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迎接水质监测的技术挑战 法兰德斯水联网成为前线
 

【作者: Koen Triangle】2020年05月12日 星期二

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我们需要更频繁、更仔细地监测水质。比利时法兰德斯(Flanders)因为「水联网(Internet of Water)」这项计画,将成为该领域的先锋。本文将进一步说明比利时法兰德斯地区的水质监测现况。


在「法兰德斯水联网(Internet of Water Flanders;IoW Flanders)」这项计画中,爱美科与产研界的夥伴合作,将该地区监测水质各面向的技术提升至更高水准。


紧接着「物联网(Internet of Things)」这个广传的用语,现在也出现了「水联网(Internet of Water)」。IoW Flanders是项四年计画,藉此,法兰德斯目标要成为监测与管理水质各面向的先锋。该计画以大规模的感测器系统为基础,再结合最先进的网路技术与资料分析方法。爱美科则携手相关研究夥伴,塑造IoW Flanders联盟。此外,该地区的当地产业也扮演了要角。


法兰德斯的现况

「确保拥有充分的高品质水资源,是所有人共同的挑战。」爱美科City of Things计画主持人Koen Triangle表示:「因为气候变迁,我们的社会正面临了各式各样的挑战,而水资源管理所受到的影响就是一大挑战。再加上,估计在未来长期乾旱还有与之相反的特大暴雨,周期都会延长,这个挑战不太可能消失。」


而且,水也是经济现实。根据法兰德斯水务知识中心(the Flemish Knowledge Centre for Water;VLAKWA)的报告,在法兰德斯,每六个工作就有一个需仰赖在可接受价格下获取大量的水资源,才能维持营运。


部分受此影响,已有大量心力投入水质监控。Koen Triangle说明:「IoW Flanders计画绝不想低估目前正持续付出的努力。早已有多方叁与者加入法兰德斯地区的水质与水量测量。且在诸多案例中,现有的知识提供了充足且有用的见解。但现行的方法仍然有其限制。」



图一 : 法兰德斯环境署(VMM)架设了地表水监测网路MAP,以测量农业地区水道内的养分含量。图为MAP於2018-2019年冬季评测硝酸盐和磷酸盐的结果。目前大多数的水质读数来自人工采样的样本,并以离线方式或在实验室分析这些样本。(source:VMM)
图一 : 法兰德斯环境署(VMM)架设了地表水监测网路MAP,以测量农业地区水道内的养分含量。图为MAP於2018-2019年冬季评测硝酸盐和磷酸盐的结果。目前大多数的水质读数来自人工采样的样本,并以离线方式或在实验室分析这些样本。(source:VMM)

例如,水质测量仅周期性进行,且并不频繁。此外,测量的读数通常取自人工采样的采样杓样本,以离线的方式或在实验室中分析。在少数运用感测系统的地方,测量仪器往往是功能强大的多叁数探测器,造价极其高昂。


尤其就制订政策来说,正确的决策往往需要快速执行或进行说明。但因缺乏即时及详细的数据,应备且最即时的资讯并不总是可供取用。举例来说,设想一下,当官方必须依据水质来决定用水量,或是遇到旱灾时,他们可能就必须解释为何供水虽看似充裕,但某些区域用水仍受限制(因考量到水质)。


谈到水质,使用案例涵盖了水资源盐化测量(淡水中的含盐量)、地表水的迳流或放流作用(例如,下暴雨时,下水道中的混合废水进入水道)等应用。


更多、更低廉且即时的测量

IoW Flanders计画特别专注在建立更广域且紧密的感测器网路,且其成本要比现行系统更低,同时还要提供即时无线通讯,以及更弹性的测量能力,像是具备远端调整测量频率的功能。


在整个法兰德斯区,总计将有超过2000台感测器逐步导入,用来测量水质各面向。装设地点包含排水系统、自来水厂、地下水与地表水。



图二 : 运用多叁数探测器的地点相对较少。这些测量仪器性能强大,但体积相对庞大,且非常昂贵。(source:VMM)
图二 : 运用多叁数探测器的地点相对较少。这些测量仪器性能强大,但体积相对庞大,且非常昂贵。(source:VMM)

自学演算法和水文模型也将协助处理所有相关数据,并转换成可行的政策资讯。例如,演算法的运算结果不久後将让各种与水相关的决策能根据可信赖的基础制定,像是管理地表水、取用特定水源的水、供给与再利用净化的废水和雨水、废水再利用以供灌溉、抽水至水道、设立缓冲水槽等。


Koen Triangle进一步说明:「我们已将此计画分为两个主要阶段。前两年的重点是制作清册,以及研究并测试测量方法与技术。後两年,我们将运用研究成果来设置感测器,并让大规模的解决方案得以在法兰德斯执行。」


团结力量大

IoW Flanders计画由国际创业机构VLAIO(Flanders Innovation and Entrepreneurship)资助,且由IoW Flanders联盟执行中。


Koen Triangle表示:「法兰德斯环境署(VMM)身为法兰德斯水道的管理单位,也负责维持法兰德斯『缓冲水槽计画』秘书处的运作,他们已经能够详尽概括水质现况以及污染所带来的影响。他们了解各式监测网路的现行方法,这些知识对这项计画来说至关重要。因此,VMM协助本计画选定感测器的架设地点,并投入相关开发。此外,VMM也提供先前在法兰德斯导入感测器的经验。」


他补充:「法兰德斯技术研究院VITO作为技术研究机构,具备数据与预测模型的丰富知识,也有洞察水资源相关需求与使用案例的绝隹能力。这些知识汇整後会用来选出设置感测器的最隹位置。VITO也将贡献云端和IT设置的相关经验。」


Koen Triangle接着道:「法兰德斯水务知识中心(VLAKWA)在水资源领域是创始者也是推动者,他们负责协调多方利害关系人间的互动,以确保感测器网路能最隹实现本计画预设的各种社会理想。VLAKWA也负责建立IoW Flanders计画的品牌,并确保资讯即时且有效流通至相关利害关系人。」


他提到:「法兰德斯污水处理中心Aquafin和饮用水供应商De Watergroep也是本计画的合作夥伴,他们将扮演这些生成数据的初期终端使用者。此外,他们也基於各种导入物联网感测器的经验以及对导入点特质的了解,提供感测器与设置地点的宝贵建议,我们必须将这些因素纳入考量(安全性、瓦斯管线等)。最後同样重要的一点,就是他们对水质及相关法律懂得很多。」



图三 : 为测量水质的各个面向,IoW Flanders计画使用爱美科研发的感测器(位於图中烧杯内),将之(以缆线)连接至具备无线通讯的量测站。这些感测器的设置尺寸更小、更通用,且比法兰德斯目前使用的探测器低廉许多。
图三 : 为测量水质的各个面向,IoW Flanders计画使用爱美科研发的感测器(位於图中烧杯内),将之(以缆线)连接至具备无线通讯的量测站。这些感测器的设置尺寸更小、更通用,且比法兰德斯目前使用的探测器低廉许多。

爱美科有物联网装置、感测器、网路连接、云端架构与基础设施相关的充实经验,以及最先进的相关数据模型。该感测器的核心晶片也将由爱美科制造。这一切都需要爱美科的研究团队积极叁与,包括来自鲁汶、安特卫普(City of Things计画)、荷兰(独立研究与创新中心Holst Centre),以及爱美科在安特卫普与根特大学的研究团队IDLab。


产业夥伴:计画定义、执行与管理的关键

产业在此计画中也将扮演要角。Koen Triangle表示:「一方面,我们将市场纳入使用案例定义与水质监控的潜在应用开发中,水资源盐化及迳流是其中两个,但细节都还待加以说明。我们的目标也包括逐渐增加使用案例。不论是集水或排水,水质对许多企业来说是重要考量。」


为了促成产业交流,IoW Flanders计画组织了调查以及汇集成员的大型活动,也透过出席比利时及他国的各式活动,将与各利害关系人定期交流。


如此,除了能取得情报,还能预知招标,进而捕获商机。IoW Flanders计画如果没有专业供应商的专业知识与技能,就无法实现目标。


Koen Triangle表示:「研究初期我们将号召私人企业夥伴,为本计画所需的软硬体提供安装、维护与管理服务。举例而言,我们计画在2021年设置约50个测量单位,但因为本联盟成员的核心技能不在此,我们将透过私人招标来执行安装。未来要进一步升级时,我们估计也是以类似流程进行,还有,最终将计画成果交接给单一或多个企业时也是如此;企业将确保IoW Flanders计画在四年後仍能长期运作。」


(本文由爱美科授权刊登;作者Koen Triangle为爱美科City of Things计画主持人;编译/吴雅婷)


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