Пьезорезистивные датчики уровня воды стали неотъемлемой частью комплексной стратегии управления водными ресурсами Сингапура, поддерживая переход страны к «умной водопроводной сети». В этой статье рассматриваются разнообразные области применения этих надежных и точных датчиков в городских системах водоснабжения Сингапура, от предотвращения наводнений до управления водохранилищами и интеллектуальных водопроводных сетей. Благодаря технологии, преобразующей давление воды в электрические сигналы с помощью пьезорезистивных элементов, эти датчики предоставляют Сингапурскому управлению коммунальных услуг (PUB) надежные данные в режиме реального времени для оптимизации работы, повышения устойчивости системы и улучшения предоставления услуг в сложной водопроводной инфраструктуре страны.
Введение в пьезорезистивные датчики в водном секторе Сингапура
Путь Сингапура к становлению мировым лидером 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 интенсивные 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 беспрецедентную надежность и точность в различных водных средах.
Пьезорезистивные датчики работают по принципу, согласно которому определенные материалы изменяют свое электрическое сопротивление под воздействием механического напряжения. В системах измерения уровня воды эти датчики измеряют гидростатическое давление, оказываемое столбом воды, которое прямо пропорционально высоте воды. Эта физическая зависимость позволяет точно определять уровень воды независимо от ее прозрачности, мутности или наличия взвешенных частиц — факторов, которые часто создают проблемы для альтернативных технологий, таких как ультразвуковые или оптические датчики.
Управление коммунальных услуг Сингапура (PUB), национальное агентство водоснабжения Сингапура, стратегически разместило пьезорезистивные датчики в различных областях управления водными ресурсами. Эти меры направлены на решение ряда уникальных проблем Сингапура: необходимость точного прогнозирования наводнений в тропическом климате, подверженном интенсивным осадкам; необходимость точного управления водохранилищами в стране с ограниченными земельными ресурсами, где создано множество городских водохранилищ; и потребность в надежных данных для эксплуатации все более сложной и взаимосвязанной сети водоснабжения.
История водоснабжения Сингапура – это история трансформации: от дефицита воды к водной безопасности. Четыре национальных источника водоснабжения (вода из местных водосборных бассейнов, импортируемая вода, очищенная вода и опресненная вода) представляют собой диверсифицированную стратегию водоснабжения, где каждый компонент требует тщательного мониторинга. Пьезорезистивные датчики способствуют этой стратегии, предоставляя точные данные в режиме реального времени, необходимые для оптимизации работы всех четырех источников, особенно в местных водосборных системах, которые в настоящее время собирают воду с двух третей территории Сингапура.
Внедрение пьезорезистивных технологий 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 использование датчиков, которые не только предоставляют измерения, но и легко интегрируются с передовыми аналитическими платформами, обеспечивая прогнозируемое техническое обслуживание, автоматизированные системы управления и возможности раннего предупреждения. Надежность пьезорезистивных датчиков — их способность сохранять точность, несмотря на биологическое обрастание, колебания температуры и длительное использование — делает их особенно подходящими для тропического климата Сингапура и строгих стандартов PUB в отношении качества данных и надежности системы.
Системы мониторинга наводнений и раннего предупреждения
Тропический климат Сингапура приводит к интенсивным осадкам, которые могут быстро переполнить дренажные системы, поэтому надежный мониторинг наводнений имеет решающее значение для устойчивости городов. В рамках своей стратегии управления рисками наводнений Управление коммунальных услуг (PUB) внедрило обширную сеть пьезорезистивных датчиков уровня воды, создав одну из самых передовых в мире систем предупреждения о наводнениях в городах. Эти датчики предоставляют критически важные данные, необходимые для прогнозирования, мониторинга и реагирования на наводнения в густонаселенном городском ландшафте острова.
Развертывание датчиков в зонах повышенного риска
Управление коммунального хозяйства Сингапура (PUB) стратегически установило пьезорезистивные датчики примерно в 200 ключевых точках дренажной сети Сингапура, уделяя особое внимание низинным районам и исторически наиболее подверженным наводнениям местам57. Эти датчики непрерывно отслеживают уровень воды в каналах, дренажных системах и реках, передавая данные в режиме реального времени в центральные системы управления PUB. Пьезорезистивная технология была выбрана для этих целей из-за ее исключительной надежности в сложных условиях окружающей среды Сингапура — высокой влажности, частых сильных дождях и потенциальной возможности попадания в воду большого количества мусора, который может загрязнить другие типы датчиков.
Датчики являются частью интегрированной системы мониторинга наводнений, которая включает в себя радар для измерения осадков, камеры видеонаблюдения и мониторы 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 совокупный результат всех гидрологических процессов выше по течению — интенсивность осадков, характеристики стока в водосборном бассейне и эффективность дренажной системы — в одном, легко интерпретируемом параметре: глубине воды.
Автоматизированные механизмы оповещения
Сингапурская система мониторинга наводнений использует данные пьезорезистивных датчиков для генерации автоматических оповещений по нескольким каналам. Когда уровень воды поднимается до заранее определенных пороговых значений (обычно до 50%, 75%, 90% и 100% от критической глубины), система запускает уведомления по SMS, через мобильное приложение MyWaters и на внутренних дисплеях диспетчерской PUB7. Такой многоуровневый подход к оповещению позволяет осуществлять поэтапные действия, от рутинного мониторинга до экстренных вмешательств.
Высокая точность пьезорезистивных датчиков (±0,1% от полной шкалы во многих установках) гарантирует, что оповещения основаны на точных измерениях, минимизируя ложные срабатывания и обеспечивая достаточное время предупреждения. Жители и предприятия могут подписаться на получение оповещений для трех конкретных мест расположения датчиков, что позволяет получать персонализированные предупреждения о наводнениях для районов, представляющих особую опасность7. Такой уровень персонализации возможен только благодаря тому, что пьезорезистивные датчики предоставляют стабильно надежные данные, которым могут доверять PUB и общественность.
Интеграция с инфраструктурой защиты от наводнений
Помимо систем оповещения, данные с пьезорезистивных датчиков напрямую управляют автоматизированной инфраструктурой по предотвращению наводнений в нескольких местах Сингапура. В таких районах, как Орчард-роуд — торговый район, который сильно пострадал от наводнения в 2010 и 2011 годах, — данные с датчиков запускают работу временных противопаводковых заграждений и активируют мощные насосы для отвода паводковых вод⁵. Быстрое время отклика датчиков (обычно менее одной секунды) имеет решающее значение для этих приложений, позволяя системам управления реагировать до того, как ситуация с наводнением станет критической.
Одно из примечательных применений — программа «защиты от наводнений» для подвалов зданий в районах, подверженных затоплению. В этой программе пьезорезистивные датчики, установленные в подземных паркингах, подключаются к системам сигнализации здания, обеспечивая прямое оповещение управляющих зданием и жильцов о угрозе затопления⁵. Прочная конструкция датчиков обеспечивает надежную работу даже при частичном погружении, что является распространенной причиной отказов менее надежных технологий.
Эффективность в условиях экстремальных погодных явлений
Сеть пьезорезистивных датчиков Сингапура доказала свою эффективность во время многочисленных экстремальных ливневых событий. Например, во время шторма 2018 года, когда за четыре часа выпало почти 160 мм осадков — одного из самых интенсивных в истории Сингапура — сеть датчиков предоставляла Управлению водоснабжения Сингапура (PUB) ежеминутные обновления уровня воды по всему острову. Эти данные позволили целенаправленно развертывать группы реагирования на наводнения и точно информировать население о том, какие районы находятся в наибольшей опасности.
Анализ данных датчиков после события 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 таких экспертных исследований, поскольку они позволяют получить полную гидрографическую картину паводков без пробелов в данных во время пиковых расходов.
Управление водохранилищами и водохранилищами
Инновационный подход Сингапура к хранению воды и управлению водохранилищами в значительной степени основан на точном мониторинге уровня воды, при этом пьезорезистивные датчики играют центральную роль в обеспечении эффективности и безопасности этих важнейших водных ресурсов. Будучи островным городом-государством с ограниченными природными водными ресурсами, Сингапур преобразовал свой городской ландшафт, превратив его в водосборный бассейн и создав обширную сеть водохранилищ, которые теперь собирают воду с двух третей территории страны. Управление этими водохранилищами требует точных данных об уровне воды в режиме реального времени — требование, которое идеально удовлетворяет технология пьезорезистивных датчиков.
Мониторинг системы водохранилищ Марина
Водохранилище Марина, самый урбанизированный водосборный бассейн Сингапура, является примером сложного применения пьезорезистивных датчиков в крупномасштабных водохранилищах. Множество датчиков стратегически размещены на разной глубине и в разных местах водохранилища для мониторинга не только общего уровня воды, но и эффектов стратификации и локальных изменений³. Эти измерения имеют решающее значение для ряда оперативных аспектов:
- Управление водоснабжением: Точные данные об уровне воды обеспечивают оптимальные темпы забора воды, поддерживая ее уровень и избегая ненужного снижения.
- Сбор дождевой воды: Во время дождей датчики помогают определить, какой дополнительный объем стока водохранилище может безопасно поглотить.
- Контроль солености: На плотине Марина-Барраж данные с датчиков используются для управления затворами с целью предотвращения проникновения морской воды и обеспечения надлежащего сброса.
Пьезорезистивные датчики в водохранилище Марина специально разработаны для работы в условиях солоноватой воды, где пресная вода встречается с морской, с использованием материалов, устойчивых к коррозии в этой сложной среде. Их прочная конструкция обеспечивает непрерывную работу с минимальным техническим обслуживанием, несмотря на постоянное погружение и воздействие различного химического состава воды.
Децентрализованный мониторинг резервуаров для хранения
Помимо крупных водохранилищ, пьезорезистивные датчики отслеживают уровень воды в многочисленных децентрализованных резервуарах Сингапура — критически важной инфраструктуре для поддержания давления воды и аварийных резервов во всей водопроводной сети острова37. Эти примеры применения демонстрируют универсальность датчиков:
- Городские резервуары на крышах: в высотных зданиях датчики обеспечивают достаточный запас воды на верхних этажах, предотвращая при этом перелив.
- Резервуары промежуточного хранения: Эти хранилища используют данные с датчиков для оптимизации графиков перекачки и энергопотребления.
- Аварийные запасы: Стратегические резервы, создаваемые на случай засухи или разрушения инфраструктуры, тщательно контролируются на предмет готовности.
Управление водоснабжения Сингапура (PUB) стандартизировало пьезорезистивные датчики для этих применений благодаря их стабильной работе при различных геометрических формах резервуаров и возможности прямого взаимодействия с системами SCADA, автоматизирующими сеть водоснабжения Сингапура.
Мы также можем предложить различные решения для
1. Портативный измеритель для многопараметрического анализа качества воды.
2. Система плавучих буев для многопараметрического мониторинга качества воды.
3. Автоматическая щетка для очистки многопараметрического датчика воды.
4. Полный комплект серверов и программного обеспечения беспроводного модуля, поддерживающий RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
Для получения дополнительной информации о датчике воды информация,
Пожалуйста, свяжитесь с компанией Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Веб-сайт компании:www.hondetechco.com
Тел.: +86-15210548582
Дата публикации: 27 июня 2025 г.