自來水管線壓力管理系統之研究與開發

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行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

自來水管線壓力管理系統之研究與開發研究成果報告(精簡版)

計畫類別：個別型

計畫編號： NSC 98-2622-E-011-007-CC3

執行期間： 98 年 07 月 01 日至 99 年 06 月 30 日執行單位：國立臺灣科技大學研究發展處

計畫主持人：嚴崇一

計畫參與人員：碩士班研究生-兼任助理人員：黃珮芬

處理方式：本計畫可公開查詢

中華民國 99 年 09 月 30 日

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行政院國家科學委員會補助產學合作研究計畫成果精簡報告

計畫名稱：自來水管線壓力管理系統之研究與開發

計畫類別：□ 先導型 □ 開發型 ■ 技術及知識應用型計畫編號：NSC98-2622-E-011-007-CC3

執行期間： 2009年07月01日至 2010年06月30日執行單位：國立臺灣科技大學研究發展處

計畫主持人：嚴崇一

計畫參與人員：謝乃恩、江學文、黃珮芬

中文摘要

依國際人口行動組織(PAI)統計，臺灣地區每人每年可分配之湖泊及河川水流等可再生淡水量僅856 噸，為全球排名第18 位的缺水國家，因此水資源如何有效利用成為亟待解決課題。現行自來水供水系統中最重要之工作目標不外乎維持供水水質、穩定供水、及降低漏水率三大目標。其中穩定供水及降低漏水率均與網路中之水壓高低息息相關，。因此自來水管線壓力之監測與管理，實為十分重要與基本之課題。

因此本計畫之目標在於1) 開發較低成本之壓力計，使其能大量佈建，且應用自動讀表技術於壓力計，使壓力讀數能直接且及時回傳至控制中心; 2)設計開發壓力管理平台，使能監測及時之壓力現況，並能根據歷史資料提供分析功能，作為壓力控制操作與檢漏作業之輔助與參考依據。

關鍵詞：水壓管理、無線感測器網路、小區管網、自來水檢漏

人才培育成果說明：

本研究投入兩位碩士生兼任助理進行研究，訓練學生專案執行與學術研究之能力，對後續論文撰寫有直接影響。此外，合作廠商亦投入資深人員帶領年輕工程師投入協助系統需求分析、設計與開發，不論學校或合作廠商，都達到培育研究生與新進員工之效果。

技術研發成果說明：

現行自來水供水系統中最重要之工作目標不外乎維持供水水質、穩定供水、及降低漏水率三大目標。其中穩定供水與網路中之水壓高低息息相關，壓力不足，可能造成供水不足或不穩，壓力過高，又可能造成破管或增加營運成本。此外，小區計量為目前實務上評估漏水率最有效之方法，各自來水業務主管單位均積極推動小區劃分與管理用流量計之佈

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建。而發掘小區漏水可能問題，除了流量計讀數外，與壓力之綜合判讀亦是重要關鍵。因此自來水管線壓力之監測與管理，實為十分重要與基本之課題。

因此本計畫之目標在於:

1. 整合低成本之水壓壓力計，且應用自動讀表與無限傳輸技術，使壓力讀數能自動且及時回傳至控制中心。

2. 設計開發壓力管理平台，使能監測即時之壓力現況，並能根據歷史資料提供分析功能，作為壓力控制操作與檢漏作業之輔助與參考依據。

圖1 自來水管線壓力管理系統之系統架構圖

本研究研發之自來水管線壓力管理系統之系統架構如圖1所示。系統資料蒐集端安置數位式水壓感測元件與流量計，配合弓銓公司開發之無線通信模組（GTI），將水壓流量即時讀數值透過基地台發送系統，傳送到水壓管理系統控制中心，監控人員透過系統圖台即可清楚掌握各水壓觀測站的壓力與流量資料，並透過全時段紀錄，可分析管網於最大日/最大時/最小時的壓力狀況，依照過去壓力週期或是閥栓調查之壓力值作分析比對，以判斷管道壓力是否異常，進而掌握漏水先機，盡早完成修漏，降低漏水率。

本研究設計開發之水壓管理系統具備以下之功能模組 :

1. 觀測點位樹狀管理架構 : 整個供水區可依其範圍大小分級。以台灣自來公司各區處為例，可分成大區(供水區)、中區(配水區)、小區(管網區)及觀測點共四層樹狀架構。

各階層依不同顏色區隔顯示，若有異常狀況則以紅色顯示。小區的觀測點分壓力跟流量兩種，隸屬同一層但分開編號。系統畫面如圖2所示。異常點位通報記錄展示

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於右側Log區。

圖2 系統主畫面功能圖

2. Google Map整合應用功能 : 本系統整合Google Map，各級區域與觀測站均可直接展示於Google Map上，如果有數化之管線圖，亦可套疊於Google Map上。如圖3所示，

觀測站位置可值接顯式於地圖上，並且以不同顏色喜區分其狀態，滑鼠移至該點位並可直接展示其讀數。

圖3 Google Map 功能展示圖

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3. 歷史資料查詢與分析功能

歷史資料查詢功能可以樹狀架構進行查詢，查詢條件可設定時間區隔及顯示刻度 (如年、月、日)；而且可依觀測點所紀錄的數值種類自動切換顯示欄位名稱(流量或壓力)；觀測值有異常的時間均以紅色標註。

圖4 歷史資料查詢功能展示圖

歷史資料分析功能提供(1)單一觀測點時序比較圖(時間區間)；(2) 相關觀測點環域比較圖；(3)單一觀測點同時期之比較圖(過去幾年)；(4) 單一觀測點夜間最小流比較圖 (每天) 如圖5所示。

圖5 歷史資料分析功能展示圖

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4. 簡訊即時通知功能(主動警訊通知) : 系統提供警訊通知功能，可設定簡訊通知人及通知內容，當水量水壓有異常時，系統會以所設定的簡訊進行通知。如圖6所示。

圖6 單點水量(水壓)警戒值設定圖

5. 群組化維護功能 : 使用者可依照監視區域之大小劃分定義所謂大區、中區、小區、

及小區內的管段管末水量(水壓)監控點。因此系統應提供大區(供水區)、中區(配水區)、小區(管網區)三個群組的建立與維護功能。而各群組屬性資料維護功能，應包括群組編號、群組名稱、群組說明、及時間差對應。

圖7 群組劃分設定圖

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圖8 群組功能設定圖

6. 觀測點維護功能 : 各觀測點相關屬性資料之維護功能包括觀測點種類、觀測點編號、及所屬群組編號。觀測點種類設定可分為進水口、出水口、高程點、低程點、

末端、壓力點、及臨時點等。如圖9所示。

圖9 觀測點設定維護功能圖

7. 回傳資料轉存功能 : 由無線監控感應器回傳之監控資料封包能定期轉存到本系統所建置的後端資料庫(SQL Server)中。轉存資料包括觀測點編號、水壓、水量、回傳日期及時間等欄位。

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8. 權限管控功能 : 使用者帳號、密碼及權限角色指定的建立與維護功能。權限角色分成後端維護者(可維護資料)及一般使用者(可查詢資料)。如圖10所示。

圖10 權限管理設定畫面

可利用之產業及可開發之產品：

此系統主要利用弓銓公司既有之自動讀表介面，整合前台水壓與流速儀器，自動彙整至後台管理系統進行監控與分析，相同架構可應用至許多類似系統，分別說明如下:

1. 自來水小區管網之監控與管理。本系統可應用於臺北市自來水事業處或台灣自來水公司各區處推動建置中之小區管網系統。此外，也可應用於學校校園之流量管理，

或是應用於工業區、科學園區之流量管理。合作廠商弓銓公司已以此研究成果應用於國立東華大學之管線檢漏實際案例中並獲致良好成效。

2. 污廢水流量與水質監控系統。本系統如前端更換適用於污廢水之流量雨水質監測儀器，即可轉成污廢水排放監控系統，可應用於單一工廠或是整個工業區之污廢水排放管理。

3. 自來水供水管理系統。本系統後續可整合壓力、流量、水質等監測儀器，並開發後續分析與決策支援功能，發展成為自來水供水系統之決策管理系統。

推廣及運用的價值：

本系統如能推廣至各自來水管理單位，搭配正在規劃建置之小區管網，將可協助監控小區內供水異常現象，找出漏水區段進行改善，將可有小改善管線漏水現況，並提供長期監控

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平台。因此其可帶來之直些效益，在於自來水管線漏水改善節省之水費，但在國內水資源愈來愈珍貴的趨勢下，因減少漏水所帶來間接價值實難以金錢估計。

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無研發成果推廣資料

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98 年度專題研究計畫研究成果彙整表

計畫主持人：嚴崇一計畫編號：98-2622-E-011-007-CC3 計畫名稱：自來水管線壓力管理系統之研究與開發

量化

成果項目 ^{實際已達成}

數（被接受或已發表）

預期總達成數(含實際已

達成數)

本計畫實際貢獻百

分比

單位

備註（質化說明：如數個計畫共同成果、成果列為該期刊之封面故事 ...

等）期刊論文 0 1 0%

研究報告/技術報告 0 1 0%

研討會論文 0 1 0%

論文著作篇

專書 0 0 100%

申請中件數 0 0 100%

專利已獲得件數 0 0 100% 件

件數 0 0 100% 件

技術移轉

權利金 60000 60000 100% 千元碩士生 1 1 100%

博士生 0 0 100%

博士後研究員 0 0 100%

國內

參與計畫人力

（本國籍）

專任助理 0 0 100%

人次

期刊論文 0 1 0%

研究報告/技術報告 0 0 100%

研討會論文 0 1 0%

論文著作篇

專書 0 0 100% 章/本申請中件數 0 0 100%

專利已獲得件數 0 0 100% 件

件數 0 0 100% 件

技術移轉

權利金 0 0 100% 千元碩士生 0 0 100%

博士生 0 0 100%

博士後研究員 0 0 100%

國外

參與計畫人力

（外國籍）

專任助理 0 0 100%

人次

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其他成果 (無法以量化表達之成果如辦理學術活動、獲得獎項、重要國際合作、研究成果國際影響力及其他協助產業技術發展之具體效益事項等，請以文字敘述填列。)

本研究與弓銓公司共同研究開發出自來水管線壓力管理系統，透過無線傳輸模式可達到即時監控管理目的。本計畫研發之系統已被具體應用於國立東華大學及台灣自來水公司，並達到良好成效。未來將持續推廣至各自來水事業單位與校園。相關成果將陸續投稿發表於國內外研討會。

成果項目量化 名稱或內容性質簡述

測驗工具(含質性與量性) 0

課程/模組 0

電腦及網路系統或工具 0

教材 0

舉辦之活動/競賽 0

研討會/工作坊 0

電子報、網站 0

科教處計畫加填項

目計畫成果推廣之參與（閱聽）人數 0

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本產學合作計畫研發成果及績效達成情形自評表

成果項目本產學合作計畫預估研究成果及績效指標

（作為本計畫後續管考之參據）計畫達成情形

技術移轉預計技轉授權 0 項完成技轉授權 0 項

國內預估 0 件提出申請 0 件，獲得 0 件專利

國外預估 0 件提出申請 0 件，獲得 0 件博士 0人，畢業任職於業界0人博士 0人，畢業任職於業界0人

碩士 1人，畢業任職於業界1人碩士 1人，畢業任職於業界0人人才培育

其他 1人，畢業任職於業界1人其他 0人，畢業任職於業界0人

期刊論文 1 件發表期刊論文 0 件

研討會論文 1 件發表研討會論文 0 件 SCI論文 0 件發表SCI論文 0 件

專書 0 件完成專書 0 件

國內

技術報告 1 件完成技術報告 1 件

期刊論文 1 件發表期刊論文 0 件

學術論文 0 件發表學術論文 0 件

研討會論文 1 件發表研討會論文 0 件 SCI/SSCI論文 0 件發表SCI/SSCI論文 0 件

專書 0 件完成專書 0 件

論文著作

國外

技術報告 0 件完成技術報告 0 件

其他協助產業發展

之具體績效新公司或衍生公司 0 家設立新公司或衍生公司(名稱)：

計畫產出成果簡述：請以文字敘述計畫非量化產出之技術應用具體效益。（限 600 字以

內）

本研究與弓銓公司共同研究開發出自來水管線壓力管理系統，透過無線傳輸模式可達到即時監控管理目的。本計畫研發之系統已被具體應用於國立東華大學及台灣自來水公司，並達到良好成效。未來將持續推廣至各自來水事業單位與校園。相關成果將陸續投稿發表於國內外研討會。