Table of Contents
Công nghệ lưới nước thông minh và cách thức ứng dụng chính sách
Nước tươi đang trở thành một trong những nguồn lực mạnh nhất trên hành tinh. Tăng cơ sở hạ tầng, tăng dân số, hạn hán khí hậu đang đẩy hệ thống phân phối nước truyền thống đến giới hạn của họ. Để đáp ứng, một số thành phố và tiện ích đang tăng lên công nghệ nước thông minh [các hệ thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống thống điện số, hệ thống kiểm soát và điều khiển nước truyền thống điều khiển nước theo thời gian thực. Những công nghệ này hứa giảm thiểu mất nước, tăng hiệu quả hơn, và hiệu quả hơn việc sử dụng năng lượng và nước. Tuy nhiên, việc tiếp nhận các công nghệ này cũng thúc đẩy sự áp dụng các câu hỏi về chính sách bảo mật, quản và sự hỗ trợ tính công bằng kỹ thuật số và tài chính sách hiện đại.
Công nghệ lưới lưới nước thông minh là gì?
Một mạng lưới nước thông minh là một hệ thống kết nối các cảm biến, mạng lưới liên lạc, hệ thống phân tích dữ liệu, và các thiết bị điều khiển tự động hoạt động cùng nhau để quản lý việc phân phối nước với độ chính xác chưa từng thấy. không giống như hệ thống nước thông thường dựa vào việc đọc sách vở và sửa chữa bằng tay, các mạng lưới thông minh cung cấp những tầm nhìn liên tục vào hiệu suất của toàn bộ mạng lưới. chúng cho phép các thiết bị cơ sở tiện ích để phát hiện các rò rỉ trong phút thay vì nhiều tháng, các chương trình bơm tối ưu dựa trên thời gian thực, và dự đoán thất bại trước khi dịch vụ bị ngắt quãng thời gian.
Khái niệm xây dựng trên cùng một Internet của những thứ (IoT) và các nguyên tắc dữ liệu mà làm nền tảng cho mạng lưới điện thông minh, nhưng áp dụng chúng vào những đặc tính duy nhất về thể chất và hoạt động của cơ sở hạ tầng nước. kết quả là một hệ thống có thể thích nghi với điều kiện thay đổi, bảo tồn nước, giảm chi phí hoạt động, và cải thiện dịch vụ khách hàng.
Thành phần then chốt của một lưới nước thông minh
Bộ cảm biến và cơ cấu nội thất thay đổi
Cảm biến cấp cao là mắt và tai của lưới nước thông minh. Những bộ cảm biến này bao gồm bộ cảm biến huyết áp [FLT: 1], mét , [FLT:], , , bộ dò nguồn rò rỉ [FLT:], và nhiệt độ nhanh] cho khách hàng sử dụng chất lượng tiêu dùng để tìm thông tin về thời gian, và tiết ra thông tin về thời gian bị rò rỉ.
Mạng liên lạc dữ liệu
Các cảm biến và mét truyền dữ liệu qua tế bào, LoRaWAN, hoặc mạng radio tận tụy đến nền tảng phân tích trung tâm để kiểm soát thời gian thực, giao tiếp hiệu quả thấp là cần thiết. các tiện ích ngày càng triển khai mạng LTE hoặc 5G riêng tư để hỗ trợ các yêu cầu băng thông và đáng tin cậy của hàng ngàn điểm kết thúc.
Phân tích dữ liệu và trí thông minh nhân tạo
Dữ liệu thô từ bộ nhạy sẽ rất khó hiểu mà không cần giải thích phần mềm tinh vi. Nền tảng phân tích sử dụng để xác định các mẫu bị rò rỉ, vỡ, hoặc ô nhiễm. Chúng cũng tạo ra các mô hình dự đoán cho nhu cầu nước, cho phép quản lý khả năng lưu trữ và bơm năng tăng cường. Hệ thống cao thậm chí có thể mô phỏng R Nếu&821; kịch bản nào, như là ảnh hưởng của một vụ nổ chính trên áp lực dòng nước hoặc hiệu quả hạn hán trên cấp độ hạn hán.
Hệ thống điều khiển tự động
Hệ thống thông minh đóng vòng giữa giám sát và hành động. Các van tự động, bơm và các trạm áp suất có thể điều chỉnh từ xa từ trung tâm điều khiển hoặc qua các quy tắc đã được lập trình. Ví dụ, nếu bộ cảm biến phát hiện một giọt áp suất bị rò rỉ, hệ thống có thể tự động cô lập phần bị ảnh hưởng của đường ống trong khi chuyển hướng nước thay thế. Khả năng này giảm thời gian phản ứng từ giờ đến giây giảm thiểu mất nước và dịch vụ bị hư hỏng.
Lợi ích của các lưới nước thông minh
Giảm cường nước
Trên toàn cầu, một số người ước tính 30 phần trăm đến 50% nước được xử lý bị mất trước khi tiếp cận với khách hàng — nhiều thông tin về ống nước bị rò rỉ. Công nghệ phát hiện thông minh có thể giảm 20% đến 40% số tiền tiết kiệm trong năm đầu tiên của quá trình khởi hành, theo nghiên cứu Mạng lưới thủy lợi [FT] Form[FL:3). Đối với một thành phố bị mất đi ga lông lít trong ngày, dịch thành phố này sang chi phí tiết kiệm và tiền tệ đáng kể.
Năng lượng hiệu quả
Phân phối nước là nguồn năng lượng tăng cao, kế toán cho tổng tiêu thụ điện ở một số vùng. bằng cách tối ưu hóa các hoạt động bơm và giảm nhu cầu điều trị và tái tạo nước mất đi, các mạng lưới thông minh có thể giảm năng lượng sử dụng 15% đến 30%. điều này có lợi ích tài chính trực tiếp và môi trường, đặc biệt là nơi điện được tạo ra từ nhiên liệu hóa thạch.
Chất lượng nước được cải thiện
Theo dõi các tham số chất lượng nước tại nhiều điểm trong mạng lưới cho phép các tiện ích để phát hiện các sự kiện ô nhiễm sớm hơn. Trong trường hợp có sự đột phá hóa học hoặc sinh học, các nhà điều hành có thể đặt mục tiêu là nước “ boil and#8221; các cố vấn thay vì chăn cảnh báo, duy trì lòng tin công cộng trong khi bảo vệ sức khỏe.
Hành động tùy chỉnh tăng cường
Nghiên cứu cho thấy các hộ gia đình thường nhận phản hồi giảm mức tiêu dùng của họ xuống còn 10% đến 15%. các tiện ích cũng có thể thực hiện các chương trình điều hành liên quan đến sự bảo tồn hoặc gamification mà phần thưởng cho việc bảo tồn, làm cho khách hàng hoạt động trong việc quản lý nước.
Những thử thách chính trị và cơ hội
Dù kỹ thuật cho mạng lưới nước thông minh rất mạnh, nhưng việc triển khai của họ không chỉ là vấn đề kỹ thuật, mà còn đòi hỏi môi trường chính sách hỗ trợ để đối phó với nhiều thách thức liên quan.
Sự riêng tư và an ninh về dữ liệu
Hệ thống dẫn nước thông minh tạo ra một lượng lớn dữ liệu, bao gồm các mẫu thống tiêu dùng có thể hiển thị thói quen trong gia đình (v. d., khi người ta ở nhà, có bao nhiêu người ở nhà). Thông tin này có giá trị cho các thao tác tiện ích nhưng cũng tạo nguy hiểm. Các nhà sản xuất chính sách phải thiết lập [FLT: 0] những quy tắc rõ ràng [FLT: 0] [FT: 1] về quyền sở hữu dữ liệu, sự chấp thuận và sử dụng sai. [FL: 2].S. Cơ quan bảo vệ môi trường [FT:] đã đưa ra hướng dẫn về sự an ninh mạng (FLT: 0], nhưng thiếu sự riêng tư về mặt nước. Trong khi các nguyên tắc cụ thể, người tiêu dùng sẵn sàng hỗ trợ các thiết lập cơ sở hữu quốc gia.
Hệ thống an ninh mạng là một chiều không gian quan trọng khác. hệ thống nước là một phần của quốc gia& 88217; cơ sở hạ tầng quan trọng, và một cuộc tấn công mạng thành công có thể phá vỡ chất lượng cung cấp nước.
Các công việc và tiêu chuẩn điều chỉnh
Các quy định về nước tồn tại đã được phát triển trong thời đại tiền số. Họ thường chỉ định khoảng thử nghiệm cụ thể, định dạng và các thủ tục hoạt động cho rằng bộ sưu tập dữ liệu thủ công và thanh tra tuần hoàn. Để đáp ứng các mạng lưới thông minh, các bộ điều chỉnh cần cập nhật những quy tắc này để nhận ra liên tục giám sát, không chỉ là lấy mẫu truyền thống. Ví dụ, Hiệp hội Công ty Nước Hoa Kỳ [FLT: 0] đã làm việc trên các tiêu chuẩn giao tiếp dữ liệu và an ninh mạng, mà còn nhận dạng chậm chạp.
Một điều khác là sự can thiệp. Các tiện ích thường lấy cảm biến và phần mềm từ các nhà cung cấp khác nhau, và không có định dạng dữ liệu phổ biến, sự hợp nhất trở nên tốn kém và brittle. Chính phủ có thể tăng tốc việc nhận con nuôi bằng cách yêu cầu các tiêu chuẩn mở và giao diện lập trình (APIs) trong các hợp đồng thu thập, cũng như họ đã làm cho các mét điện thông minh trong nhiều thẩm quyền.
Tài trợ và khuyến khích
Việc triển khai một mạng lưới nước thông minh đòi hỏi sự đầu tư quan trọng. các mạng lưới giao tiếp, hệ thống kiểm soát và nền tảng phân tích có thể tốn hàng chục triệu đô la cho một thành phố trung bình. nhiều tiện ích, đặc biệt là những người phục vụ cộng đồng thu nhập thấp, đấu tranh để tài trợ cho các dự án từ lợi nhuận thu nhập lãi suất. những nhà sản xuất chính sách có nhiều công cụ để kết nối các khoảng cách:
- Chương trình trợ cấp và tài trợ bang: ) Quỹ uống nước Hoa Kỳ, chẳng hạn, có thể sử dụng cho việc nâng cấp cơ sở hạ tầng để cải thiện hiệu quả. Một số bang đã tạo những khoản trợ cấp nước thông minh như một phần của sáng kiến về sự phục hồi khí hậu rộng hơn.
- Hợp tác với PBlic-private (PPPs): Các công ty tư nhân có thể hợp tác với các công ty tài chính, cài đặt và vận hành hệ thống mạng thông minh để đổi lấy phần tiết kiệm từ việc giảm nguồn nước.
- Điều luật dựa trên cơ sở dữ liệu: Thay vì quy định chi phí dịch vụ truyền thống, các tiện ích có thể được cho phép giữ lại một phần của các khoản tiết kiệm được tạo ra bởi các đầu tư mạng lưới thông minh, tạo ra một động cơ mạnh mẽ để tiếp nhận công nghệ đổi mới.
- Liên kết xanh lá cây và quỹ khí hậu: ) Dự án bảo tồn nước với kết quả ước tính sẽ ngày càng thu hút các nhà đầu tư và thị trường trái phiếu xanh.
Công bằng và chia số
Lợi ích mạng lưới nước thông minh sẽ không tự động đến với mọi cộng đồng. để lại những cộng đồng kém may mắn với giá nước cao hơn và dịch vụ ít đáng tin cậy hơn.
Những người làm chính sách nên cần có tiện ích để bao gồm những đánh giá ảnh hưởng công bằng trong kế hoạch mạng lưới thông minh của họ. ví dụ, quy tắc có thể quy định rằng một phần trăm các thiết lập đồng hồ thông minh mục tiêu thấp, hoặc chương trình tài trợ đặt ưu tiên cho các dự án phục vụ cho dân số dễ bị tổn thương. đính hôn cộng đồng cũng cần thiết: người dân nên được thông báo về các lợi ích và các mối quan hệ tiềm năng, và những dữ liệu đầu vào nên định hình thời gian thực hiện và các cấu trúc nhân.
Chương trình kỹ thuật số có thể giúp khách hàng giải thích dữ liệu sử dụng và tận dụng lợi ích bảo tồn các nguồn lực. các tiện ích có thể cộng tác với thư viện, trung tâm cộng đồng và trường học để cung cấp các xưởng và tài nguyên trực tuyến. các quyền truy cập vào các lợi ích nước thông minh không chỉ là một nhu cầu đạo đức mà còn là một trong những thứ thực tế là một trong những thứ cần thiết là sự tiếp nhận dựa trên công nghệ truyền bá chi phí và giảm chi phí cho toàn bộ hệ thống lãng phí hiệu quả hơn.
Nghiên cứu trong việc triển khai lưới nước thông minh
Singapore ’ Mạng Nước Thông Minh
Singapore ’ cơ quan nước quốc gia, PBA, vận hành một trong những mạng lưới nước thông minh nhất trên thế giới. Hệ thống này bao gồm [FLT: 0] hơn 7.000 cảm biến đã được triển khai qua 5.600 km ống, kiểm soát dòng chảy, áp suất và chất lượng nước trong thời gian thực. Dữ liệu được cung cấp thành một cặp song sinh số, mô phỏng toàn bộ mạng và dự đoán thất bại. Vì vậy, Singapore đã giảm tốc độ nước không phải là nước xuống dưới 10%&12; thấp nhất hệ thống hỗ trợ v. 817; cả nước lẫn nước lẫn nước, nước, trong việc quản lý nước, và nước mưa, gồm cả nước, nước, và nước mưa.
Barcelona ’ Sự hợp nhất của Thành phố Thông minh
Barcelona hợp nhất lưới nước thành một nền tảng thành phố thông minh rộng lớn hơn, kết hợp dữ liệu từ nước, năng lượng và hệ thống vận chuyển. cảm biến trong công viên công cộng tự động điều chỉnh hệ thống tưới tiêu dựa trên độ ẩm và dự báo thời tiết, tiết kiệm được 25% nước dùng trong không gian xanh. Thành phố cũng sử dụng số lượng thông minh trong các tòa nhà đa gia đình để phát hiện các lỗ rò rỉ và giúp đỡ việc xây dựng các nhà quản lý giảm chất thải. Barcelona& 817; những kinh nghiệm cho thấy các hệ thống kết hợp nước có thể đạt được khi chia sẻ dữ liệu với các thành phố khác, mặc dù nó cũng nhấn mạnh việc sử dụng các hệ thống dữ liệu để ngăn chặn việc sử dụng các cơ sở dữ liệu mạnh để ngăn chặn việc sử dụng.
Pittsburgh ’ của Leak Rapion Pilot
Cơ quan quản lý nước Pittsburgh và Sewer quyền sử dụng một dự án thí nghiệm sử dụng cảm biến âm thanh và chất lượng AI để phát hiện rò rỉ trong ống xả cũ. Trong vòng sáu tháng đầu, hệ thống đã xác định hơn 30 lỗ rò rỉ trước đây, một số đã mất đến 50 gallon/ phút. Dự án này được trả tiền tiết kiệm nước và tránh sửa chữa. PWA đang phân tích công nghệ trên toàn hệ thống, bằng cách kết hợp cấp trợ cấp nhà nước và các khoản vay liên bang thấp.
Sự trông đợi và đề nghị chính sách trong tương lai
Sự biến đổi khí hậu, đô thị hóa và sự phân rã cơ sở hạ tầng sẽ tiếp tục thúc đẩy nhu cầu về các công nghệ lưới nước thông minh. đến năm 2030, thị trường quản lý nước toàn cầu được dự đoán sẽ vượt quá 30 tỉ đô la, theo dự báo công nghiệp nhưng chỉ công nghệ thôi thì chưa đủ. những công nghệ thành công nhất sẽ được hỗ trợ bởi những chính sách hướng về phía trước mà giải quyết những thách thức nêu trên.
Những người làm chính sách ở mọi cấp độ chính phủ nên xem xét những hành động sau:
- Tiêu chuẩn quốc gia [FLT: 1] bảo đảm sự tương tác, an ninh và sự riêng tư trên mọi tiện ích, bất kể kích cỡ hay vị trí.
- Dòng tài trợ tận tụy ) cho việc triển khai lưới nước thông minh, ưu tiên cho các cộng đồng phải đối mặt với những thách thức lớn nhất về cơ sở hạ tầng và kinh tế.
- Các khuôn khổ điều chỉnh thời trang để nhận ra sự giám sát liên tục và tự động điều khiển là những thay thế hợp lệ cho các phương pháp tuân thủ truyền thống, trong khi vẫn giữ sự giám sát nghiêm ngặt.
- Người đàn ông ngày công bằng và tiêu chuẩn trong tất cả các dự án nước thông minh, bao gồm báo cáo công khai về lợi ích được phân phối trên các nhóm nhân khẩu học.
- Sự hợp tác của người dùng giữa các tiện ích, nhà cung cấp công nghệ, học viện, và các tổ chức cộng đồng thông qua các dự án biểu diễn và các nền tảng chia sẻ kiến thức.
Hệ thống nước của thế kỷ 21 phải thông minh hơn, kiên cường hơn, và công bằng hơn. công nghệ lưới nước thông minh cung cấp một tập hợp những công cụ mạnh mẽ để đạt được những mục tiêu này, nhưng tiềm năng của họ sẽ chỉ được thực hiện thông qua thiết kế chính sách có chủ tâm và độc lập. bằng cách hành động bây giờ, các nhà hoạch định chính sách có thể đảm bảo rằng thế hệ tiếp theo của cơ sở hạ tầng nước phục vụ mọi người hiệu quả và công bằng.