TW201909094A

TW201909094A - 用於輸配水網之監控系統及方法

Info

Publication number: TW201909094A
Application number: TW106123643A
Authority: TW
Inventors: 李韋承; 劉一鳴; 曾煥然; 陳素瑩
Original assignee: 中華電信股份有限公司
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-03-01
Also published as: TWI703530B

Abstract

本發明提供一種用於輸配水網之監控系統及方法，複數個監控設備將監控輸配水網所獲得之監控資訊傳輸至輸配水網主控單元，再藉由輸配水網主控單元傳輸至資料處理與保存單元，以供處理而成為即時資料和歷史資料，接著資料分析與探勘單元向資料處理與保存單元提取該歷史資料以建立分析規則，並取得該即時資料以利用該分析規則予以分析，進而根據分析結果於判斷輸配水網有漏水點時通知輸配水網主控單元，以供輸配水網主控單元產生系統事件並傳輸至異常處理單元，則異常處理單元根據該系統事件發出異常通知或產生異常紀錄。

Description

用於輸配水網之監控系統及方法

本發明係關於一種監控技術，詳而言之，係關於一種用於輸配水網之監控系統及方法。

隨著時代文明的進步，人類生活與生產仰賴大量資源的使用，其中水是最重要的資源。現代人的生活無時無刻不在使用各種資源及能源，我們每天的食衣住行育樂也無一不與水資源息息相關。除了希望能在有限的資源下，做到最高效率的利用，達到節約的效果，也為了追求更優質及便利的生活品質，對於有效使用的議題，一直以來都是人們研究努力的目標。

傳統的漏水管理，大多是非常消極地，依賴民眾舉報、定期巡檢等人工方式來達成偵漏與防治之目的或夜間減壓供水來降低漏水量，詳述如下。

透地雷達(Ground-penetrating radar，GPR)是以雷達脈衝波探測地表以下狀況並成像的儀器，以無線電譜上的微波波段電磁波進行的一種無損檢測方式，並接收因為地表下各種物體結構造成的雷達反射波。透地雷達可以在岩石、土壤、冰、淡水、人行道以及各種結構物等介質使用。透地雷達可探測到地表下的物質、材質變化、空隙和裂隙等，藉此人工方式找尋管段破損以修復漏水問題。

紅外線熱顯像是一種人工且非接觸式技術，測量紅外波長以便從一定內距離測量溫度。熱影像儀可以顏色顯示不同溫度的圖像並透過該圖像可以快速、簡便地檢查表面溫度識別其高或低溫點區域，在漏水區域附近的土壤可能會因為漏水而造成其溫度下降，藉此方法找出低溫點附近區域為可能漏水點。

聲音感應固定式管網測漏系統為近年來新興的漏水偵測先進方法與技術，先安裝固定式聲音感測裝置，定時收集資料無線傳輸至控制中心，後運用聲音感測器等待異常音出現，並分析其所布置位置以及聲音大小、數量，計算管段內聲音速度，進而判斷漏水位置。其缺點是造價昂貴。

水壓管理向來是漏水控制的重要手段，只要降低水管內壓力，立即可以降低漏水量，所以減少加壓站出口壓力，或是設置減壓閥，讓高處配水池流進管網的水壓減低，就可以立即減少漏水量。如此一來，雖然水管仍然有破漏，輸配水網整體體質並沒有改善，但既有體質下的漏水量變少了，頗能收立竿見影之效，故在無法大幅降低漏水率及斷定漏水點之前，仍必須妥善控制供水管水壓，避免過大的水壓讓管線受損增巨漏水量，是為一個治標不治本的做法。

而隨著計算機、網際網路及各式資訊技術的演進發展，而有資料探勘技術、智慧水網分析、各種感測器...等新式輸配水網管理技術與設備的產出。它們是利用資訊及通訊科技來偵測並收集管段中的水流、水量、壓力或溫度過去與現在狀況，透過資料分析與探勘技術的比對現在與過往的水流、水量、水壓、水溫，判斷是否可能存在漏水可能，並透過現代化監控設備與移動手持裝置，即時通報與顯示，降低漏水反應時間及漏水量之目的。

本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，及因應嶄新技術之發展，乃亟思加以改良創新，並經苦心孤詣潛心研究後，乃結合資料分析、網路通訊、設備控制、輸配水網管理等技術，終於成功研發出本件具備資料分析、即時地、經濟地、智慧化之輸配水網管理系統。

為解決上述問題及其他問題，本發明提出一種用於輸配水網之監控系統，包含：複數個監控設備，係分別布建於一輸配水網的不同位置以監視或控制該輸配水網；一輸配水網主控單元，係介接該複數個監控設備以接收該複數個監控設備所回傳之監控資訊；一資料處理與保存單元，係介接該輸配水網主控單元以接收該輸配水網主控單元所傳輸之該複數個監控設備之監控資訊，並儲存該監控資訊以成為即時資料和歷史資料；一資料分析與探勘單元，係介接該資料處理與保存單元以向該資料處理與保存單元提取該歷史資料以建立一分析規則，以及向該資料處理與保存單元取得該即時資料以利用該分析規則進行分析，進而根據分析結果而於判斷出該輸配水網有漏水點時通知該輸配水網主控單元，以供該輸配水網主控單元產生一系統事件；以及一異常處理單元，係介接該輸配水網主控單元以接收來自該輸配水網主控單元之該系統事件，以及將該系統事件顯示於一監控畫面上，並發出異常通知或產生異常紀錄。

此外，本發明另提供一種用於輸配水網之監控方法，包含：令複數個監控設備將監視或控制一輸配水網所獲得之監控資訊傳輸至一輸配水網主控單元；令該輸配水網主控單元將該監控資訊傳輸至一資料處理與保存單元，以供該資料處理與保存單元處理以成為即時資料和歷史資料；令一資料分析與探勘單元向該資料處理與保存單元提取該歷史資料以建立一分析規則，以及向該資料處理與保存單元取得該即時資料以利用該分析規則分析該即時資料進而獲得一分析結果；令該資料分析與探勘單元根據該分析結果，於判斷該輸配水網有漏水點時通知該輸配水網主控單元，以供該輸配水網主控單元產生一系統事件；令該輸配水網主控單元將該系統事件傳輸至一異常處理單元；以及令該異常處理單元根據該系統事件發出異常通知或產生異常紀錄。

因此，本發明之用於輸配水網之監控系統，可達成自動化漏水偵測，將資料分析及探勘技術應用於輸配水網並安裝於強大的計算機內，並具有網路連結、資料儲存等功能單元，並透過分布於輸配水管段各處之監控設備，透過網路連結定時回傳至後端上之資料處理與保存單元和資料分析與探勘單元進行資料歸檔、資料分析與探勘單元進行分析，並透過輸配水網主控單元進行比對與分派至監控系統、告警通知、事件回報等其他單元，藉此可即時監控水錶、壓力計、閥門、加壓馬達、溫度計…等監控設備之狀態以進行漏水分析，並記錄事件內容、使用者處理過程、設備維修紀錄，及時發出告警簡訊、電子郵件、APP訊息…等方式通知相關人員進行查修及維運，可望即時進管線修復與問題排除。此外，本系統也可做為加入圖台功能成為輸配水監視圖控工具。

再者，本發明之另一目的在開發一透過資料分析與探勘技術、網路通訊、感測設備、即時監控技術以整合實際歷史監測資訊及分析探勘後邏輯條件提供給予輸配水網主控單元漏水可能事件分析。具自動化、即時性、經濟性、可調整地的尋找輸配水管段所在位置之特性，亦可正確導引使用者前往發現漏水所在地位置進行查修，且可快速而便捷的進行檢測或管線修復，減少查找之不便與水資源及人力浪費之損失。對解決輸配水網漏水問題有著莫大之效益。

11、31‧‧‧監控設備

12、32‧‧‧輸配水網主控單元

13、33‧‧‧資料處理保存單元

14、34‧‧‧資料分析與探勘單元

15、35‧‧‧異常處理單元

16、19‧‧‧內部網路

17、18‧‧‧網際網路/行動網路

21‧‧‧輸配水網管段

212‧‧‧末端用水戶水表

213‧‧‧已拆表之末端用水戶

214‧‧‧加壓馬達

215‧‧‧水表

216‧‧‧壓力計

22‧‧‧網際網路

231‧‧‧輸配水網主控單元

232‧‧‧資料處理與保存單元

233‧‧‧資料分析與探勘單元

24‧‧‧輸配水網管段中漏水點

311‧‧‧水錶

312‧‧‧壓力計

313‧‧‧溫度計

314‧‧‧加壓馬達

315‧‧‧閥門

321‧‧‧接收模組

322‧‧‧命令模組

323‧‧‧系統事件模組

324‧‧‧連接模組

325‧‧‧訊息模組

331‧‧‧處理模組

332‧‧‧計算模組

333‧‧‧保存模組

341‧‧‧提取模組

342‧‧‧規則學習模組

343‧‧‧驗證模組

344‧‧‧調整模組

345‧‧‧取得模組

346‧‧‧分析模組

347‧‧‧訊息模組

351‧‧‧顯示模組

352‧‧‧通知模組

353‧‧‧紀錄模組

354‧‧‧維運單模組

355‧‧‧策略模組

S41~S46‧‧‧步驟

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：第1圖為本發明之用於輸配水網之監控系統的基本架構圖；第2圖為本發明之用於輸配水網之監控系統的情境示意圖；第3圖為本發明之用於輸配水網之監控系統的一實施例的方塊圖；及第4圖為本發明之用於輸配水網之監控方法的流程圖。

本發明係關於一種用於輸配水網之監控系統，可自動化偵測漏水並執行資料分析。本發明之監控系統之架構可利用第1圖加以說明。在輸配水管內近端安裝如水錶、壓力計、溫度計…等各種監控設備11，並透過通訊網路傳換至網際網路/行動網路17，連接至輸配水網主控單元12進行後續資料處理與轉接，輸配水網主控單元12透過內部網路19將資料送至資料處理與保存單元13進行匯總與驗算、歸檔，建立其索引，以供資料分析與探勘單元14所使用。於資料處理與保存單元13和資料分析與探勘單元14中，必先自資料處理與保存單元13提取經處理後之歷史資料，並切分該歷史資料為兩種集合，一種用以訓練規則進行學習，一種用以驗證規則，並藉此將規則進行微調，此學習過程完成後便建立一分析規則，並利用該分析規則來分析即時設備狀態以得知漏水的可能性，並將高可能性之漏水訊息，傳達給輸配水網主控單元12，由輸配水網主控單元12通報異常處理單元15進行處理，包含：於監控畫面中顯示異常、以手機訊息及email通知使用者、產生派工維運單…等方式，或透過預先設定之控制邏輯，回饋至輸配水網主控單元12控制前端水網管段的馬達或閥門。

另外，監控設備11和輸配水網主控單元12之間的溝通方式可如下：

訊息送出，讀取一連串控制單元

送出：0603006B0003

回應：060306022B00000003

命令送出，啟動控制單元

送出：060500ACFF00

回應：060500ACFF00

第2圖則為本發明之用於輸配水網之監控系統的漏水示意圖，在輸配水網管段21中安裝有末端用水戶水表212、安裝後又已拆表之末端用水戶213、於供水端裝設的加壓馬達214、供水端的水表215以及管內之壓力計216。這些監控設備介接於網際網路22上，並可透過網路發送資訊至輸配水網主控單元231，可傳送水網監測資訊到資料處理與保存單元232進行解析以及特徵值擷取，並接受資料分析與探勘單元233因發現輸配水網管段中之漏水點24所通報的漏水警報訊號，反向回饋至水網管段中之加壓馬達214或閥門之中。

本發明之用於輸配水網之監控系統之一實施例的架構圖可參考第3圖。本發明之用於輸配水網之監控系統，包含：複數個監控設備31(包括311-315)、輸配水網主控單元32、資料處理與保存單元33、資料分析與探勘單元34及異常處理單元35。

監控設備31(包括311-315)分別布建於輸配水網的不同位置；輸配水網主控單元32可接收監控設備31所回傳之監控資訊；資料處理與保存單元33可接收輸配水網主控單元12所傳輸之監控設備31之監控資訊，並儲存該監控資訊以成為即時資料和歷史資料；資料分析與探勘單元34可向資料處理與保存單元33提取該歷史資料以建立一分析規則，以及向資料處理與保存單元33取得該即時資料以利用該分析規則進行分析，進而根據分析結果而於判斷出該輸配水網有漏水點時通知輸配水網主控單元32，以供輸配水網主控單元32產生一系統事件；以及異常處理單元35可接收來自輸配水網主控單元32之該系統事件，以及將該系統事件顯示於一監控畫面上，並發出異常通知或產生異常紀錄。

監控設備31包含監視與控制兩類，如：水表311、壓力計312、溫度計313皆可屬於監視類，而如：加壓馬達314、閥門315則可屬於控制類，監視類設備可接受水網管段內狀態之後，透過通訊網路或網際網路等連線方式，回報監控資訊至輸配水網主控單元32，輸配水網主控單元32的接收模組321則接受如設備狀態、供水資料、用水資料等監控資訊並透過連接模組324以連接資料處理與保存單元33。此外，在資料處理與保存單元33內，處理模組331則先進行設備值前處理作業，檢查資料正確性或作運算與單位轉換，接著計算模組332再計算特徵值，所謂特徵值包含單位時間內之最大值、最小值、平均值及其相對應之發生時間，保存模組333並儲存原始值以及特徵值。另外，在資料分析與探勘單元34中，在一定時間內(如一個月)，提取模組341向資料處理與保存單元33提取歷史資料，並將歷史資料分作訓練用與驗證用資料(一般為80-20)，規則學習模組342並將該訓練用資料提供做為規則予以學習，完成後，驗證模組343將驗證用資料來驗證該規則，調整模組344並將該規則根據驗證結果進行調整，藉此建立一分析規則。

在規則建立後，取得模組345向資料處理與保存單位33取得即時狀態，分析模組346並運用所學習之該規則來分析設備的即時狀態，如果分析結果發現漏水機率高於設定之門檻，則訊息模組347發出漏水訊息通知輸配水網主控單元32，輸配水網主控單元32的訊息模組325則接收來自資料分析與探勘單元34的漏水訊息，系統事件模組323並據此產生一系統事件，並將事件轉發至異常處理單元35，異常處理單元35並平行地進行以下處理，包含：顯示模組351將該系統事件顯示於監控畫面、通知模組352發出異常通知、紀錄模組353產生異常紀錄、維運單模組354產生派工維運單、啟動模組355啟動控制策略。另，命令模組322依據該控制策略發送控制命令至監控設備31。監控畫面可於設計或定義畫面中，增加管段號狀態對應狀態圖檔，以醒目方式提醒監視器前使用者。異常通知則必須先定義使用者及其通訊管道，如：語音撥打目的號碼、簡訊通知目的號碼、APP序號與版本、收件者email信箱，藉以上方式通知相關處理人員，而所產生之系統內異常紀錄可作為後續紀錄及留存備查，供處理人員在日後處理類似問題可做為參考借鏡之用。除系統紀錄外，在具有定義維修流程的管段中如果發生漏水，則通知流程所定義的通知人員、主要維修人員、檢核人員等進行處理，並發動電子表單核簽與稽催流程，確保漏水處理時程；或根據設定的控制策略水壓、水流速等條件，控制馬達減壓或關閉/開啟閥門。

另外，本發明用於輸配水網之監控方法的概略流程可如第4圖所示，於步驟S41中，令複數個監控設備將監視或控制一輸配水網所獲得之監控資訊傳輸至一輸配水網主控單元；於步驟S42中，令該輸配水網主控單元將該監控資訊傳輸至一資料處理與保存單元，以供該資料處理與保存單元處理以成為即時資料和歷史資料；於步驟S43中，令一資料分析與探勘單元向該資料處理與保存單元提取該歷史資料以建立一分析規則，以及向該資料處理與保存單元取得該即時資料以利用該分析規則分析該即時資料進而獲得一分析結果；於步驟S44中，令該資料分析與探勘單元於根據該分析結果，於判斷該輸配水網有漏水點時通知該輸配水網主控單元，以供該輸配水網主控單元產生一系統事件；於步驟S45中，令該輸配水網主控單元將該系統事件傳輸至一異常處理單元；以及於步驟S46中，令該異常處理單元根據該系統事件發出異常通知或產生異常紀錄。

綜上所述，本發明之用於輸配水網之監控系統可建置於電腦或伺服器等具強大運算能力設備上，可經由擷取複數個布建於不同位置的智慧型水錶、壓力計、溫度計並藉由網路通訊設備與紀錄器等多個耦合監控、傳輸、保存功能，取得監控設備之監控資訊以處理成為即時資料歷史資料；另外，輸配水網主控單元具有傳輸能力及溝通功能，並具有顯示系統、告警通知、事件回報等功能。本發明之用於輸配水網之監控系統可將資料彙整分析後之漏水分析結果顯示或轉達給予使用者，也能以此輸配水網主控單元與通訊網路發送控制指令傳送給監控設備進行控制減少漏水量，並轉送到對應之資料分析與探勘單元上，以確認執行控制指令要求之管控動作有效性。因此，本發明可將漏水狀態整合到顯示系統或移動式手持裝置上，使用者可輕易，即時、便捷、快速且經濟的發現、控制或被主動地通知各監控設備建置地點及對其使用狀態或漏水，進行遠端管理、監看、控制，進而達到經濟管理之成效。另外，本發明整合資料分析與探勘技術、行動通訊、網路傳輸、設備監控、雲端伺服器及輸配水網管理等技術，且安裝多處不同位置與目的之監控設備於具有通訊網路及儲存設備之輸配水網管段中，透過有線/無線網路方式連結置於後端之輸配水網主控單元，可即時監控介接於網際網路之水錶、壓力計、加壓馬達、閘門...等水網監控設備使用狀態，以進行顯示、告警、紀錄與叫修，進而達成智慧漏水偵測之實質成效。

本發明所提出之用於輸配水網之監控系統及方法，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點、特點及功效：

1.本發明可即時、快速的對輸配水網管理，且具備極佳行動性及便利性，可有效提昇輸配水網主控單元之管理與節能效率，也是極佳之漏水偵測追蹤工具，且透過與資料處理與保存單元和輸配水網主控單元之間的明確切割，可容易應用資料分析與探勘單元於其他實際資料保存技術及後端監控系統。

2.本發明可經濟、快速的透過資料分析與探勘單元找尋可能的漏水點，並提供即時漏水訊息給予輸配水網主控單元，在減少人力、物力、時間的前提之下，立即發現輸配水管中漏水問題，並且可即時進行漏水管段狀態監看、控制及或派員調查與排除，減少查找漏水問題之不便及大量人工找尋的成本。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims

一種用於輸配水網之監控系統，包含：複數個監控設備，係分別布建於一輸配水網的不同位置以監視或控制該輸配水網；一輸配水網主控單元，係介接該複數個監控設備以接收該複數個監控設備所回傳之監控資訊；一資料處理與保存單元，係介接該輸配水網主控單元以接收該輸配水網主控單元所傳輸之該複數個監控設備之監控資訊，並儲存該監控資訊以成為即時資料和歷史資料；一資料分析與探勘單元，係介接該資料處理與保存單元以向該資料處理與保存單元提取該歷史資料以建立一分析規則，以及向該資料處理與保存單元取得該即時資料以利用該分析規則進行分析，進而根據分析結果而於判斷出該輸配水網有漏水點時通知該輸配水網主控單元，以供該輸配水網主控單元產生一系統事件；以及一異常處理單元，係介接該輸配水網主控單元以接收來自該輸配水網主控單元之該系統事件，以及將該系統事件顯示於一監控畫面上，並發出異常通知或產生異常紀錄。
如申請專利範圍第1項所述之用於輸配水網之監控系統，其中，該監控資訊包括各該監控設備的設備狀態以及各該監控設備所監控之該輸配水網的位置的供/用水狀態，且其中，該輸配水網主控單元將包括該設備狀態及該供/用水狀態之監控資訊傳輸至該資料處理與保存單元予以保存，以供該資料分析與探勘單元提取而進行分析，進而判斷出該輸配水網之該漏水點。
如申請專利範圍第1項所述之用於輸配水網之監控系統，其中，該異常處理單元更包括策略模組，該輸配水網主控單元更包括一命令模組並進一步儲存有控制策略，該策略模組係於啟動時通知該輸配水網主控單元啟動該控制策略，且該命令模組依據該控制策略發送一控制命令至該監控設備。
如申請專利範圍第1項所述之用於輸配水網之監控系統，其中，該監控設備包括水錶、壓力計、溫度計、加壓馬達及閥門。
如申請專利範圍第1項所述之用於輸配水網之監控系統，其中，該異常處理單元包括一顯示模組、通知模組、紀錄模組及維運單模組，該顯示模組係將該系統事件顯示於該監控畫面上，該通知模組透過有線或無線方式以電子郵件、簡訊或移動裝置軟體將該異常通知傳輸至該輸配水網主控單元或處理人員的通訊裝置，該紀錄模組紀錄漏水處理狀況以產生該異常紀錄，該維運單模組係用以產生一派工維運單。
如申請專利範圍第1項所述之用於輸配水網之監控系統，其中，該資料處理與保存單元係包括一處理模組、計算模組及保存模組，該處理模組係對該監控資訊進行前處理，該計算模組係對經前處理的該監控資訊計算特徵值，該保存模組係保存該特徵值以及尚未處理的該監控資訊的原始值。
如申請專利範圍第1項所述之用於輸配水網之監控系統，其中，該資料分析與探勘單元係包括一提取模組、規則學習模組、驗證模組、調整模組、分析模組及訊息模組，該提取模組向該資料處理與保存單元提取該歷史資料以將該歷史資料分作訓練用資料和驗證用資料，該規則學習模組將該訓練用資料視為一規則而予以學習，該驗證模組利用該驗證用資料來驗證視為該規則的訓練用資料以產生驗證結果，該調整模組係根據該驗證結果來調整該規則以產生該分析規則，該分析模組係根據該分析規則對該即時資料進行分析，進而根據分析結果而於判斷出該輸配水網是否有該漏水點，該訊息模組於該輸配水網有該漏水點時發出漏水訊息至該輸配水網主控單元。
如申請專利範圍第7項所述之用於輸配水網之監控系統，其中，該輸配水網主控單元係包括一系統事件模組和訊息模組，該輸配水網主控單元之訊息模組係用以接收來自該資料分析與探勘單元的該漏水訊息，並傳輸至該系統事件模組，以供該系統事件模組產生該系統事件。
如申請專利範圍第1項所述之用於輸配水網之監控系統，其中，該輸配水網主控單元係用以供一智慧行動單元連結，以接收來自該智慧行動單元所發出的控制指令再轉送給各該監控設備予以執行，以及使該智慧行動單元獲得該輸配水網主控單元之該監控畫面，並經由該輸配水網主控單元讀取該資料處理與保存單元中的該複數個監控設備之監控資訊，以及查詢該資料分析與探勘單元所判斷出的該輸配水網的漏水點。
一種用於輸配水網之監控方法，包含：令複數個監控設備將監視或控制一輸配水網所獲得之監控資訊傳輸至一輸配水網主控單元；令該輸配水網主控單元將該監控資訊傳輸至一資料處理與保存單元，以供該資料處理與保存單元處理以成為即時資料和歷史資料；令一資料分析與探勘單元向該資料處理與保存單元提取該歷史資料以建立一分析規則，以及向該資料處理與保存單元取得該即時資料以利用該分析規則分析該即時資料進而獲得一分析結果；令該資料分析與探勘單元根據該分析結果，於判斷該輸配水網有漏水點時通知該輸配水網主控單元，以供該輸配水網主控單元產生一系統事件；令該輸配水網主控單元將該系統事件傳輸至一異常處理單元；以及令該異常處理單元根據該系統事件發出異常通知或產生異常紀錄。