Пьезорезистивные датчики уровня воды стали неотъемлемой частью комплексной стратегии управления водными ресурсами Сингапура, поддерживая переход страны к «интеллектуальной системе водоснабжения». В данной статье рассматриваются разнообразные области применения этих надежных и точных датчиков в городских системах водоснабжения Сингапура: от предотвращения наводнений до управления водохранилищами и создания интеллектуальных сетей водоснабжения. Эти датчики, использующие технологию преобразования давления воды в электрические сигналы с помощью пьезорезистивных элементов, предоставляют Управлению коммунального хозяйства Сингапура (PUB) надежные данные в режиме реального времени для оптимизации работы, повышения устойчивости системы и улучшения качества услуг в сложной водной инфраструктуре страны.
Введение в пьезорезистивные датчики в водном секторе Сингапура
Путь Сингапура к достижению статуса мирового лидера в области управления водными ресурсами был обусловлен необходимостью. Будучи небольшим островным государством с ограниченными природными водными ресурсами и высокой уязвимостью к последствиям изменения климата, таким как обильные осадки и повышение уровня моря, Сингапур вложил значительные средства в инновационные водные технологии. Среди них пьезорезистивные датчики уровня воды стали важнейшим компонентом инфраструктуры мониторинга водных ресурсов страны, обеспечивая непревзойденную надежность и точность в различных водных средах.
Пьезорезистивные датчики работают по принципу изменения электрического сопротивления некоторых материалов под действием механических напряжений. В системах измерения уровня воды эти датчики измеряют гидростатическое давление, создаваемое столбом воды, которое прямо пропорционально высоте слоя воды. Эта физическая зависимость позволяет точно определять уровень воды независимо от её прозрачности, мутности или наличия взвешенных частиц — факторов, которые часто затрудняют использование альтернативных технологий, таких как ультразвуковые или оптические датчики.
Совет по коммунальным услугам (PUB), национальное водное агентство Сингапура, стратегически развернул пьезорезистивные датчики в различных областях управления водными ресурсами. Эти решения решают ряд уникальных задач Сингапура: необходимость точного прогнозирования наводнений в тропическом климате, подверженном интенсивным дождям, необходимость точного управления водохранилищами в стране с дефицитом земельных ресурсов, где создано множество городских водохранилищ, а также потребность в надежных данных для управления все более сложной и взаимосвязанной системой водоснабжения.
История водоснабжения Сингапура – это история трансформации: от дефицита воды к её обеспечению. Четыре национальных крана (местный водосбор, привозная вода, NEWater и опреснённая вода) представляют собой диверсифицированную стратегию водоснабжения, где каждый компонент требует тщательного контроля. Пьезорезистивные датчики способствуют реализации этой стратегии, предоставляя точные данные в режиме реального времени, необходимые для оптимизации работы всех четырёх кранов, особенно в местных водосборных системах, которые в настоящее время собирают воду с двух третей территории Сингапура.
Внедрение пьезорезистивной технологии соответствует более широкой инициативе Сингапура «Умная нация», которая делает акцент на принятии решений на основе данных во всех секторах. В сфере управления водными ресурсами это означает, что датчики не только обеспечивают измерения, но и легко интегрируются с передовыми аналитическими платформами, обеспечивая прогностическое обслуживание, автоматизированные системы управления и функции раннего оповещения. Надёжность пьезорезистивных датчиков — их способность сохранять точность несмотря на биообрастание, колебания температуры и длительное использование — делает их особенно подходящими для тропического климата Сингапура и строгих стандартов PUB к качеству данных и надёжности систем.
Системы мониторинга наводнений и раннего оповещения
Тропический климат Сингапура обуславливает интенсивные ливни, которые могут быстро переполнить дренажные системы, что делает надёжный мониторинг наводнений критически важным для обеспечения устойчивости городов. Совет по коммунальным услугам (PUB) внедрил обширную сеть пьезорезистивных датчиков уровня воды в рамках своей стратегии управления рисками наводнений, создав одну из самых передовых систем предупреждения о наводнениях в городах в мире. Эти датчики предоставляют критически важные данные, необходимые для прогнозирования, мониторинга и реагирования на наводнения в густонаселённых городских районах острова.
Развертывание датчиков в зонах повышенного риска
PUB стратегически установил пьезорезистивные датчики примерно в 200 ключевых точках дренажной системы Сингапура, особенно в низинных районах и местах, где ранее наблюдались наводнения57. Эти датчики непрерывно отслеживают уровень воды в каналах, водосточных трубах и реках, передавая данные в режиме реального времени в центральные системы управления PUB. Пьезорезистивная технология была выбрана для этих целей благодаря своей исключительной надежности в сложных климатических условиях Сингапура: высокой влажности, частых проливных дождях и потенциальной опасности затопления других типов датчиков с помощью паводковых вод, содержащих мусор.
Датчики являются частью интегрированной системы мониторинга наводнений, включающей радар для измерения осадков, камеры видеонаблюдения и датчики качества воды. Однако пьезорезистивные датчики уровня воды служат основополагающим элементом, обеспечивая наиболее прямое измерение фактического риска наводнений в конкретных местах. Их измерения особенно ценны, поскольку они отражают комплексный результат всех гидрологических процессов, происходящих выше по течению: интенсивности осадков, характеристик стока с водосбора и эффективности дренажной системы, — в едином, легко интерпретируемом параметре: глубине воды.
Автоматизированные механизмы оповещения
Система мониторинга наводнений в Сингапуре использует данные пьезорезистивных датчиков для генерации автоматических оповещений по нескольким каналам. Когда уровень воды достигает заданных пороговых значений (обычно 50%, 75%, 90% и 100% от критической отметки), система отправляет уведомления по SMS, через мобильное приложение MyWaters и на внутренние дисплеи диспетчерской PUB7. Такой многоуровневый подход к оповещениям позволяет осуществлять поэтапное реагирование — от планового мониторинга до экстренного вмешательства.
Высокая точность пьезорезистивных датчиков (±0,1% от полной шкалы во многих установках) гарантирует, что оповещения основаны на точных измерениях, сводя к минимуму ложные срабатывания и обеспечивая достаточное время оповещения. Жители и предприятия могут подписаться на получение оповещений с датчиков (до трёх), что позволит получать персонализированные предупреждения о наводнениях в районах, вызывающих особую обеспокоенность7. Такой уровень настройки возможен только благодаря тому, что пьезорезистивные датчики предоставляют стабильно надёжные данные, которым могут доверять PUB и общественность.
Интеграция с инфраструктурой борьбы с наводнениями
Помимо систем оповещения, данные пьезорезистивных датчиков напрямую управляют автоматизированной инфраструктурой противопаводковых мероприятий в нескольких местах по всему Сингапуру. В таких районах, как Орчард-роуд — торговый район, пострадавший от серьёзных наводнений в 2010 и 2011 годах, — данные датчиков запускают работу временных защитных сооружений и активируют мощные насосы для отвода паводковых вод5. Быстрое время отклика датчиков (обычно менее одной секунды) критически важно для этих приложений, позволяя системам управления реагировать до того, как наводнение станет серьёзным.
Одним из примечательных применений является программа защиты подвалов зданий от наводнений в районах, подверженных наводнениям. В рамках этой программы пьезорезистивные датчики, установленные на подземных парковках, подключаются к системам сигнализации здания, напрямую предупреждая управляющих и жильцов об угрозе наводнения5. Прочная конструкция датчиков обеспечивает надежную работу даже при частичном погружении в воду, что является распространённой причиной отказа менее устойчивых к наводнениям систем.
Эффективность во время экстремальных погодных явлений
Сеть пьезорезистивных датчиков Сингапура доказала свою эффективность во время многочисленных экстремальных ливней. Например, во время шторма 2018 года, когда за четыре часа выпало почти 160 мм осадков — одного из самых интенсивных ливней в истории Сингапура, — сеть датчиков предоставляла PUB поминутные данные об уровне воды по всему острову. Эти данные позволили целенаправленно развернуть группы реагирования на наводнения и обеспечить точное информирование населения о районах, подверженных наибольшему риску.
Анализ данных датчиков после паводка также помог PUB выявить узкие места в дренажной системе и оптимизировать будущие инвестиции в инфраструктуру. Способность пьезорезистивных датчиков обеспечивать точные измерения даже в экстремальных условиях делает их особенно ценными для подобных криминалистических расследований, поскольку они фиксируют полный гидрограф паводков без пропусков данных во время пиковых расходов.
Управление водохранилищами и водохранилищами
Инновационный подход Сингапура к хранению воды и управлению водохранилищами в значительной степени основан на точном контроле уровня воды, при этом пьезорезистивные датчики играют центральную роль в обеспечении эффективности и безопасности этих критически важных водных объектов. Будучи островным городом-государством с ограниченными природными водными ресурсами, Сингапур преобразовал свой городской ландшафт, превратив его в водосборную зону, создав разветвленную сеть водохранилищ, которые теперь собирают воду с двух третей поверхности страны. Управление этими водохранилищами требует точных данных об уровне воды в режиме реального времени, чему идеально соответствует технология пьезорезистивных датчиков.
Мониторинг системы морских водохранилищ
Водохранилище Марина, самый урбанизированный водосборный бассейн Сингапура, является примером сложного применения пьезорезистивных датчиков в крупных водохранилищах. Несколько датчиков стратегически расположены на разных глубинах и в разных местах по всему водохранилищу для мониторинга не только общего уровня воды, но и эффектов стратификации и локальных колебаний3. Эти измерения имеют решающее значение для ряда эксплуатационных аспектов:
- Управление водоснабжением: точные данные об уровне воды обеспечивают оптимальные темпы водозабора, что позволяет поддерживать водоснабжение и избегать ненужного снижения уровня воды.
- Сбор ливневых вод: во время ливней датчики помогают определить, какой объем дополнительного стока может безопасно поглотить водохранилище.
- Контроль солености: на плотине Марина данные с датчиков информируют работу затворов, предотвращая проникновение морской воды и обеспечивая при этом необходимый сброс.
Пьезорезистивные датчики в резервуаре Marina Reservoir специально разработаны для работы в условиях солоноватой воды, где пресная вода встречается с морской. Материалы подобраны с учётом устойчивости к коррозии в этих сложных условиях. Их прочная конструкция обеспечивает непрерывную работу с минимальным обслуживанием, несмотря на постоянное погружение в воду и воздействие различных химических факторов.
Децентрализованный мониторинг резервуаров для хранения
Помимо крупных водохранилищ, пьезорезистивные датчики контролируют уровень воды в многочисленных децентрализованных резервуарах для хранения воды в Сингапуре — критически важной инфраструктуре для поддержания давления воды и создания аварийных резервов во всей водопроводной сети острова37. Эти области применения демонстрируют универсальность датчиков:
- Городские резервуары на крыше: в высотных зданиях датчики обеспечивают достаточную подачу воды на верхние этажи, предотвращая перелив.
- Резервуары для хранения: эти промежуточные хранилища используют данные датчиков для оптимизации графиков откачки и использования энергии.
- Аварийное хранение: стратегические резервы, создаваемые на случай засухи или сбоя инфраструктуры, тщательно отслеживаются на предмет готовности.
PUB стандартизировал пьезорезистивные датчики для этих применений благодаря их стабильной работе при различной геометрии резервуаров и их способности напрямую взаимодействовать с системами SCADA, которые автоматизируют сеть распределения воды в Сингапуре.
Мы также можем предложить различные решения для
1. Портативный многопараметрический измеритель качества воды
2. Система плавучих буев для многопараметрического контроля качества воды
3. Автоматическая щетка для очистки многопараметрического датчика воды
4. Полный комплект серверов и программного беспроводного модуля, поддерживает RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
Для большего количества датчиков воды информация,
пожалуйста, свяжитесь с Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Сайт компании:www.hondetechco.com
Тел.: +86-15210548582
Время публикации: 27 июня 2025 г.