Trong các thập kỷ gần đây, với sự gia tăng dân số, hoạt động kinh tế và hiện tượng biến đổi khí hậu mang tính toàn cầu, lượng nước trong chu trình nước (water cycle) trở nên thất thường và không thể dự đoán trước. Nhận biết sự quan trọng của tài nguyên nước cùng với tiến bộ của công nghệ, hệ thống quản lý thông minh được đưa ra với mục đích mang đến phương án giải quyết hiệu quả nhất.
Intelligent Water Management System (IWMS) – Hệ thống Quản lý thông minh nguồn Tài nguyên nước
IWMS là tương lai của Ngành quản lý tài nguyên nước, là công cụ hiệu quả của các đơn vị hoạt động trong ngành quản lý tài nguyên nước trong việc cung cấp nguồn nước sạch và bền vững. Hệ thống có thể đưa ra các kết quả theo dõi, đánh giá nhanh chóng và chính xác về tình trạng thất thoát, quản trị thay đổi hiệu quả cho đơn vị quản lý – vận hành nguồn tài nguyên nước thông qua hình ảnh, video và dữ liệu thông tin hệ thống được thu thập.
Hệ thống cũng cung cấp tính năng phân tích dự báo để đưa ra bộ tài liệu tiêu chuẩn, đề xuất các hành động ngăn chặn cần thiết phù hợp các tình huống xảy ra.
Nhu cầu quản lý nguồn tài nguyên nước
Trong các thập kỷ gần đây, với sự gia tăng dân số, hoạt động kinh tế và hiện tượng biến đổi khí hậu mang tính toàn cầu, lượng nước trong chu trình nước (water cycle) trở nên thất thường và không thể dự đoán trước.
Từ các nguyên do trên, tầm quan trọng của nguồn tài nguyên nước được đặt ra ở mức quốc gia, và có xu hướng tiến tới ở mức khu vực và toàn cầu, dẫn đến nhu cầu bức thiết phải quản lý hiệu quả hơn các hoạt động liên quan đến nước và nguồn tài nguyên nước.
Với tiến bộ của công nghệ, một hệ thống quản lý thông minh đã được đưa ra để quản trị tập trung nhiều nguồn dữ liệu, các thông tin tức thời để các đơn vị quản lý – vận hành có thể đưa ra phương án ứng phó hiệu quả với các vấn đề, đồng thời cung cấp cho các đội phản ứng sự cố tại hiện trường nguyên nhân và phương án xử lý vấn đề một cách nhanh chóng và hiệu quả thông qua việc sử dụng các mô hình dữ liệu mẫu và dự báo.
Xây dựng kế hoạch giám sát mạng liên tục
Xây dựng một kế hoạch giám sát mạng liên tục bao gồm việc triển khai các cảm biến thu thập dữ liệu trên toàn mạng lưới cấp nước từ hệ thống hồ chứa, xử lý, truyền tải và phân phối nước đến các mạng lưới cung cấp nước tới các hộ gia đình. Dữ liệu sau đó được thu thập, xử lý và gửi lại cho một trung tâm điều khiển. Ngoài ra, với khả năng thiết lập tự động các cơ chế, các mức cảnh báo cho các sự kiện quan trọng lên ban quản lý, giúp việc giám sát hệ thống nhanh chóng và hiệu quả hơn.
Với hệ thống thu thập dữ liệu đầy đủ, liên tục là tiên đề cho việc xây dựng một Hệ thống quản lý thông minh (IWMS) từ thu thập, đánh giá tới phân tích dữ liệu để đưa ra kết luận, đề xuất phương án xử lý cho các vấn đề xảy ra theo cơ chế thiết lập trước. Việc này giúp nâng cao hiệu quả sử dụng của dữ liệu, giảm bớt các lỗi chủ quan của con người, đồng thời giúp xây dựng mô hình dự báo chuẩn và tối ưu hóa vận hành hệ thống.
Hệ thống giám sát thời gian thực
Một hệ thống giám sát thời gian thực thường bao gồm:
  • Cảm biến / trạm giám sát đo các thông số khác nhau của nước như mực nước, lưu lượng, áp suất và chất lượng nước
  • Hệ thống đo xa / thông tin liên lạc thu thập các dữ liệu báo cáo, gửi lại cho hệ thống phụ trợ
  • Hệ thống phụ trợ có nhiệm vụ thu thập, xử lý và cung cấp dữ liệu đã được làm sạch cho các hệ thống chuyên ngành như Hệ thống Thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát (Supervisory Control And Data Acquisition – SCADA), Quản lý quan hệ khách hàng (Customer relationship management – CRM) hay mô hình thủy lực (hydraulic modelling).
Các thiết bị cảm biến và trạm giám sát
Đối với một mạng lưới phân phối nước, thông thường sẽ cần một hệ thống SCADA để có thể điều khiển và giám sát tình trạng mạng lưới một cách hiệu quả. Trong trường hợp không có hệ thống SCADA, lúc đó các trạm giám sát độc lập có thể được sử dụng thay thế để thu thập các dữ liệu liên quan cần thiết.
Các trạm giám sát gồm nhiều thiết bị cảm biến / thiết bị thăm dò các yếu tố như mực nước, tốc độ dòng chảy, áp suất và chất lượng nước. Các thiết bị cảm biến / thăm dò này hoạt động hoàn toàn tự động và có thể theo dõi các thông số một cách liên tục trong khoảng thời gian dự kiến. Với tính chất như vậy và được triển khai trên một khu vực địa lý rộng, các thiết bị này cần phải đảm bảo yếu tố thuận tiện trong vận hành và bảo trì. Do vậy, chúng thông thường sử dụng nguồn năng lượng mặt trời kết hợp với hệ thống pin dự phòng.
Các thiết bị cảm biến này được triển khai ở điểm gần cuối của mạng lưới giám sát hồ chứa ngầm và bể chứa nước. Còn với tính chất người dùng nước là các tòa nhà văn phòng và các hộ gia đình, việc sử dụng đồng hồ đo tự động (AMRs – Automated Meter Readers) sẽ đem lại hiệu quả trong tăng thu ngân sách, có khả năng cung cấp dữ liệu gần ở mức thời gian thực và khả năng phát hiện thất thoát nhỏ trong từng hộ người dùng nước. Với các đặc điểm trên, việc trả phí sử dụng nước của các hộ gia đình rất linh hoạt, có thể bằng thẻ trả trước hay bằng các ứng dụng thanh toán trên mạng hay thiết bị di động, tùy thuộc vào loại đồng hồ nước được sử dụng. Để đảm bảo tính hiệu quả, chính xác và an toàn, AMR dành cho văn phòng/hộ gia đình được đề xuất phải đảm bảo các yếu tố cơ bản như là loại đồng hồ đo tự động, sử dụng pin với thời gian hoạt động lên đến 10 năm, hỗ trợ tính năng bảo mật gửi tin nhắn khi bị xâm nhập và chỉnh sửa không được phép.
Hệ thống đo xa / thông tin liên lạc
Trong trường hợp mạng lưới giám sát mà không có 1 hệ thống SCADA quản trị tập trung, các thiết bị cảm biến / trạm giám sát phải sử dụng 1 phương án khác để gửi dữ liệu hoạt động vào hệ thống phụ trợ. Thông thường, với đặc trưng của ngành nước, mạng lưới phân phối có quy mô địa lý rộng lớn, địa hình phức tạp, nên việc cung cấp thông tin thông thường là thông qua kết nối không dây, với nhiều công nghệ sử dụng như Wi-FI, RF, hay GPRS / 3G tùy thuộc vào phạm vi, môi trường và băng thông yêu cầu.
Về nguyên tắc, việc truyền/nhận dữ liệu, đối với khoảng cách ngắn, công nghệ kết nối Wi-Fi hay tần số vô tuyến (RF) có ưu thế về tốc độ và chi phí sử dụng. Đối với phạm vi xa hơn, công nghệ GPRS / 3G dựa trên mạng viễn thông sẽ có nhiều ưu thế trong vận hành.
Trên thực tế triển khai, dữ liệu của các cảm biến được triển khai trong một khu vực quy định sẽ được gửi đến một Thiết bị tập trung dữ liệu (Data Concentrator Unit – DCU), rồi các thiết bị trung gian này sẽ tổng hợp và gửi tới hệ thống máy chủ phụ trợ thông qua Wi-Fi, RF hoặc GPRS / 3G.
Ưu điểm của việc sử dụng các DCUs  là khi các AMRs được triển khai dù là trên diện rộng hoặc trong các tòa nhà, các AMRs sẽ sử dụng các mạng lưới không dây vốn có chi phí rẻ hơn, truyền dữ liệu vào DCUs, rồi từ đó, DCUs sử dụng dịch vụ viễn thông (GPRS/3G hay RF) để truyền tới hệ thống máy chủ phụ trợ, qua đó, giảm được chi phí viễn thông cho việc truyền/nhận dữ liệu.
Hệ thống phụ trợ (Backend System)
Hệ thống phụ trợ bao gồm các máy chủ và thiết bị phục vụ sản xuất, có vai trò thu thập và lưu trữ các dữ liệu đầu vào. Hệ thống này chứa các thông tin theo dõi tình trạng của tất cả các thiết bị cảm biến, dữ liệu bảng biểu và báo cáo
Giảm thất thoát nước bằng phát hiện rò rỉ
Khi một hệ thống giám sát thời gian thực được xây dựng, bước tiếp theo là xây dựng một hệ thống phát hiện rò rỉ (Leak Detection System). Khi hệ thống ống truyền tải xảy ra hiện tượng rò rỉ, LDS giúp nhanh chóng phát hiện và xác định vị trí nơi xảy ra rò rỉ, chuyển thông tin đến hệ thống giám sát, đề xuất phương án xử lý, do đó làm giảm lượng nước thất thoát (nước không doanh thu, Non-Revenue Water – NRW). Điều này sẽ giúp ngăn chặn dẫn đến các nguy cơ nghiêm trọng hơn như vỡ lớn, hỏng nghiêm trọng gây dừng hệ thống.
Một LDS phổ biến là loại sử dụng các thiết bị cảm biến âm thanh thiết lập trên toàn mạng. Các thiết bị cảm biến này liên tục đo ồn của trong đường ống, thu thập các dữ liệu “nghe” được, truyền đến hệ thống phụ trợ bằng hệ thống SCADA hoặc qua hệ thống mạng không dây.
Khi xảy ra 1 điểm rò rỉ, các hiện tượng bất thường truyền qua đường ống đến các thiết bị cảm biến ở vùng lân cận điểm rò rỉ. Dựa trên thời điểm khác nhau nhận được tín hiệu của các cảm biến, vị trí rò rỉ có thể được định vị và xác định chính xác, rồi gửi đến trung tâm điều khiển của hệ thống.
Đối với hộ gia đình, thông qua việc sử dụng các đồng hồ đo tự động (AMRs), có thể thiết lập tính năng kiểm tra lượng nước tiêu thụ hàng ngày hoặc hàng giờ để xác định việc sử dụng nước. Với thông tin về việc sử dụng nước của các hộ gia đình, đối chiếu với các hoạt động thực tế, họ có thể kiểm soát chính xác lượng nước tiêu thụ, nhanh chóng phát hiện sự rò rỉ khi có sự thay đổi đột biến của lượng nước mà không có nguyên nhân cụ thể.
Song Phương – FIS
Phần 2: http://techinsight.com.vn/cong-nghe-trong-du-an/he-thong-quan-ly-thong-minh-nuoc-iwms-phan-2-nd498319.html
Tin liên quan: