que será provida ao consumidor. Quando usado em conexão com um medidor AMR (ou qualquer medidor capaz de transmitir seus dados de medição de fluxo de liquido seja sem fio ou através de um cabo) , o presente sistema novel pode receber informação em tempo real sobre o volume de fluxo agregado e utilizar esses dados de fluxo agregado para calibrar os algoritmos de estimação de fluxo mediante determinação da resistência ao fluxo para algumas ou todas as válvulas no sistema de água da estrutura.

Para usar um medidor de volume de fluxo em linha AMR (ou similar) para calibração semi-automática para determinar a resistência ao fluxo para diferentes porções do sistema de distribuição de liquido, as seguintes etapas podem ser realizadas. (1) O presente sistema novel consulta o medidor de água (AMR ou outro medidor de volume de fluxo em linha sem fio ou conectado por fio) para obter um volume de acumulado de linha de base; (2) Uma pessoa com acesso à estrutura (por exemplo, um proprietário de residência para uma estrutura residencial) é instruído a abrir individualmente e então fechar cada válvula no sistema de água da estrutura, deixando a válvula no estado aberto por um curto periodo de tempo (por exemplo, 15 segundos) antes de fechar a mesma; (3) Para cada válvula que é assim acionada pela pessoa, o presente sistema novel automaticamente determina que ocorreu um evento de abertura/fechamento, assim como a duração de tempo em que a válvula foi aberta; (4) O presente sistema novel então consulta o medidor de água após o evento de fechamento para cada válvula, e subtrai a quantidade de volume de fluxo anterior (iniciando com o valor de linha de base) a partir da nova quantidade de volume de fluxo para obter uma quantidade total de fluxo através da válvula enquanto ela estava aberta. Essa quantidade total de fluxo através da válvula é então dividida pela duração de abertura da válvula para se obter a taxa de fluxo, a qual é usada como discutido acima, para determinar a resistência ao fluxo do sistema de água com relação à válvula que acabou de ser aberta e fechada.

A calibração semi-automática pode ser repetida conforme desejado para compensar as mudanças no sistema de água, por exemplo, devido às mudanças em temperatura ou devido aos depósitos de corrosão ou desenvolvimento ou devido às modificações no leiaute da canalização ou condutos. Quando a resistência ao fluxo do sistema para cada válvula é assim determinada com exatidão, a resistência ao fluxo pode ser usada para determinar o fluxo de liquido em qualquer válvula do sistema que esteja aberta.

Esse processo de calibração inteiro pode ser feito completamente automático, mediante ação de fazer com que o presente sistema novel se baseie no medidor AMR (ou outro medidor sem fio ou conectado por cabo) para prover os dados de volume de fluxo toda vez que um par de eventos de abertura/fechamento for detectado. Essa abordagem poderia parecer como eliminando a necessidade de calibração do sistema de água para determinar a resistência ao fluxo, uma vez que pode parecer que o presente sistema novel não mais seria necessário para estimar o fluxo - se a taxa de fluxo pode, em vez disso, ser obtida diretamente a partir do medidor AMR para cada par de eventos de abertura/fechamento de uma válvula. Contudo, a utilização do medidor AMR para determinar o fluxo tem limitações, porque o medidor AMR pode prover apenas um valor agregado para o fluxo de água total. O medidor AMR não pode indicar o fluxo para cada um dos dois ou mais eventos de sobreposição. No caso de eventos compostos, o presente sistema novel ainda seria utilizado para estimar o fluxo para cada instalação para os eventos que se sobrepõem.

Detecção de Vazamento

Há duas abordagens que o presente sistema novel pode empregar para detectar vazamentos em um sistema de água, dependendo do tipo e causa do vazamento, como a seguir.

Se um medidor de volume de fluxo AMR de alta resolução (ou outro medidor sem fio ou conectado por fio) for instalado no sistema de liquido de uma estrutura, o presente sistema novel pode detectar qualquer utilização de água de baixo fluxo que ocorra através de um intervalo de tempo prolongado durante o qual nenhum evento de abertura de válvula é detectado em qualquer instalação na estrutura (por exemplo, durante um periodo de 6-12 durante o qual as pessoas estão fora da estrutura, ou enquanto as pessoas estão dormindo durante a noite, e o sistema de água não está em uso ou nenhuma válvula de instalação foi aberta). Claramente, qualquer volume de fluxo agregado detectado no sistema de água pelo medidor de volume de fluxo de alta resolução durante esse tempo quando nenhuma válvula foi aberta deve ser uma indicação de um vazamento lento. Tais vazamentos poderiam ocorrer devido à formação de um furo minúsculo em um tubo como um resultado de dano por congelamento ou devido à corrosão, ou pode resultar de um vazamento continuo através de uma válvula que não está completamente fechada ou através de uma válvula que tem uma vedação de haste de válvula que vaza ou uma sede de válvula que vaza.

Outro tipo comum de vazamento é o resultado de uma válvula de charneira que vaza em um banheiro, o que permite que a água flua para dentro de um vaso sanitário. O excesso fluindo para dentro do vaso sanitário então esvazia para dentro do dreno. Esse tipo de vazamento causa um evento periódico de abertura/fechamento de privada a ser detectado quando o tanque da privada é reabastecido, mas difere de uma abertura e fechamento normal de descarga de privada da válvula de charneira da privada, uma vez que apenas uma porção do tanque de água é reabastecida quando o nivel no tanque de água da privada diminui devido a vazamento da válvula de charneira. Quando a água vaza de um tanque de privada através da válvula de charneira que vaza, o nivel de água no tanque eventualmente diminui até um ponto em que automaticamente aciona a válvula de entrada para que o tanque comece a ser reabastecido. O reabastecimento pode ocorrer após apenas 0,1-0,3 galão terem vazado para dentro do vaso sanitário - em comparação com os 2 galões ou mais que são esvaziados do tanque de privada para dentro do vaso sanitário durante uma descarga normal da privada. O reabastecimento que resulta de uma válvula de charneira que vaza causa um evento de abertura enquanto a válvula de entrada da privada reabastece o tanque e um evento de fechamento quando o reabastecimento do tanque de privada cessa quando o nivel de água no tanque atinge a profundidade de fechamento, de modo que a válvula de bóia fecha. A válvula de charneira permanece nominalmente fechada durante esse reabastecimento, mas ainda continua a vazar água dentro do vaso sanitário.

O par de eventos de abertura/fechamento para uma válvula de charneira que vaza é mais curto em duração do que um evento normal de enchimento de tanque de privada após uma descarga normal da privada (uma vez que menos água é necessária para reabastecer o tanque), mas esse reabastecimento de periodo mais curto e evento de abertura de válvula de periodo mais curto ainda são detectados pelo presente sistema novel. Além do periodo de tempo mais curto do evento de reabastecimento de vazamento, a natureza periódica de um vazamento de tanque de privada de válvula de charneira torna mais fácil diferenciar de um evento normal (por exemplo, a privada poderia reabastecer em intervalos de 34 minutos - se não interrompidos por uma descarga normal da privada). Outros tipos de vazamentos que apresentam esse comportamento periódico, tais como vazamentos a partir de outros tipos de reservatórios de liquido tendo uma histérese entre niveis usados para acionar um evento de abertura de válvula e um evento de fechamento de válvula também podem ser detectados utilizando-se essa abordagem. As características do fluxo de água através da válvula possibilitam que a válvula de charneira em uma privada especifica que está vazando dessa maneira seja distinguida quando duas ou mais privadas são incluídas em uma estrutura.

Múltiplos Pontos de Detecção

Múltiplos sensores podem ser instalados em um sistema de distribuição de liquido de uma estrutura para detectar assinaturas transientes de pressão causadas por um único evento em dois ou mais locais diferentes onde estão localizados os sensores de pressão. Uma diferença de tempo entre o inicio das duas assinaturas transientes pode ser usada na identificação do evento mediante escolha a partir de um conjunto de gabaritos conhecidos de diferença de tempo que foram previamente salvos, por exemplo, geralmente conforma revelado em conexão com o salvamento dos gabaritos de evento que incluem características para baixa pressão, derivado, e características Cepstrum reais de uma forma de onda transiente de pressão, conforme aqui discutido. A diferença de tempo pode ser usada para indicar com precisão o local de uma instalação onde ocorreu um evento, devido a uma diferença nas distâncias entre a fonte de origem e cada ponto de detecção diferente.

A Figura 13A é um gráfico 300 ilustrando sinais de brutos de saida de pressão 302 e 304, os quais correspondendo ao mesmo evento de instalação sendo detectado por dois sensores de pressão espacialmente dispersos em um sistema de água. As duas formas de onda de sinal de saida a partir dos dois sensores de pressão diferentes parecem similares em formato (embora haja algumas diferenças em amplitude e atenuação de alta frequência devido aos diferentes percursos seguidos pelas ondas transientes de pressão recebidas pelos dois sensores de pressão e diferenças na resposta dos sensores de pressão) , porém as formas de onda são deslocadas umas das outras em tempo por aproximadamente 800 ms. Essa característica de deslocamento de retardo de tempo é independente da pressão do sistema de água da estrutura e a amplitude das formas de onda, proporcionando assim uma 54 abordagem robusta para discriminar a fonte de um evento no nivel de instalação.

A Figura 13B é um gráfico 310 mostrando sinais de saida de pressão filtrados 312 e 314, após eles terem sido filtrados através de um filtro passa-baixa de 300 Hz. Esse filtro passa-baixa suprime os componentes de frequência superior das formas de onda, tornando o retardo de tempo entre eles mais evidente.

Sondagem de Evento Ativo de Água

O sensor ou transdutor de pressão usado para detectar os transientes de pressão no sistema de água podem ser polarizados invertidos para produzir um pulso transiente de pressão conhecida que se propaga através do sistema de água. Uma onda de sinal de pressão ativa exemplar 322 é mostrada em um gráfico 320 na Figura 14A. Essa onda de sinal de pressão ativa é usada para interrogar uma posição das válvulas no sistema mediante observação dos sinais refletidos que são retornados ao sensor de pressão. A Figura 14B é um gráfico 324 ilustrando um sinal de pressão refletido exemplar 326, tal como o sinal de pressão que é refletido a partir de uma válvula fechada em um sistema de água.

Várias características do sinal de pressão refletido podem ser usadas para criar um novo gabarito que inclui aspectos característicos das ondas de pressão de sondagem ativa, refletidas. Tais gabaritos associados com as válvulas em um sistema podem ser salvos e usados para processar subsequentes ondas de pressão refletidas a partir dos sinais de pulso de pressão de sondagem fornecidos como um sinal de saida a partir do sensor de pressão. Mudanças nessas características de sinal refletido indicam uma mudança no estado do sistema de água (por exemplo, uma válvula fechada sendo aberta). Uma válvula aberta fará com que o sinal sofra uma atenuação de alta frequência, assim como uma mudança de fase (vide o sinal refletido exemplar 326 na Figura 14B). Essas duas características também podem ser usadas para se estimar o percurso do sinal refletido e como uma indicação do fluxo de água. Sondagem de pulso de pressão ativa pode ser útil para interrogação dos estados atuais das válvulas em um sistema de distribuição de líquido de uma estrutura, por exemplo, se eventos forem perdidos utilizando a abordagem passiva novel discutida acima.

Dispositivo de Computação Exemplar para Processar Sinal de Saida a partir do Módulo de Pressão

A Figura 15 ilustra esquematicamente um dispositivo de computação exemplar 350 que compreende um computador 364 adequado para implementar a presente técnica novel. O computador 364 pode ser um computador pessoal geralmente convencional (PC) tal como um laptop, computador de mesa, servidor, ou outra forma de dispositivo de computação. O computador 364 é acoplado a um vídeo 368, o qual é usado para exibir texto e gráficos ao usuário, tal como dados relacionados aos eventos, atividades, e instalações específicas onde a água tem sido ou está sendo consumida, assim como a taxa de fluxo para as instalações específicas. Incluído no computador 364 está um processador 362. Uma memória 366 (com ambas, memória de leitura (ROM) e memória de acesso aleatório (RAM)), um meio de armazenamento não volátil 360 (tal como uma unidade de disco rígido ou outro dispositivo de armazenamento de dados não volátil) para armazenamento de dados e instruções legíveis e executáveis por máquina compreendendo módulos e programas de software, e sinais digitais, uma interface de rede 352, e uma unidade ótica 358, são acoplados ao processador 362 através de um barramento 354. Os dados que são armazenados podem incluir gabaritos, limites predefinidos, e outros parâmetros usados no processamento do sinal de saída a partir do módulo de pressão. Qualquer um desses dados pode alternativamente ser acessado através de uma rede 370, tal com a Internet ou outra rede, através da interface de rede 352. A unidade ótica 358 pode ler um disco a laser (CD) 356 (ou outro meio de armazenamento ótico, tal como um disco de vídeo digital (DVD) ) no qual instruções de máquina são armazenadas para implementar a presente técnica novel, assim como outros módulos e programas de software que podem ser executados pelo computador 364. As instruções de máquina são carregadas na memória 366 antes de serem executadas pelo processador 362 para realizar as etapas de implementar a presente técnica, por exemplo, realizar etapas de dividir, multiplicar e subtrair, conforme discutido acima. O usuário pode prover entrada para e/ou controlar o processo através do teclado/mouse 372, o qual é acoplado ao computador 364. Um rádio Bluetooth 374 também é conectado ao barramento 354 para receber um sinal de rádio Bluetooth 376 a partir do módulo de pressão. Será considerado que outros tipos de enlaces de comunicação cabeados ou sem fio podem conduzir o sinal de saída a partir do módulo de pressão. Por exemplo, um sinal de rádio Wi-Fi ou um enlace de comunicação cabeado de barramento serial uniforme (USB) ou Ethernet pode ser usado em vez do rádio Bluetooth. O sinal de saida também pode ser armazenado como dados em um meio de memória não volátil e subsequentemente processado com o computador 364 para analisar a utilização de água e/ou a taxa de fluxo em uma estrutura.

Discussão

A abordagem novel revelada aqui mostra compromisso significativo para detecção de atividade de ponto único em um sistema de distribuição de liquido por intermédio de monitoração continua da pressão no sistema. A abordagem representa claramente um método seguro para segmentar os eventos de pressão de válvula a partir de seu fluxo de sinais de saida de sensor de pressão circundante e para determinar se um evento segmentado corresponde a uma válvula sendo aberta ou fechada. Testes empíricos demonstram a eficácia e exatidão da presente abordagem. Utilizando os dados coletados em nove estruturas residenciais, uma exatidão agregada de 95,6% na identificação de uma instalação individual associada a um evento de válvula foi demonstrada. A análise dos dados de fluxo coletados em quatro daquelas estruturas residenciais, mostrou que um sistema apropriadamente localizado e calibrado pode estimar a utilização de água com taxas de erro comparáveis aos estudos empíricos dos medidores de água tradicionais fornecidos pelas companhias de serviço público. A capacidade de identificar a atividade em instalações individuais utilizando um único sensor é por si só um avanço importante. Adicionar um sensor adicional em um ponto no sistema de distribuição de liquido separado de um ponto onde o primeiro sensor é instalado proporciona informação adicional sobre os eventos no sistema, com base no tempo de retardo entre os sinais de forma de onda de pressão transiente emitidos a partir dos sensores.

Deve-se enfatizar outra vez que embora uma avaliação inicial da presente abordagem novel tenha sido aplicada para monitorar a utilização de água, eventos, e atividades em várias instalações em estruturas residenciais, não há razão para limitar essa abordagem a qualquer tipo de estrutura ou para monitorar eventos e atividades envolvendo apenas água em um sistema de água. Em vez disso, essa abordagem é aplicada a quase qualquer aplicação na qual se deseja monitorar eventos e atividades envolvendo um liquido fluindo através das passagens de distribuição de liquido tais como tubos ou condutos. Por exemplo, a presente abordagem pode ser usada para monitorar eventos de válvula e outra atividade, para determinar as taxas de fluxo de vários liquidos, ou detectar vazamentos em uma instalação de processamento quimico ou em uma cervejaria. Conforme observado acima, o termo "estrutura" conforme aqui usado e nas reivindicações a seguir deve ser interpretado de forma ampla, de modo a abranger qualquer instalação na qual um sistema de distribuição de liquido transporte um liquido para várias instalações ou através de válvulas ou outros dispositivos de alteração de fluxo. Um sistema de água em uma estrutura residencial é assim apenas um exemplo de tal sistema de distribuição de liquido, e água é apenas um exemplo de tal liquido.

Embora a análise discutida acima tenha se concentrado na identificação dos eventos de instalação ocorrendo isoladamente, é claramente importante considerar o caso onde múltiplos eventos se sobrepõem. Para avaliar a capacidade da presente abordagem novel a esse respeito, seis eventos compostos foram coletados na estrutura residencial Hl (dois de cada um de chuveiro/pia, privada/pia, e chuveiro/privada/pia que se sobrepõem), conforme mostrado parcialmente em um gráfico 190 na Figura 10, que mostra um evento de abertura de chuveiro 1 que se sobrepõe a um evento de abertura de privada 2, que se sobrepõe a um evento de abertura de torneira 3, seguido pelo evento de fechamento para uma torneira, e o evento de fechamento para a privada. O algoritmo de segmentação de eventos foi capaz de segmentar corretamente esses eventos de sobreposição (isto é, foi capaz de identificar o fim de um evento em andamento quando um rápido aumento na magnitude da flutuação de pressão correspondendo ao inicio de um evento de sobreposição foi detectado). Uma inspeção visual das formas de onda de transiente de pressão sugere que a magnitude ou formato dos eventos não são relativamente desarranjados pela sobreposição. Adicionalmente, também deve ser possivel classificar tais eventos compostos utilizando-se a abordagem aqui descrita.

Foi determinado que uma estimação segura da taxa de fluxo é sensível à calibração exata, e uma abordagem empirica pode ser usada para realizar essa calibração, conforme discutido acima. Considera-se que testes empíricos adicionais devem ser capazes de identificar parâmetros de limite ótimo para a segmentação e algoritmos de identificação discutidos acima.

Há evidência inicial de que o comportamento do sistema de água é geralmente estável com o passar do tempo, com base em um segundo conjunto de dados que foi coletado em Hl cinco semanas após a coleta original. Os métodos de classificação de instalação explicados acima foram aplicados a esse par de conjuntos de dados utilizando o gabarito a partir do conjunto de dados opostos (classificando eventos desconhecidos utilizando gabaritos coletados com separação de cinco semanas) - sem descobrir qualquer degradação no desempenho de identificação de instalação, que sugere que o comportamento do sistema poderia ser suficientemente estável para se aplicar a uma variedade de métodos de aprendizado de máquina para possibilitar calibração automática da taxa de fluxo do sistema de água.

A coleta de dados para o teste nas estruturas residenciais incluiu instalação do sensor de pressão em vários tipos diferentes de instalações (bicos de mangueira, torneiras de pia de serviços de utilidade pública, válvulas de drenagem de aquecedor de água) com resultados geralmente bons. Duas coletas idênticas de dados foram realizadas em H9, uma utilizando o sensor de pressão acoplado a um bico de mangueira e uma utilizando o sensor de pressão acoplado a uma válvula de drenagem de aquecedor de água quente, sob a expectativa de que o desempenho seria quase idêntico para cada um deles. A Figura 6 informa o desempenho para o sensor de pressão acoplado ao bico de mangueira. Em comparação, o desempenho caiu para 88,6% para eventos de válvula aberta e 65,7% para eventos de válvula fechada quando o sensor de pressão foi movido para a válvula de drenagem de aquecedor de água (apenas a classificação de instalação individual foi afetada, e não a segmentação ou a determinação de se os eventos de abertura ou de fechamento). Essa mudança no nivel de desempenho indica que a localização do sensor de pressão pode afetar a exatidão dos resultados para a presente abordagem novel, mas em geral, parece que o acoplamento do sensor de pressão a quase qualquer bico de torneira em uma estrutura exceto a válvula de drenagem do aquecedor de água proporcionará desempenho aceitável. Há outros exemplos indicados na Figura 6 onde a abordagem novel atual diferiu em sua habilidade em identificar a instalação especifica associada aos eventos de abertura e fechamento de válvula. Embora os eventos de abertura e fechamento de válvula ocorram em pares, a presente abordagem classifica os mesmos individualmente. Considera-se assim que mediante classificação conjunta dos pares de eventos de abertura de válvula e de fechamento de válvula, exatidão aperfeiçoada pode ser obtida na identificação da instalação onde as válvulas estão localizadas. Similarmente, embora como discutido acima, a taxa de fluxo seja estimada independentemente da identificação de instalação, as duas são claramente relacionadas e espera-se que resultados aperfeiçoados possam ser obtidos na estimativa da taxa de fluxo em conexão com a instalação consumindo água.

Embora os conceitos aqui revelados sejam descritos em conexão com a forma preferida de praticar os mesmos e modificações nos mesmos, aqueles de conhecimento comum na técnica entenderão que muitas outras modificações podem ser feitas nas mesmas dentro do escopo das reivindicações a seguir. Consequentemente, não se pretende que o escopo desses conceitos de forma alguma seja limitado pela descrição acima, mas que em vez disso seja determinado inteiramente mediante referência às reivindicações a seguir.

Claims

1. Método para monitorar um fluxo de um liquido em um sistema de distribuição dentro de uma estrutura, o método caracterizado por compreender: monitorar a pressão em um primeiro ponto no sistema de distribuição, produzindo um sinal de saida (122) indicativo da pressão no sistema de distribuição; detectar (200) os eventos relacionados ao liquido ocorrendo no sistema de distribuição com base em uma ou mais mudanças na pressão indicada pelo sinal de saida; e identificar (240) um tipo especifico dos eventos relacionados ao liquido que foi detectado, dentre uma pluralidade de diferentes tipos de eventos, mediante comparação das características do sinal de saida com um ou mais critérios determinativos associados com a pluralidade de diferentes tipos de eventos, compreendendo: segmentar o sinal de saida para isolar um ou mais eventos discretos dos eventos relacionados ao liquido em uma janela deslizante do sinal de saida, com base nas mudanças de pressão no sistema de distribuição; classificar cada evento discreto dos um ou mais eventos discretos ou como um evento de abertura de válvula ou de fechamento de válvula, em que o evento de abertura de válvula corresponde a uma válvula abrindo mais, e o evento de fechamento de válvula corresponde a uma válvula fechando ma is; e associar o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula do cada evento discreto de acordo com uma instalação especifica dentre uma pluralidade de instalações no sistema de distribuição que gerou o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula, utilizando um classificador baseado em gabarito.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o sistema de distribuição compreende ainda um reservatório com uma válvula de reservatório que se abre automaticamente se um nivel do liquido no reservatório descer abaixo de um nivel predeterminado; e o método compreende ainda: detectar um vazamento a partir do reservatório mediante identificação de uma ou mais características de uma forma de onda transiente de pressão que são indicativas de um ciclo no qual a válvula do reservatório controlando um fluxo do liquido para dentro do reservatório abre e fecha conforme exigido para reabastecer o reservatório para substituir o liquido que vazou do reservatório.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender ainda: determinar automaticamente uma taxa de fluxo volumétrica no sistema de distribuição como uma função do sinal de saida e uma resistência ao fluxo predeterminada para o sistema de distribuição.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: o sistema de distribuição compreende ainda uma pluralidade de válvulas dispostas em pontos diferentes do sistema de distribuição; e o método compreende ainda: medir empiricamente a taxa de fluxo volumétrico em cada um dos diferentes pontos do sistema de distribuição que estão em distâncias variadas a partir de uma entrada para o sistema de distribuição; e determinar a resistência ao fluxo predefinida para o sistema de distribuição em cada um dos pontos diferentes do sistema de distribuição, com base em uma mudança em pressão indicada pelo sinal de saida enquanto a taxa de fluxo volumétrico está sendo medida.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por compreender ainda: estimar uma resistência ao fluxo em cada um dos outros pontos onde a utilização do liquido pode ocorrer no sistema de distribuição, com base na resistência ao fluxo predefinida medida nos diferentes pontos.

6. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: o sistema de distribuição compreende ainda um detector de fluxo volumétrico de liquido em linha e uma pluralidade de válvulas dispostas em diferentes pontos no sistema de distribuição; e o método compreende ainda: utilizar o detector de fluxo volumétrico de liquido em linha para determinar sucessivamente a taxa de fluxo volumétrico em cada um dos diferentes pontos no sistema de distribuição quando uma válvula da pluralidade de válvulas é aberta por um periodo de tempo e então fechada; e determinar a resistência ao fluxo predefinida para o sistema de distribuição em cada um dos diferentes pontos, com base na taxa de fluxo volumétrico determinada para cada um dos diferentes pontos enquanto a válvula da pluralidade de válvulas estava aberta.

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender ainda: detectar um vazamento de fluxo baixo no sistema de distribuição mediante uso do detector de fluxo volumétrico de liquido em linha para detectar o fluxo do liquido no sistema de distribuição durante um periodo de tempo prolongado durante o qual nenhuma da pluralidade de válvulas no sistema de distribuição foi detectada como tendo sido aberta.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a segmentação do sinal de saida compreende; filtrar o sinal de saida para produzir um sinal de saida suavizado; determinar um derivado do sinal de saida suavizado; analisar o sinal de saida suavizado e o derivado em uma análise de janela deslizante para detectar um inicio de um evento de válvula com base na ocorrência de ao menos uma condição de: o derivado excedendo um primeiro limite predefinido relativo a uma pressão estática no sistema de distribuição; ou uma diferença entre um valor máximo de pressão e um valor minimo de pressão na análise de janela deslizante excedendo um segundo limite predefinido relativo à pressão estática no sistema de distribuição; e analisar o derivado para detectar um fim do evento de válvula com base em uma mudança em um sinal do derivado e uma magnitude de uma mudança no derivado.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: classificar o cada evento discreto do um ou mais eventos discretos ou como o evento de abertura de válvula ou o de fechamento de válvula compreende: classificar o cada evento discreto do um ou mais eventos discretos como um do evento de abertura de válvula ou como um do evento de fechamento de válvula com base em uma ocorrência de ao menos um de: uma magnitude de uma diferença no sinal de saida suavizado no inicio e no fim do evento de válvula excedendo um terceiro limite predefinido, em que uma diminuição no sinal de saida suavizado entre o inicio e o fim do evento de válvula indica que o evento de válvula é o evento de abertura de válvula, e em que um aumento no sinal de saida suavizado entre o inicio e o fim do evento de válvula indica que o evento de válvula é o evento de fechamento de válvula; ou um valor médio do derivado do sinal de saida suavizado entre o inicio do evento de válvula do um ou mais eventos discretos e um primeiro extremo do derivado, em que um valor médio positivo do derivado indica que o evento de válvula é o evento de abertura de válvula, e em que um valor médio negativo do derivado indica que o evento de válvula é o evento de fechamento de válvula.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: associar o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula do cada um dos eventos discretos de acordo com a instalação especifica utilizando o classificador baseado em gabarito compreende: escolher um gabarito após filtração de gabaritos potenciais que podem ser empregados para o classificador baseado em gabarito de acordo com a pluralidade de métricas de distância complementares, incluindo ao menos uma de: uma métrica de distância de filtro casado; uma métrica de distância de filtro derivado casado; uma métrica de distância de filtro casado Cepstrum real; ou (d) uma métrica de distância de filtro de erro médio quadrático, e o gabarito compreende uma correlação máxima para identificar a instalação especifica para a qual o evento discreto foi detectado.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por compreender ainda: determinar os limites usados para realizar a escolha do gabarito, com base na pluralidade de métricas de distância complementares providas em dados de treinamento.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que: se os potenciais gabaritos correspondendo a pluralidade de instalações passarem por todos os filtros, o método compreende ainda: escolher um filtro dentre os filtros com base em uma métrica de distância única que executa melhor nos dados de treinamento para a pluralidade de instalações, para usar na identificação da instalação especifica para a qual o evento discreto do um ou mais eventos discretos foi detectado.

13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado por compreender ainda: monitorar a pressão em um segundo ponto no sistema de distribuição que é separado do primeiro ponto, produzir um segundo sinal de saida indicativo da pressão no segundo ponto no sistema de distribuição, em que o segundo sinal de saida é indicativo da pressão no segundo ponto no sistema de distribuição, e em que o sinal de saida é indicativo da pressão no primeiro ponto no sistema de distribuição; detectar os eventos relacionados ao liquido ocorrendo no sistema de distribuição em parte com base em uma diferença de tempo entre o sinal de saida para o primeiro ponto e o segundo sinal de saida para o segundo ponto; e identificar o tipo especifico dos eventos relacionados ao liquido que foi detectado no segundo ponto dentre a pluralidade de diferentes tipos de eventos, em parte com base na diferença de tempo.

14. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado por compreender ainda: aplicar um pulso de pressão transiente ao liquido no sistema de distribuição; detectar uma forma de onda de pulso de pressão correspondendo a uma reflexão do pulso de pressão transiente no sistema de distribuição; e com base em uma ou mais características da forma de onda de pulso de pressão, determinar ao menos um de: um percurso do pulso de pressão transiente e a forma de onda de pulso de pressão através do sistema de distribuição; uma indicação do fluxo do liquido no sistema de distribuição; ou um estado de uma ou mais de uma pluralidade de válvulas diferentes no sistema de distribuição.

15. Meio caracterizado por incluir instruções legíveis e executáveis por máquina para realizar uma pluralidade de funções empregadas na monitoração de um fluxo de um liquido em um sistema de distribuição dentro de uma estrutura quando as instruções legiveis e executáveis por máquina são executadas por um processador, as funções incluindo: receber e processar um sinal de saida (122) indicativo da pressão no sistema de distribuição; detectar (200) os eventos relacionados ao liquido ocorrendo no sistema de distribuição com base em uma ou mais mudanças na pressão indicadas pelo sinal de saida; e identificar (240) tipos especifico dos eventos relacionados ao liquido que foi detectado dentre uma pluralidade de diferentes tipos de eventos, mediante comparação das características do sinal de saida com um ou mais critérios determinativos associados com a pluralidade de diferentes tipos de eventos, compreendendo: segmentar o sinal de saida para isolar um ou mais eventos discretos dos eventos relacionados ao liquido em uma janela deslizante do sinal de saida, com base nas mudanças de pressão no sistema de distribuição; classificar cada evento discreto dos um ou mais eventos discretos ou como um evento de abertura de válvula ou de fechamento de válvula, em que o evento de abertura de válvula corresponde a uma válvula abrindo mais, e o evento de fechamento de válvula corresponde a uma válvula fechando ma is; e associar o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula do cada evento discreto do um ou mais eventos discretos de acordo com uma instalação especifica dentre uma pluralidade de instalações no sistema de distribuição que gerou o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula, utilizando um classificador baseado em gabarito.

16. Meio, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a segmentação do sinal de saida compreende: filtrar o sinal de saida para produzir um sinal de saida suavizado; determinar um derivado do sinal de saida suavizado; analisar o sinal de saida suavizado e o derivado na análise de janela deslizante para detectar um inicio de um evento de válvula com base em ao menos um de: o derivado excedendo um primeiro limite predefinido relativo a uma pressão estática no sistema de distribuição; ou uma diferença entre um valor máximo de pressão e um valor minimo de pressão na análise de janela deslizante excedendo um segundo limite predefinido relativo à pressão estática no sistema de distribuição; e analisar o derivado para detectar um fim do evento de válvula com base em uma mudança em um sinal do derivado e uma magnitude de uma mudança no derivado.

17. Meio, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que classificar o cada evento discreto do um ou mais eventos discretos ou como o evento de abertura de válvula ou o de fechamento de válvula compreende: classificar o cada evento discreto do um ou mais eventos discretos como um do evento de abertura de válvula ou como um do evento de fechamento de válvula com base em uma ocorrência de ao menos uma condição de: uma magnitude de uma diferença no sinal de saida suavizado no inicio e no fim do evento de válvula excedendo um terceiro limite predefinido, em que uma diminuição no sinal de salda suavizado entre o inicio e o fim do evento de válvula indica que o evento de válvula é o evento de abertura de válvula, e em que um aumento no sinal de saida suavizado entre o inicio e o fim do evento de válvula indica que o evento de válvula é o evento de fechamento de válvula; ou um valor médio do derivado do sinal de saida suavizado entre o inicio do evento de válvula e um primeiro extremo do derivado, em que um valor médio positivo do derivado indica que o evento de válvula é o evento de abertura de válvula, e em que um valor médio negativo do derivado indica que o evento de válvula é o evento de fechamento de válvula.

18. Equipamento para monitorar um fluxo de um liquido em um sistema de distribuição dentro de uma estrutura, caracterizado por compreender: um sensor de pressão (30, 112) que é adaptado para se conectar a um sistema de distribuição para detectar uma pressão no sistema de distribuição e para então produzir um sinal analógico indicativo da pressão; um conector dimensionado para acoplar o sensor de pressão a uma instalação (32) no sistema de distribuição; um conversor analógico/digital (114) para converter o sinal analógico a partir do sensor de pressão para um sinal digital; um micro controlador (116) acoplado ao conversor analógico/digital para receber o sinal digital, para controlar a aquisição do sinal digital e para processar o sinal digital para produzir um sinal de saida que é usado para detectar um ou mais eventos ocorrendo no sistema de distribuição, com base em uma ou mais mudanças na pressão indicada pelo sinal de saida, e o qual é usado para identificar um tipo especifico do um ou mais eventos que foram detectados dentre uma pluralidade de diferentes tipos de eventos; e um enlace de comunicação (120) para acoplar o sinal de saida a um dispositivo de computação, em que o micro controlador é ainda configurado para identificar o tipo especifico do um ou mais eventos mediante: segmentar o sinal de saida para isolar um ou mais eventos discretos do um ou mais eventos em uma janela deslizante do sinal de saida, com base nas mudanças de pressão no sistema de distribuição; classificar cada evento discreto dos um ou mais eventos discretos ou como um evento de abertura de válvula ou de fechamento de válvula, em que o evento de abertura de válvula corresponde a uma válvula abrindo mais, e o evento de fechamento de válvula corresponde a uma válvula fechando ma is; e associar o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula do cada evento discreto do um ou mais eventos discretos de acordo com uma instalação especifica dentre uma pluralidade de instalações no sistema de distribuição que gerou o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula, utilizando um classificador baseado em gabarito, em que a pluralidade de instalações compreende a instalação.

19. Equipamento, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a segmentação do sinal de saida compreende: filtrar o sinal de saida para produzir um sinal de saida suavizado; determinar um derivado do sinal de saida suavizado; analisar o sinal de saida suavizado e o derivado na análise de janela deslizante para detectar um inicio de um evento de válvula com base em ao menos um de: o derivado excedendo um primeiro limite predefinido relativo a uma pressão estática no sistema de distribuição; ou uma diferença entre um valor máximo de pressão e um valor minimo de pressão na análise de janela deslizante excedendo um segundo limite predefinido relativo à pressão estática no sistema de distribuição; e analisar o derivado para detectar um fim do evento de válvula com base em uma mudança em um sinal do derivado e uma magnitude de uma mudança no derivado.

20. Equipamento, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que classificar o cada evento discreto do um ou mais eventos discretos ou como o evento de abertura de válvula ou o de fechamento de válvula compreende: classificar o cada evento discreto do um ou mais eventos discretos como um do evento de abertura de válvula ou como um do evento de fechamento de válvula com base em uma ocorrência de ao menos uma condição de: uma magnitude de uma diferença no sinal de saida suavizado no inicio e no fim do evento de válvula excedendo um terceiro limite predefinido, em que uma diminuição no sinal de saida suavizado entre o inicio e o fim do evento de válvula indica que o evento de válvula é o evento de abertura de válvula, e em que um aumento no sinal de saida suavizado entre o inicio e o fim do evento de válvula indica que o evento de válvula é o evento de fechamento de válvula; ou um valor médio do derivado do sinal de saida suavizado entre o inicio do evento de válvula e um primeiro extremo do derivado, em que um valor médio positivo do derivado indica que o evento de válvula é o evento de abertura de válvula, e em que um valor médio negativo do derivado indica que o evento de válvula é o evento de fechamento de válvula.

21. Sistema para monitorar um fluxo de um liquido em um sistema de distribuição dentro de uma estrutura, caracterizado por compreender: um primeiro sensor de pressão (30, 112) que é adaptado para se conectar a um sistema de distribuição para detectar uma pressão do liquido no sistema de distribuição; um controlador (116) acoplado ao primeiro sensor de pressão, o controlador controlando a detecção da pressão por intermédio do primeiro sensor de pressão e fornecendo um sinal de saida que é indicativo da pressão detectada pelo primeiro sensor de pressão; e um enlace de comunicação (120) que é acoplado ao controlador para receber o sinal de saida e para comunicar o sinal de saida a um dispositivo de computação, em que o dispositivo de computação inclui: uma memória que armazena instruções executáveis por máquina; e um processador acoplado à memória para executar as instruções executáveis por máquina, que fazem com que o processador realize uma pluralidade de funções quando o primeiro sensor de pressão é conectado ao sistema de distribuição, incluindo: detectar os eventos relacionados ao liquido ocorrendo no sistema de distribuição com base em uma ou mais mudanças na pressão indicada pelo sinal de saida; e identificar um tipo especifico dos eventos relacionados ao liquido que foi detectado dentre uma pluralidade de diferentes tipos de eventos, mediante comparação da uma ou mais características do sinal de saida com um ou mais critérios determinativos associados com a pluralidade de diferentes tipos de eventos, compreendendo: segmentar o sinal de saida para isolar um ou mais eventos discretos dos eventos relacionados ao liquido em uma janela deslizante do sinal de saida, com base nas mudanças de pressão no sistema de distribuição; classificar cada evento discreto dos um ou mais eventos discretos ou como um evento de abertura de válvula ou de fechamento de válvula, em que o evento de abertura de válvula corresponde a uma válvula abrindo mais, e o evento de fechamento de válvula corresponde a uma válvula fechando ma is; e associar o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula do cada evento discreto do um ou mais eventos discretos de acordo com uma instalação especifica dentre uma pluralidade de instalações no sistema de distribuição que gerou o evento de abertura de válvula ou o evento de fechamento de válvula, utilizando um classificador baseado em gabarito.

22. Sistema, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a segmentação do sinal de saida compreende: filtrar o sinal de saida para produzir um sinal de saida suavizado; determinar um derivado do sinal de saida suavizado; analisar o sinal de saida suavizado e o derivado na análise de janela deslizante para detectar um inicio de um evento de válvula com base em ao menos um de: o derivado excedendo um primeiro limite predefinido relativo a uma pressão estática no sistema de distribuição; ou uma diferença entre um valor máximo de pressão e um valor mínimo de pressão na análise de janela deslizante excedendo um segundo limite predefinido relativo à pressão estática no sistema de distribuição; e analisar o derivado para detectar um fim do evento de válvula com base em uma mudança em um sinal do derivado e uma magnitude de uma mudança no derivado.

23. Sistema, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que classificar o cada evento discreto do um ou mais eventos discretos ou como o evento de abertura de válvula ou o de fechamento de válvula compreende: classificar o cada evento discreto do um ou mais eventos discretos como um do evento de abertura de válvula ou como um do evento de fechamento de válvula com base em uma ocorrência de ao menos uma condição de: uma magnitude de uma diferença no sinal de saída suavizado no início e no fim do evento de válvula excedendo um terceiro limite predefinido, em que uma diminuição no sinal de saída suavizado entre o início e o fim do evento de válvula indica que o evento de válvula é o evento de abertura de válvula, e em que um aumento no sinal de saída suavizado entre o início e o fim do evento de válvula indica que o evento de válvula é o evento de fechamento de válvula; ou um valor médio do derivado do sinal de saída suavizado entre o início do evento de válvula e um primeiro extremo do derivado, em que um valor médio positivo do derivado indica que o evento de válvula é o evento de abertura de válvula, e em que um valor médio negativo do derivado indica que o evento de válvula é o evento de fechamento de válvula.