Gandia：远程测量和传输用水量数据

案例研究 西班牙，加蒂亚 利用资产传递信息和洞察 加迪亚（西班牙）如何成为欧洲首个智慧水城 目录 简介从传统网络到智能网络技术作为推动力加迪亚案例研究：简介初始资产传感器部署分配网络细分智能计量结论：加迪亚，智慧水城 引言 在过去的二十年里，水行业经历了一场革命，其商业模式受到了根本性的冲击。由于陷入相对较长的特许经营合同，公用事业传统上一直被排除在创新解决方案之外，现在正面临着来自消费者和政府的日益增长的要求，要求它们对自己的服务更加 随着更强大的算法被开发出来以利用数据，等级也随之提升。 负责。加的亚市及其水务公司全球奥尼翁（GlobalOmnium）体现了 水行业的这种质量转变。在过去的20年里，该市经历了全面的数字化转型，反映了行业的变化，其成功故事可以帮助解释传统水网是如何演变成它们的新智能版本的。本文试图通过分析加的亚水网的数字化转型每个阶段、GoAigua的技术解决方案在其中扮演的角色，以及网络向信息资产的转变如何使水务公司能够提供更好、更高效的服务，同时提供最新的价值主张来揭示这个故事。在这一分析中，将特别关注水网每次新升级给 他们商业模式发生的这一根本性变化，深受21世纪技术发展的影响。技术的改进，既包括水务行业内部的改进（如驾驶式和步行式计量仪表、流量计、改进的传感器、集成平台和固定网络上的智能计量），也包括行业外部的改进（社会数字化转型和以客户为中心的商业模式），已经使公用事业公司脱离了其作为供水者的传统角色。现在，他们被视为更复杂、透明的服务提供者，他们了解客户并向客户提供附加价值。 市民和政府带来的好处。 这种巨大的变化，可想而知，已经动摇了所有公用事业业务领域的基石，从其资产基础的部分开始，例如他们的网络和处理厂，这些已经从供水大链条中的简单部分转变为信息生成器，从而促进持续改进。公用事业正在与其客户建立更紧密的关系 ，并努力使其价值主张独特并保持其更新。此外，它们正在转 变行业的文化及其等级和流程，传统决策者更加依赖数据而不是经验，首席数据官（CDO）等职位开始规模化。 甘迪亚的这种根本性变革是由GoAigua的技术推动的，当时数字化转型仍处于萌芽阶段。Idrica利用了在此过程中学到的经验 ，此后与Xylem合作，将Idrica成熟的GoAigua技术与Xylem协 作和咨询型的全球技术及水务行业专家团队相结合。 作为合作的一部分，这两家公司提供了一个集成软件和分析平台–XylemVue—使水务和污水公司能够连接和管理其数字资产，并在简单、安全和全面的情况下优化运营。 从传统到智能网络 一项资产的价值预计会随时间波动。一项资产基本上是公司用来以收入形式创造价值的一种工具。一台机器或软件在创造价值方面的效率越高，其作为资产的价值就越高。 从传统网络向智能网络的演变可以直接追溯到提升如污水处理厂和配电网等物理资产的价值。包括大数据平台开发和改进传感器在内的一系列创新浪潮，已经改变了这些资产的角色，这些资产先前仅被视为功能性的机械设备，并赋予了它们新的生命力。 这些信息涵盖了从反映在监控KPI中的性能数据，到基于数据的报警系统，这些系统能够促进基础设施的预测性维护，再到客户对消费模式的了解，使公用事业能够提供更个性化的体验。 两位数据科学家肯尼斯·库克和维克多·迈耶-肖恩伯格提出了“数据化”一词，用以解释在特定流程的运作和改进方式中发生的以数据为中心的转变。水务行业深受向“数据化”行业发展的这一演变影响，随着数据记录机制（例如配备传感器的网络和智能计量表）的引入，促进了供水链的数据化。这些信息之后可以被公司用来提高流程效率、增强网络安全、提供更优质的服务并降低成本。所有这些效益都体现了新型以数据为中心的资产（如智能水务网络）的价值提升。 尽管管道、反渗透系统和海水淡化厂在水供应链中继续发挥特定功能，因而仍然具有内在的实用价值，但传感器、流量计和压力计的集成，仅举几例，已增强了它们作为信息生成设备和设施的价值。 技术作为赋能者 工业物联网 客户物联网 连接性 数据分析 我们之前提到的供水产业链的数据化及其所有随之而来的好处 ，只有在过去20年的技术进步才成为可能。 在数据驱动型设备的标准架构中存在三个不同层级：此数据结构的最低层级是数据集成发生的场所，部署的传感器和智能电表记录变量，然后通过物联网网络或近场通信将该数据传输到接收器或数据库；第二个层级是一个大数据平台，本质上是一个大型的、灵活的数据库，它接收、重新结构化和集成数据，以便架构金字塔中的第三层级可以使用这些数据。使用数据以提供价值的应用（例如，检测泄漏或预测客户需求）在此层级运行。图2.1提供了该新环境的概览。 图2.1。物联网架构与分析源文件： 翻译文本：CTiGroup 一级 传感器技术的进步 本质上，近几十年来传感器技术的发展对水网的数字化产生了两个直接影响：一是改进的传感器能够更好地通过不同的通信网络以近乎实时的方式记录和传输信息：这个层面包括用于测量水流流量流量计和计算客户消耗的智能电表。 第二次影响是这些传感器的价格下降了。尽管采购监控整个计量网络所需的庞大数量的传感器和智能电表绝非小投资，但改进的传感器的单位成本更低。 图2.2显示了可用于数据记录的一些不同类型的传感器。 加速度/倾角 电/磁 泄漏/等级 温度 声学/声音振动 湿度/水分 力/荷载/扭矩应变/压力 流 机器视觉光学环境光 化学/气体 运动/速度位移 位置/存在 邻近 图2.2传感器选择和可测量变量 二级 集成和大数据平台 这第二步对于创建一个连贯、整体的整个数据驱动供水网络愿景至关重要。在现场，有许多来自不同供应商的不同传感器测量截然不同的变量。大数据平台是所有这些单个信息汇总的中心，从而提供公司运营现实的综合愿景。 在此层级发生的结构性数据处理，使三级应用能够访问一致的 、同质化的数据集，消除了各供应商独有的不同编码、记录和数据分发方法。没有大数据平台，就无法进行数据报告和数据挖掘。 图2.3展示了大数据平台的架构。 Canvas 报告 警报 控制面板 演示 操作 数据采集 数据核心 图2.3.数据集成概述 三级应用 第三层架构是运行使用结构化操作数据的应用程序的地方。 这是算法优化以检测泄漏的点，例如，访问某个区域的消耗数据，通过月度数据序列检查非标准消耗峰值，并将它们与流量计测量的流量进行比较。这种复杂的联系和计算得以实现，得益于大数据平台上数据的连贯、同质集成。 以下部分详细介绍了甘迪亚市的案例研究。根据上述架构，将单独研究智慧供水网络的每个元素，并特别关注使其实现所涉及的技术。 应用 应用 数据 应用 以消息为中心删除对象 面向服务的 应用 数据中心 本简要描述了数据驱动型智能水网的三种基本架构层级，强调了技术发展的力量，特别是在传感器、数据集成和机器与算法学习方面。图2.4展示了应用程序如何连接到它们的数据库，无论是数据中心化还是应用中心化的场景。 图2.4。以数据为中心和应用为中心的应用之间的架构差异 加迪亚案例研究：介绍 加的亚是西班牙瓦伦西亚地区的城市，位于该国东海岸。它靠近地中海，距离该地区首府瓦伦西亚约65公里（40英里）以南 。在其顶峰（夏季期间）其人口增长到超过20万居民，并成为 该地区商业和旅游的繁荣中心。 这次对冈迪亚网络和资产基础的升级不仅集中在以智能电表和传感器为形式的硬件添加上；它还涉及开发并实施新的大数据平台和应用，以减少泄漏、预测需求、细分客户、数字化改造结构、提高能源效率并提供其他以软件为中心的价值主张。 2008年，负责城市供水服务的公用事业公司以及甘迪亚市议会决定启动一项长期、渐进的数字化转型进程，从将大部分供水管网及其处理和净化厂升级到行业的最新技术标准开始。该进程包括在整个工厂部署传感器、创建数字孪生、将配电网划分为DMA、在各个区域的入口和出口点部署流量和压力计量表以记录波动值，以及最后在近几年内，由于与电信运营商沃达丰的合作伙伴关系协议，用配备集成NB-IoT通信的尖端智能计量表替换所有传统计量表。 在本案例研究中，我们将对网络数字化转型不同阶段进行时间顺序分析，特别关注硬件以及GoAigua软件解决方案的实施，这些方案现已成为XylemVue平台的一部分，并强调它们为政府和公民带来的益处。 图3.1。城市地理位置 初始资产传感器部署 2008年，当城市水网的数字化转型开始时，有两个领域被视为该项目成功的关键：在其主要资产，即其处理厂中部署传感器 ，以及将城市的配电网划分为更易于管理的区域（DMAs），这 些区域更容易进行监控。 将传感器部署到污水处理厂以监测关键KPIs被认为是确保未来成功的首要步骤。该决定是在需要在使用算法和随后可增强其性能的软件解决方案之前分析现有性能的基础上做出的。 图4.1.植物的数字图像 在网络中部署传感器首先需要将上述网络划分为DMAs。因此，智能水务网络架构的第一层已在部分污水处理厂以及整个网络中的关键资产（如储罐）上部署。 部署传感器的基本目的是记录可随后用于在仪表板和报告中提供流程整体报告视图的运营数据，其次，在算法应用推广后改进流程。图4.1展示了带有实时数据的数字化、监控状态的运营工厂，该数据可供数字平台的用户访问。另一方面，图4.2展示了油田的操作视图。 图4.2.一口井的数字图像 城市加蒂亚大型资产部署传感器的项目，如前图所示，远远超出了简单的仪表盘报告。水务公司全球奥尼乌姆决定再进一步 ，生成整个植物和井的3D渲染，为部署的传感器直接采集数据 并展示在GoAigua更新的信息性仪表盘上，每个资产的数字版本周围。例如，图4.2显示了泵的压力变量、井中的水量以及电压和消耗等能源KPI。 最终，网络内资产数字化进程发展到了如此程度，使得甘迪亚整个供水网络数字化成为一项可行的方案。该环境旨在为网络中的基本资产（如水井和水箱）提供数字化表示，包括其关键变量，以及向居民区供水的信息。图4.3显示了由此产生的环境 ，该环境包含在数字化平台内。 该系统为该市地方政府及其居民带来了许多好处。具体如下： 该系统使地方政府能够完全访问其供水网络最新的运行状态版本，该版本现在配备了警报系统，并监测相关变量，旨在通知有关当局和公用事业公司，他们拥有此仪表板的最终版本，关于检测到的问题。 尽管该解决方案旨在为公用事业机构和政府提供报告机制和监控能力，但它也意味着对客户而言更高效的系统，通过简化供水流程，例如确保水箱始终有足够的水，从而减少缺水，并确保对水质进行严格控制。 图4.3.加蒂亚智能网络的数字环境 细分配电网 甘迪亚市议会和全球奥尼姆的基本关注之一是优化供水效率，本质上通过减少非收益水量。两种公理指导着应对这一需求的方案：首先是非收益水量高是由于长期未被发现的重大漏损造成的；其次，检测这些漏损的最佳方式是持续监测水量平衡。 然而，也有一个优先考虑的事项，即不能仅仅为了节约成本而妥协项目的有效性，因此，在CDO的监督下，一支现场操作人员和解决方案开发人员组成的团队开始将网络拆分为DMAs。 如我们所指出的，任何数字化转型过程都需要大量的硬件。录制数据所需的最昂贵的设备是流量计，其在数字水网模型中的主要目的是在配水管网中的某些点测量水流。 将甘迪亚网络划分为20个更小的区域迅速优化了流量计和压力计的部署阶段。决定在每条DMA的起点和终点放置强大的流量计，以获取水流的最新情况。这一概念帮助公用事业减少了所需的计量器数量，因为现在只有特定的点会监测水流，并且可以相对快速地部署计量器。 考虑到他们的价格，并考虑到政府机构（如加蒂亚市议会）和私营水务公司（如全球奥尼姆）之间共享的预算有限，优化测量仪器的支出很快就成为双方的优先事项。 图5.1中的不同颜色显示了网络最终被划分为更小的、可管理的DMAs的过程，这实现了成功的泄漏检测，该过程将在下一节进行分析。 图5.1.DMA网络-Gandia 10 智能计量