CN110864225A - 用于输配水网的监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于输配水网的监控系统及方法，多个监控设备将监控输配水网所获得的监控信息传输至输配水网主控单元，再借由输配水网主控单元传输至数据处理与保存单元，以供处理而成为实时数据和历史数据，接着数据分析与探勘单元向数据处理与保存单元提取该历史数据以建立分析规则，并取得该实时数据以利用该分析规则予以分析，进而根据分析结果于判断输配水网有漏水点时通知输配水网主控单元，以供输配水网主控单元产生系统事件并传输至异常处理单元，则异常处理单元根据该系统事件发出异常通知或产生异常纪录。

Description

用于输配水网的监控系统及方法

技术领域

本发明关于一种监控技术，尤指一种用于输配水网的监控系统及方法。

背景技术

随着时代文明的进步，人类生活与生产仰赖大量资源的使用，其中水是最重要的资源。现代人的生活无时无刻不在使用各种资源及能源，我们每天的食衣住行育乐也无一不与水资源息息相关。除了希望能在有限的资源下，做到最高效率的利用，达到节约的效果，也为了追求更优质及便利的生活质量，对于有效使用的议题，一直以来都是人们研究努力的目标。

传统的漏水管理，大多是非常消极地，依赖民众举报、定期巡检等人工方式来达成侦漏与防治的目的或夜间减压供水来降低漏水量，详述如下。

透地雷达(Ground-penetrating radar，GPR)是以雷达脉冲波探测地表以下状况并成像的仪器，以无线电谱上的微波波段电磁波进行的一种无损检测方式，并接收因为地表下各种物体结构造成的雷达反射波。透地雷达可以在岩石、土壤、冰、淡水、人行道以及各种结构物等介质使用。透地雷达可探测到地表下的物质、材质变化、空隙和裂隙等，借此人工方式找寻管段破损以修复漏水问题。

红外线热显像是一种人工且非接触式技术，测量红外波长以便从一定内距离测量温度。热影像仪可以颜色显示不同温度的图像并通过该图像可以快速、简便地检查表面温度识别其高或低温点区域，在漏水区域附近的土壤可能会因为漏水而造成其温度下降，借此方法找出低温点附近区域为可能漏水点。

声音感应固定式管网测漏系统为近年来新兴的漏水侦测先进方法与技术，先安装固定式声音感测装置，定时收集数据无线传输至控制中心，后运用声音传感器等待异常音出现，并分析其所布置位置以及声音大小、数量，计算管段内声音速度，进而判断漏水位置。其缺点是造价昂贵。

水压管理向来是漏水控制的重要手段，只要降低水管内压力，立即可以降低漏水量，所以减少加压站出口压力，或是设置减压阀，让高处配水池流进管网的水压减低，就可以立即减少漏水量。如此一来，虽然水管仍然有破漏，输配水网整体体质并没有改善，但既有体质下的漏水量变少了，能收到立竿见影的效果，所以在无法大幅降低漏水率及断定漏水点之前，仍必须妥善控制供水管水压，避免过大的水压让管线受损增剧漏水量，是一个治标不治本的做法。

而随着计算机、因特网及各式信息技术的演进发展，而有数据探勘技术、智能水网分析、各种传感器等新式输配水网管理技术与设备的产出。它们是利用信息及通讯科技来侦测并收集管段中的水流、水量、压力或温度过去与现在状况，通过数据分析与探勘技术的比对现在与过往的水流、水量、水压、水温，判断是否可能存在漏水可能，并通过现代化监控设备与移动手持装置，实时通报与显示，降低漏水反应时间及漏水量。

本申请发明人鉴于上述惯用方式所衍生的各项缺点，以及因为崭新技术的发展，在亟思加以改良创新，并经苦心孤诣潜心研究后，结合数据分析、网络通讯、设备控制、输配水网管理等技术，终于成功研发出具备资料分析、实时地、经济地、智慧化的输配水网管理系统。

发明内容

为解决上述问题及其他问题，本发明提出一种用于输配水网的监控系统及方法，可快速而便捷的进行检测或管线修复，减少查找的不便与水资源及人力浪费的损失。

本发明的用于输配水网的监控系统，包含：多个监控设备，其分别布建于一输配水网的不同位置以监视或控制该输配水网；一输配水网主控单元，其介接该多个监控设备以接收该多个监控设备所回传的监控信息；一数据处理与保存单元，其介接该输配水网主控单元以接收该输配水网主控单元所传输的该多个监控设备的监控信息，并储存该监控信息以成为实时数据和历史数据；一数据分析与探勘单元，其介接该数据处理与保存单元以向该数据处理与保存单元提取该历史数据以建立一分析规则，以及向该数据处理与保存单元取得该实时数据以利用该分析规则进行分析，进而根据分析结果而于判断出该输配水网有漏水点时通知该输配水网主控单元，以供该输配水网主控单元产生一系统事件；以及一异常处理单元，其介接该输配水网主控单元以接收来自该输配水网主控单元的该系统事件，以及将该系统事件显示于一监控画面上，并发出异常通知或产生异常纪录。

此外，本发明另提供一种用于输配水网的监控方法，包含：令多个监控设备将监视或控制一输配水网所获得的监控信息传输至一输配水网主控单元；令该输配水网主控单元将该监控信息传输至一数据处理与保存单元，以供该数据处理与保存单元处理以成为实时数据和历史数据；令一数据分析与探勘单元向该数据处理与保存单元提取该历史数据以建立一分析规则，以及向该数据处理与保存单元取得该实时数据以利用该分析规则分析该实时数据进而获得一分析结果；令该数据分析与探勘单元根据该分析结果，于判断该输配水网有漏水点时通知该输配水网主控单元，以供该输配水网主控单元产生一系统事件；令该输配水网主控单元将该系统事件传输至一异常处理单元；以及令该异常处理单元根据该系统事件发出异常通知或产生异常纪录。

因此，本发明的用于输配水网的监控系统，可达成自动化漏水侦测，将数据分析及探勘技术应用于输配水网并安装于强大的计算机内，并具有网络链接、数据储存等功能单元，并通过分布于输配水管段各处的监控设备，通过网络链接定时回传至后端上的数据处理与保存单元和数据分析与探勘单元进行数据归档、数据分析与探勘单元进行分析，并通过输配水网主控单元进行比对与分派至监控系统、告警通知、事件回报等其他单元，借此可实时监控水表、压力计、阀门、加压马达、温度计等监控设备的状态以进行漏水分析，并记录事件内容、用户处理过程、设备维修纪录，及时发出告警简讯、电子邮件、APP讯息等方式通知相关人员进行查修及维运，可望实时进行管线修复与问题排除。此外，本系统也可做为加入图台功能成为输配水监视图控工具。

此外，本发明的另一目的在于开发一通过数据分析与探勘技术、网络通讯、感测设备、实时监控技术以整合实际历史监测信息及分析探勘后逻辑条件提供给予输配水网主控单元漏水可能事件分析。具有自动化、实时性、经济性、可调整地的寻找输配水管段所在位置的特性，也可正确导引使用者前往发现漏水所在地位置进行查修，且可快速而便捷的进行检测或管线修复，减少查找的不便与水资源及人力浪费的损失。对解决输配水网漏水问题有着莫大的效益。

附图说明

请参阅有关本发明的详细说明及其附图，将可进一步了解本发明的技术内容及其目的功效；有关附图为：

图1为本发明的用于输配水网的监控系统的基本架构图；

图2为本发明的用于输配水网的监控系统的情境示意图；

图3为本发明的用于输配水网的监控系统的一实施例的方块图；及

图4为本发明的用于输配水网的监控方法的流程图。

主要组件符号说明

11、31 监控设备

12、32 输配水网主控单元

13、33 数据处理保存单元

14、34 数据分析与探勘单元

15、35 异常处理单元

16、19 内部网络

17、18 因特网/行动网络

21 输配水网管段

212 末端用水户水表

213 已拆表的末端用水户

214 加压马达

215 水表

216 压力计

22 因特网

231 输配水网主控单元

232 数据处理与保存单元

233 数据分析与探勘单元

24 输配水网管段中漏水点

311 水表

312 压力计

313 温度计

314 加压马达

315 阀门

321 接收模块

322 命令模块

323 系统事件模块

324 连接模块

325 讯息模块

331 处理模块

332 计算模块

333 保存模块

341 提取模块

342 规则学习模块

343 验证模块

344 调整模块

345 取得模块

346 分析模块

347 讯息模块

351 显示模块

352 通知模块

353 纪录模块

354 维运单模块

355 策略模块

S41～S46 步骤。

具体实施方式

本发明关于一种用于输配水网的监控系统，可自动化侦测漏水并执行数据分析。本发明的监控系统的架构可利用图1加以说明。在输配水管内近端安装如水表、压力计、温度计等各种监控单元11，并通过通讯网络传换至因特网/行动网络17，连接至输配水网主控单元12进行后续数据处理与转接，输配水网主控单元12通过内部网络19将数据送至数据处理与保存单元13进行总与验算、归档，建立其索引，以供数据分析与探勘单元14使用。在数据处理与保存单元13和数据分析与探勘单元14中，必先自数据处理与保存单元13提取经处理后的历史数据，并切分该历史数据为两种集合，一种用以训练规则进行学习，一种用以验证规则，并借此将规则进行微调，此学习过程完成后便建立一分析规则，并利用该分析规则来分析实时设备状态以得知漏水的可能性，并将高可能性的漏水讯息，传达给输配水网主控单元12，由输配水网主控单元12通报异常处理单元15进行处理，包含：于监控画面中显示异常、以手机讯息及email通知用户、产生派工维运单等方式，或通过预先设定的控制逻辑，回馈至输配水网主控单元12控制前端水网管段的马达或阀门。

另外，监控单元11和输配水网主控单元12之间的沟通方式可如下：

讯息送出，读取一连串控制单元

送出:0603006B0003

回应:060306022B00000003

命令送出，启动控制单元

送出:060500ACFF00

回应:060500ACFF00

图2则为本发明的用于输配水网的监控系统的漏水示意图，在输配水网管段21中安装有末端用水户水表212、安装后又已拆表的末端用水户213、于供水端装设的加压马达214、供水端的水表215以及管内的压力计216。这些监控设备介接于因特网22上，并可通过网络发送信息至输配水网主控单元231，可传送水网监测信息到数据处理与保存单元232进行解析以及特征值撷取，并接受数据分析与探勘单元233因发现输配水网管段中的漏水点24所通报的漏水警报讯号，反向回馈至水网管段中的加压马达214或阀门之中。

本发明的用于输配水网的监控系统的一实施例的架构图可参考图3。本发明的用于输配水网的监控系统，包含：多个监控设备31(包括311-315)、输配水网主控单元32、数据处理与保存单元33、数据分析与探勘单元34及异常处理单元33。

监控设备31(包括311-315)分别布建于输配水网的不同位置；输配水网主控单元32可接收监控设备31所回传的监控信息；数据处理与保存单元33可接收输配水网主控单元12所传输的监控设备31的监控信息，并储存该监控信息以成为实时数据和历史数据；数据分析与探勘单元34可向数据处理与保存单元33提取该历史数据以建立一分析规则，以及向数据处理与保存单元33取得该实时数据以利用该分析规则进行分析，进而根据分析结果而于判断出该输配水网有漏水点时通知输配水网主控单元32，以供输配水网主控单元32产生一系统事件；以及异常处理单元35可接收来自输配水网主控单元32的该系统事件，以及将该系统事件显示于一监控画面上，并发出异常通知或产生异常纪录。

监控设备31包含监视与控制两类，如：水表311、压力计312、温度计313都可属于监视类，而如：加压马达314、阀门315则可属于控制类，监视类设备可接受水网管段内状态之后，通过通讯网络或因特网等联机方式，回报监控信息至输配水网主控单元32，输配水网主控单元32的接收模块321则接受如设备状态、供水数据、用水数据等监控信息并通过连接模块324以连接数据处理与保存单元33。此外，在数据处理与保存单元33内，处理模块331则先进行设备值前处理作业，检查数据正确性或作运算与单位转换，接着计算模块332再计算特征值，所谓特征值包含单位时间内的最大值、最小值、平均值及其相对应的发生时间，保存模块333并储存原始值以及特征值。另外，在数据分析与探勘单元34中，在一定时间内(如一个月)，提取模块341向数据处理与保存单元33提取历史数据，并将历史数据分作训练用与验证用数据(一般为80-20)，规则学习模块342并将该训练用数据提供做为规则予以学习，完成后，验证模块343将验证用数据来验证该规则，调整模块343并将该规则根据验证结果进行调整，借此建立一分析规则。

在规则建立后，取得模块345向数据处理与保存单位33取得实时状态，分析模块346并运用所学习的该规则来分析设备的实时状态，如果分析结果发现漏水机率高于设定的门坎，则讯息模块347发出漏水讯息通知输配水网主控单元32，输配水网主控单元32的讯息模块325则接收来自数据分析与探勘单元34的漏水讯息，系统事件模块323并据此产生一系统事件，并将事件转发至异常处理单元35，异常处理单元35并平行地进行以下处理，包含：显示模块351将该系统事件显示于监控画面、通知模块352发出异常通知、纪录模块353产生异常纪录、维运单模块354产生派工维运单、启动模块355启动控制策略。监控画面可于设计或定义画面中，增加管段号状态对应状态图档，以醒目方式提醒监视器前使用者。异常通知则必须先定义用户及其通讯管道，如：语音拨打目的号码、简讯通知目的号码、APP序号与版本、收件者email信箱，通过以上方式通知相关处理人员，而所产生的系统内异常纪录可作为后续纪录及留存备查，供处理人员在日后处理类似问题可做为参考借镜之用。除系统纪录外，在具有定义维修流程的管段中如果发生漏水，则通知流程所定义的通知人员、主要维修人员、检核人员等进行处理，并发动电子表单核签与稽催流程，确保漏水处理时程；或根据设定的控制策略水压、水流速等条件，控制马达减压或关闭/开启阀门。

另外，本发明用于输配水网的监控方法的概略流程可如图4所示，于步骤S41中，令多个监控设备将监视或控制一输配水网所获得的监控信息传输至一输配水网主控单元；于步骤S42中，令该输配水网主控单元将该监控信息传输至一数据处理与保存单元，以供该数据处理与保存单元处理以成为实时数据和历史数据；于步骤S43中，令一数据分析与探勘单元向该数据处理与保存单元提取该历史数据以建立一分析规则，以及向该数据处理与保存单元取得该实时数据以利用该分析规则分析该实时数据进而获得一分析结果；于步骤S44中，令该数据分析与探勘单元于根据该分析结果，于判断该输配水网有漏水点时通知该输配水网主控单元，以供该输配水网主控单元产生一系统事件；于步骤S45中，令该输配水网主控单元将该系统事件传输至一异常处理单元；以及于步骤S46中，令该异常处理单元根据该系统事件发出异常通知或产生异常纪录。

综上所述，本发明的用于输配水网的监控系统可建置于计算机或服务器等具强大运算能力设备上，可经由撷取多个布建于不同位置的智能型水表、压力计、温度计并借由网络通讯设备与纪录器等多个耦合监控、传输、保存功能，取得监控设备的监控信息以处理成为实时数据历史数据；另外，输配水网主控单元具有传输能力及沟通功能，并具有显示系统、告警通知、事件回报等功能。本发明的用于输配水网的监控系统可将数据汇整分析后的漏水分析结果显示或转达给予用户，也能以此输配水网主控单元与通讯网络发送控制指令传送给监控设备进行控制减少漏水量，并转送到对应的数据分析与探勘单元上，以确认执行控制指令要求的管控动作有效性。因此，本发明可将漏水状态整合到显示系统或移动式手持装置上，用户可轻易，实时、便捷、快速且经济的发现、控制或被主动地通知各监控设备建置地点及对其使用状态或漏水，进行远程管理、监看、控制，进而达到经济管理的成效。另外，本发明整合数据分析与探勘技术、行动通讯、网络传输、设备监控、云端服务器及输配水网管理等技术，且安装多处不同位置与目的的监控设备于具有通讯网络及储存设备的输配水网管段中，通过有线/无线网络方式链接置于后端的输配水网主控单元，可实时监控介接于因特网的水表、压力计、加压马达、闸门等水网监控设备使用状态，以进行显示、告警、纪录与叫修，进而达成智慧漏水侦测的实质成效。

本发明所提出的用于输配水网的监控系统及方法，与其他惯用技术相互比较时，更具备下列优点、特点及功效：

1.本发明可实时、快速的对输配水网管理，且具备极佳行动性及便利性，可有效提升输配水网主控单元的管理与节能效率，也是极佳的漏水侦测追踪工具，且通过与数据处理与保存单元和输配水网主控单元之间的明确切割，可容易应用数据分析与探勘单元于其他实际数据保存技术及后端监控系统。

2.本发明可经济、快速的通过数据分析与探勘单元找寻可能的漏水点，并提供实时漏水讯息给予输配水网主控单元，在减少人力、物力、时间的前提之下，立即发现输配水管中漏水问题，并且可实时进行漏水管段状态监看、控制及或派员调查与排除，减少查找漏水问题的不便及大量人工找寻的成本。

上列详细说明乃针对本发明的一可行实施例进行具体说明，但是该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本申请的专利范围中。

Claims (10)

1.一种用于输配水网的监控系统，其特征在于，该监控系统包含：

多个监控设备，其分别布建于一输配水网的不同位置以监视或控制该输配水网；

一输配水网主控单元，其介接该多个监控设备以接收该多个监控设备所回传的监控信息；

一数据处理与保存单元，其介接该输配水网主控单元以接收该输配水网主控单元所传输的该多个监控设备的监控信息，并储存该监控信息以成为实时数据和历史数据；

一数据分析与探勘单元，其介接该数据处理与保存单元以向该数据处理与保存单元提取该历史数据以建立一分析规则，以及向该数据处理与保存单元取得该实时数据以利用该分析规则进行分析，进而根据分析结果而于判断出该输配水网有漏水点时通知该输配水网主控单元，以供该输配水网主控单元产生一系统事件；以及

一异常处理单元，其介接该输配水网主控单元以接收来自该输配水网主控单元的该系统事件，以及将该系统事件显示于一监控画面上，并发出异常通知或产生异常纪录。

2.根据权利要求1所述的用于输配水网的监控系统，其特征在于，该监控信息包括各该监控设备的设备状态以及各该监控设备所监控的该输配水网的位置的供/用水状态，且其中，该输配水网主控单元将包括该设备状态及该供/用水状态的监控信息传输至该数据处理与保存单元予以保存，以供该数据分析与探勘单元提取而进行分析，进而判断出该输配水网的该漏水点。

3.根据权利要求1所述的用于输配水网的监控系统，其特征在于，该异常处理单元更包括策略模块，该输配水网主控单元更包括一命令模块并进一步储存有控制策略，该策略模块于启动时通知该输配水网主控单元启动该控制策略，且该命令模块依据该控制策略发送一控制命令至该监控设备。

4.根据权利要求1所述的用于输配水网的监控系统，其特征在于，该监控设备包括水表、压力计、温度计、加压马达及阀门。

5.根据权利要求1所述的用于输配水网的监控系统，其特征在于，该异常处理单元包括一显示模块、通知模块、纪录模块及维运单模块，该显示模块将该系统事件显示于该监控画面上，该通知模块通过有线或无线方式以电子邮件、简讯或移动装置软件将该异常通知传输至该输配水网主控单元或处理人员的通讯装置，该纪录模块纪录漏水处理状况以产生该异常纪录，该维运单模块用以产生一派工维运单。

6.根据权利要求1所述的用于输配水网的监控系统，其特征在于，该数据处理与保存单元包括一处理模块、计算模块及保存模块，该处理模块对该监控信息进行前处理，该计算模块对经前处理的该监控信息计算特征值，该保存模块保存该计算特征值以及尚未处理的该监控信息的原始值。

7.根据权利要求1所述的用于输配水网的监控系统，其特征在于，该数据分析与探勘单元包括一提取模块、规则学习模块、验证模块、调整模块、分析模块及讯息模块，该提取模块向该数据处理与保存单元提取该历史数据以将该历史数据分作训练用数据和验证用数据，该规则学习模块将该训练用数据视为一规则而予以学习，该验证模块利用该验证用数据来验证视为该规则的训练用数据以产生验证结果，该调整模块根据该验证结果来调整该规则以产生该分析规则，该分析模块根据该分析规则对该实时数据进行分析，进而根据分析结果而于判断出该输配水网是否有该漏水点，该讯息模块于该输配水网有该漏水点时发出漏水讯息至该输配水网主控单元。

8.根据权利要求7所述的用于输配水网的监控系统，其特征在于，该输配水网主控单元包括一系统事件模块和讯息模块，该输配水网主控单元的讯息模块用以接收来自该数据分析与探勘单元的该漏水讯息，并传输至该系统事件模块，以供该系统事件模块产生该系统事件。

9.根据权利要求1所述的用于输配水网的监控系统，其特征在于，该输配水网主控单元用以供一智能行动单元链接，以接收来自一智能行动单元所发出的控制指令再转送给各该监控设备予以执行，以及使该智能行动单元获得该输配水网主控单元的该监控画面，并经由该输配水网主控单元读取该数据处理与保存单元中的该多个监控设备的监控信息，以及查询该数据分析与探勘单元所判断出的该输配水网的漏水点。

10.一种用于输配水网的监控方法，其特征在于，该监控方法包含：

令多个监控设备将监视或控制一输配水网所获得的监控信息传输至一输配水网主控单元；

令该输配水网主控单元将该监控信息传输至一数据处理与保存单元，以供该数据处理与保存单元处理以成为实时数据和历史数据；

令一数据分析与探勘单元向该数据处理与保存单元提取该历史数据以建立一分析规则，以及向该数据处理与保存单元取得该实时数据以利用该分析规则分析该实时数据进而获得一分析结果；

令该数据分析与探勘单元根据该分析结果，于判断该输配水网有漏水点时通知该输配水网主控单元，以供该输配水网主控单元产生一系统事件；

令该输配水网主控单元将该系统事件传输至一异常处理单元；以及

令该异常处理单元根据该系统事件发出异常通知或产生异常纪录。

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