Pjezoresistīvie ūdens līmeņa sensori ir kļuvuši par neatņemamu Singapūras visaptverošās ūdens apsaimniekošanas stratēģijas sastāvdaļu, atbalstot valsts pāreju uz “viedā ūdens tīklu”. Šajā rakstā ir aplūkoti šo izturīgo un precīzo sensoru daudzveidīgie pielietojumi Singapūras pilsētu ūdensapgādes sistēmās, sākot no plūdu novēršanas līdz rezervuāru pārvaldībai un viedajiem ūdens tīkliem. Kā tehnoloģija, kas, izmantojot pjezoresistīvus elementus, pārveido ūdens spiedienu elektriskos signālos, šie sensori nodrošina Singapūras Sabiedrisko pakalpojumu pārvaldi (PUB) ar uzticamiem reāllaika datiem, lai optimizētu darbību, uzlabotu sistēmas noturību un pakalpojumu sniegšanu valsts sarežģītajā ūdensapgādes infrastruktūrā.
Ievads pjezoresistīvajā sensoru tehnoloģijā Singapūras ūdensapgādes sektorā
Singapūras ceļš uz kļūšanu par globālu līderi ūdens apsaimniekošanā ir bijis nepieciešamības vadīts. Kā maza salu valsts ar ierobežotiem dabiskajiem ūdens resursiem un augstu neaizsargātību pret klimata pārmaiņu ietekmi, piemēram, intensīvām lietavām un jūras līmeņa celšanos, Singapūra ir ieguldījusi ievērojamus līdzekļus inovatīvās ūdens tehnoloģijās. Starp tām pjezoresistīvie ūdens līmeņa sensori ir kļuvuši par būtisku valsts ūdens monitoringa infrastruktūras sastāvdaļu, piedāvājot nepārspējamu uzticamību un precizitāti dažādās ūdens vidēs.
Pjezoresistīvie sensori darbojas pēc principa, ka daži materiāli maina savu elektrisko pretestību, pakļaujot tos mehāniskai slodzei. Ūdens līmeņa noteikšanas lietojumos šie sensori mēra ūdens staba radīto hidrostatisko spiedienu, kas ir tieši proporcionāls ūdens augstumam. Šī fizikālā saistība ļauj precīzi noteikt ūdens līmeni neatkarīgi no ūdens dzidruma, duļķainības vai suspendēto cietvielu klātbūtnes — faktoriem, kas bieži vien rada izaicinājumus alternatīvām tehnoloģijām, piemēram, ultraskaņas vai optiskajiem sensoriem.
Singapūras valsts ūdensapgādes aģentūra Sabiedrisko pakalpojumu pārvalde (PUB) ir stratēģiski izvietojusi pjezoresistīvos sensorus vairākās ūdens apsaimniekošanas jomās. Šie izvietojumi risina vairākas Singapūras unikālas problēmas: nepieciešamību pēc precīzas plūdu prognozēšanas tropu klimatā, kurā ir raksturīgas intensīvas lietusgāzes, prasību pēc precīzas rezervuāru pārvaldības valstī ar ierobežotu zemes daudzumu, kurā ir izveidotas daudzas pilsētu rezervuāras, un pieprasījumu pēc uzticamiem datiem, lai pārvaldītu arvien sarežģītāku un savstarpēji savienotu ūdensapgādes tīklu.
Singapūras ūdensapgādes stāsts ir par pārmaiņām — no ūdens trūkuma līdz ūdens drošībai. Valsts četri nacionālie krāni (vietējais sateces ūdens, importētais ūdens, NEWater un atsāļotais ūdens) pārstāv daudzveidīgu ūdensapgādes stratēģiju, kurā katra sastāvdaļa ir rūpīgi jāuzrauga. Pjezoresistīvie sensori veicina šo stratēģiju, sniedzot precīzus reāllaika datus, kas nepieciešami, lai optimizētu darbību visos četros krānos, jo īpaši vietējās sateces sistēmās, kas tagad savāc ūdeni no divām trešdaļām Singapūras sauszemes teritorijas.
Pjezoresistīvās tehnoloģijas ieviešana atbilst Singapūras plašākajai Viedās nācijas iniciatīvai, kas uzsver uz datiem balstītu lēmumu pieņemšanu visās nozarēs. Ūdens apsaimniekošanā tas nozīmē sensorus, kas ne tikai nodrošina mērījumus, bet arī nemanāmi integrējas ar modernām analītikas platformām, nodrošinot paredzamo apkopi, automatizētas vadības sistēmas un agrīnās brīdināšanas iespējas. Pjezoresistīvo sensoru robustums — to spēja saglabāt precizitāti, neskatoties uz bioloģisko piesārņojumu, temperatūras svārstībām un ilgstošu izvietošanu — padara tos īpaši piemērotus Singapūras tropiskajai videi un PUB stingrajiem datu kvalitātes un sistēmas uzticamības standartiem.
Plūdu uzraudzības un agrīnās brīdināšanas sistēmas
Singapūras tropiskais klimats rada intensīvas lietusgāzes, kas var ātri pārslogot drenāžas sistēmas, tāpēc stabila plūdu uzraudzība ir būtiska pilsētu noturībai. Sabiedrisko pakalpojumu pārvalde (PUB) ir ieviesusi plašu pjezoresistīvu ūdens līmeņa sensoru tīklu kā daļu no savas plūdu riska pārvaldības stratēģijas, izveidojot vienu no pasaulē modernākajām pilsētu plūdu brīdināšanas sistēmām. Šie sensori sniedz kritiski svarīgus datus, kas nepieciešami, lai prognozētu, uzraudzītu un reaģētu uz plūdu gadījumiem visā salas blīvajā pilsētu ainavā.
Sensoru izvietošana augsta riska zonās
PUB ir stratēģiski uzstādījis pjezoresistīvos sensorus aptuveni 200 galvenajās vietās visā Singapūras drenāžas tīklā, īpašu koncentrāciju pievēršot zemākām vietām un vēsturiskām plūdu vietām57. Šie sensori nepārtraukti uzrauga ūdens līmeni kanālos, notekās un upēs, reāllaika datus nododot PUB centrālajām vadības sistēmām. Pjezoresistīvā tehnoloģija šiem lietojumiem tika izvēlēta tās izcilās uzticamības dēļ Singapūras sarežģītajos vides apstākļos — augsts mitrums, biežas spēcīgas lietavas un iespējamība, ka plūdu ūdeņi varētu piesātināt ar gružiem, kas varētu piesārņot cita veida sensorus.
Sensori ir daļa no integrētas plūdu monitoringa sistēmas, kas ietver nokrišņu radaru, videonovērošanas kameras un ūdens kvalitātes monitorus. Tomēr pjezoresistīvie ūdens līmeņa sensori kalpo kā pamatelements, kas nodrošina vistiešākos faktiskā plūdu riska mērījumus konkrētās vietās. To mērījumi ir īpaši vērtīgi, jo tie vienā, viegli interpretējamā parametrā ietver visu augšteces hidroloģisko procesu — nokrišņu intensitāti, sateces baseina noteces raksturlielumus un drenāžas sistēmas darbību — integrēto rezultātu: ūdens dziļumu.
Automatizēti brīdināšanas mehānismi
Singapūras plūdu uzraudzības sistēma izmanto pjezoresistīvu sensoru datus, lai ģenerētu automātiskus brīdinājumus, izmantojot vairākus kanālus. Kad ūdens līmenis paaugstinās līdz iepriekš noteiktiem sliekšņiem (parasti 50%, 75%, 90% un 100% no kritiskā dziļuma), sistēma nosūta paziņojumus, izmantojot īsziņas, MyWaters mobilo lietotni un iekšējos PUB vadības telpas displejus7. Šī daudzpakāpju brīdināšanas pieeja ļauj veikt pakāpeniskas reaģēšanas darbības, sākot no ikdienas uzraudzības līdz ārkārtas iejaukšanās pasākumiem.
Pjezoresistīvo sensoru augstā precizitāte (daudzās instalācijās ±0,1 % no pilnas skalas) nodrošina, ka brīdinājumi balstās uz precīziem mērījumiem, samazinot viltus trauksmes signālus un vienlaikus nodrošinot atbilstošu brīdinājuma laiku. Iedzīvotāji un uzņēmumi var abonēt brīdinājumu saņemšanu par līdz pat trim konkrētām sensoru atrašanās vietām, nodrošinot personalizētus plūdu brīdinājumus īpaši problemātiskās zonās7. Šāds pielāgošanas līmenis ir iespējams tikai tāpēc, ka pjezoresistīvie sensori nodrošina pastāvīgi uzticamus datus, kuriem var uzticēties gan valsts pārvaldes iestādes, gan sabiedrība.
Integrācija ar plūdu kontroles infrastruktūru
Papildus brīdināšanas sistēmām pjezoresistīvie sensoru dati tieši kontrolē automatizētu plūdu mazināšanas infrastruktūru vairākās vietās visā Singapūrā. Tādos apgabalos kā Orchard Road — iepirkšanās rajons, kurā 2010. un 2011. gadā bija nopietni plūdi, — sensoru dati aktivizē pagaidu plūdu barjeru darbību un jaudīgus sūkņus, lai novirzītu plūdu ūdeņus. Sensoru ātrais reakcijas laiks (parasti mazāk nekā viena sekunde) ir kritiski svarīgs šiem lietojumiem, ļaujot vadības sistēmām reaģēt, pirms plūdu apstākļi kļūst nopietnāki.
Viens ievrojams pielietojums ir “plūdu drošu” pagrabu programma ēkām plūdu apdraudētās zonās. Šeit pazemes autostāvvietās uzstādītie pjezoresistīvie sensori pieslēdzas ēku signalizācijas sistēmām, sniedzot tiešus brīdinājumus ēku pārvaldniekiem un iemītniekiem, kad draud plūdi5. Sensoru izturīgā konstrukcija nodrošina uzticamu darbību pat daļēji iegremdējot, kas ir bieži sastopama kļūmes vieta mazāk izturīgām tehnoloģijām.
Veiktspēja ekstremālu laikapstākļu laikā
Singapūras pjezoresistīvais sensoru tīkls ir pierādījis savu vērtību vairāku ekstremālu lietusgāžu laikā. Piemēram, 2018. gada vētras laikā, kuras laikā četru stundu laikā nolija gandrīz 160 mm lietus — vienas no intensīvākajām lietusgāzēm Singapūras vēsturē —, sensoru tīkls sniedza PUB minūtes pa minūtei atjauninājumus par ūdens līmeni visā salā. Šie dati ļāva mērķtiecīgi izvietot plūdu reaģēšanas komandas un precīzi informēt sabiedrību par to, kuras teritorijas ir visvairāk apdraudētas.
Sensoru datu analīze pēc notikuma ir arī palīdzējusi PUB identificēt drenāžas sistēmas vājās vietas un optimizēt turpmākās investīcijas infrastruktūrā. Pjezoresistīvo sensoru spēja nodrošināt precīzus mērījumus pat ekstremālos apstākļos padara tos īpaši vērtīgus šajās kriminālistikas izmeklēšanās, jo tie uztver pilnīgu plūdu notikumu hidrogrāfu bez datu nepilnībām maksimālās plūsmas laikā.
Rezervuāru un ūdens krātuvju pārvaldība
Singapūras inovatīvā pieeja ūdens uzglabāšanai un rezervuāru apsaimniekošanai lielā mērā balstās uz precīzu ūdens līmeņa uzraudzību, un pjezoresistīvie sensori spēlē galveno lomu šo kritiski svarīgo ūdens resursu efektivitātes un drošības nodrošināšanā. Kā salu pilsētvalsts ar ierobežotiem dabiskajiem ūdens resursiem, Singapūra ir pārveidojusi savu pilsētvidi, lai tā darbotos kā ūdens sateces baseins, izveidojot plašu rezervuāru tīklu, kas tagad savāc ūdeni no divām trešdaļām valsts sauszemes virsmas. Šo rezervuāru apsaimniekošanai ir nepieciešami precīzi, reāllaika ūdens līmeņa dati — prasība, ko lieliski izpilda pjezoresistīvā sensoru tehnoloģija.
Marina rezervuāra sistēmas uzraudzība
Marina rezervuārs, Singapūras urbanizētākais sateces baseins, ir pjezoresistīvo sensoru sarežģītas izmantošanas piemērs liela mēroga ūdens krātuvēs. Vairāki sensori ir stratēģiski izvietoti dažādos dziļumos un vietās visā rezervuārā, lai uzraudzītu ne tikai kopējo ūdens līmeni, bet arī stratifikācijas efektus un lokālās svārstības3. Šie mērījumi ir izšķiroši vairākiem darbības aspektiem:
- Ūdensapgādes pārvaldība: precīzi līmeņa dati nodrošina optimālu ūdens padeves ātrumu, kas uztur piegādi, vienlaikus izvairoties no nevajadzīgas ūdens notecināšanas.
- Lietus ūdens uztveršana: Lietusgāzes laikā sensori palīdz noteikt, cik daudz papildu noteces ūdenskrātuve var droši absorbēt.
- Sāļuma kontrole: Marina Barrage sensoru dati informē vārtu darbību, lai novērstu jūras ūdens iekļūšanu, vienlaikus nodrošinot atbilstošu novadīšanu.
Marina rezervuāra pjezoresistīvie sensori ir īpaši izstrādāti, lai izturētu iesāļūdens apstākļus vietā, kur saldūdens satiekas ar jūru, un to materiāli ir izvēlēti tā, lai tie būtu izturīgi pret koroziju šajā sarežģītajā vidē. To izturīgā konstrukcija nodrošina nepārtrauktu darbību ar minimālu apkopi, neskatoties uz pastāvīgu iegremdēšanu un pakļaušanu mainīgam ūdens ķīmiskajam sastāvam.
Decentralizēta uzglabāšanas tvertņu uzraudzība
Papildus lielākajiem rezervuāriem pjezoresistīvie sensori uzrauga ūdens līmeni Singapūras daudzajās decentralizētajās uzglabāšanas tvertnēs — kritiski svarīgā infrastruktūrā ūdens spiediena un avārijas rezervju uzturēšanai visā salas ūdensapgādes tīklā37. Šie pielietojumi demonstrē sensoru daudzpusību:
- Pilsētas jumtu tvertnes: Augstceltnēs sensori nodrošina pietiekamu ūdens piegādi augšējiem stāviem, vienlaikus novēršot pārplūdi.
- Apkalpošanas rezervuāri: Šīs pagaidu uzglabāšanas iekārtas izmanto sensoru datus, lai optimizētu sūknēšanas grafikus un enerģijas patēriņu.
- Avārijas krājumi: stratēģiskās rezerves, kas tiek uzturētas sausuma vai infrastruktūras atteices scenārijiem, tiek rūpīgi uzraudzītas, lai nodrošinātu gatavību.
PUB ir standartizējis pjezoresistīvos sensorus šiem lietojumiem, pateicoties to konsekventajai veiktspējai dažādās tvertņu ģeometrijās un spējai tieši mijiedarboties ar SCADA sistēmām, kas automatizē Singapūras ūdensapgādes tīklu.
Varam piedāvāt arī dažādus risinājumus,
1. Rokas mērītājs daudzparametru ūdens kvalitātes mērīšanai
2. Peldošo boju sistēma daudzparametru ūdens kvalitātei
3. Automātiska tīrīšanas birste daudzparametru ūdens sensoram
4. Pilns serveru un programmatūras bezvadu moduļa komplekts, atbalsta RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
Lai iegūtu vairāk ūdens sensora informācija,
lūdzu, sazinieties ar Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Uzņēmuma tīmekļa vietne:www.hondetechco.com
Tālrunis: +86-15210548582
Publicēšanas laiks: 2025. gada 27. jūnijs