Ứng dụng công nghệ 4G chống thất thoát nguồn nước

Để giúp hệ thống đường ống dẫn nước hoạt động tiết kiệm, hiệu quả, nhóm sinh viên Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật (Đại học Đà Nẵng) đưa ra một số giải pháp từ công nghệ 4G như sử dụng bộ cảm biến, sóng siêu âm và áp dụng thuật toán quan sát trạng thái để có thể chẩn đoán chính xác vị trí rò rỉ nước.

Giao diện phần mềm quản lý rò rỉ nước trong đường ống do nhóm xây dựng. Ảnh: H.L

Sau gần 2 năm khảo sát, tìm giải pháp từ công nghệ 4G, Dương Thị Thanh Hà, đại diện nhóm sinh viên Khoa Điện - Điện tử cho biết, phần lớn người dùng hiện nay sử dụng mắt thường để tìm vị trí rò rỉ nước khi phát hiện có sự cố. Phương pháp này mất nhiều thời gian, thậm chí không hiệu quả bởi nhiều đoạn đường ống được chôn sâu dưới lòng đất hoặc nằm ở các vị trí khó quan sát. Trong trường hợp này, hệ thống cảm biến hiện đại sẽ giúp con người phát hiện những biến đổi nhỏ nhất trong dòng chảy và áp suất nước.

“Bằng cách đặt cảm biến tại các vị trí quan trọng trên đường ống, hệ thống có thể thu thập dữ liệu về lưu lượng, áp suất cũng như cho phép phát hiện các bất thường khi xảy ra sự cố rò rỉ. Ngoài ra, công nghệ sóng siêu âm hỗ trợ truyền tín hiệu, giúp đo đạc chính xác sự biến dạng, hư hỏng trong đường ống để xác định vị trí rò rỉ mà không cần phải kiểm tra trực tiếp”, Hà cho biết.

Quá trình nghiên cứu, nhóm các bạn trẻ thiết kế một đường ống dài 40m, chia thành 2 nhánh, có gắn cảm biến hai đầu. Ngoài ra, dọc đường ống cũng được bố trí các van nhằm giả lập hiện tượng rò rỉ. Nguyễn Quang Vinh, sinh viên Khoa Điện - Điện tử, thành viên nhóm nghiên cứu cho biết để đánh giá tính khả thi, nhóm đo khoảng cách từ các van đến đầu đường ống để so sánh với vị trí rò rỉ ước lượng từ thuật toán. Khi mở hai van tạo ra hai điểm rò rỉ ở vị trí 8,3m và 13,5m, chỉ sau mấy giây, hệ thống nhanh chóng báo cáo chính xác vị trí gặp sự cố. Vinh cho hay, nhóm đã thử nghiệm nhiều lần và nhận thấy hệ thống có độ sai số chỉ khoảng 0,4%.

Hệ thống chẩn đoán đa vị trí rò rỉ trong đường ống nước và điều chỉnh áp suất đầu ra thông qua mạng 4G được nhóm thiết kế bao gồm phần cứng với các cảm biến lưu lượng và áp suất được gắn tại hai đầu của nhánh đường ống cần giám sát, cùng với một trung tâm điều khiển đặt cách xa đường ống. Các cảm biến này có nhiệm vụ thu thập dữ liệu liên quan đến lưu lượng và áp suất nước, sau đó truyền tải thông tin về trung tâm qua mạng không dây 4G.

Nhóm cũng phát triển phần mềm tích hợp thuật toán xử lý dữ liệu từ các cảm biến, nhằm xác định chính xác vị trí rò rỉ. Phần mềm có giao diện trực quan, hiển thị thông tin vị trí rò rỉ, lưu lượng và áp suất nước, giúp người dùng dễ dàng theo dõi, quản lý. Thanh Hà cho biết, khi hệ thống hoạt động, các cảm biến liên tục gửi dữ liệu về trung tâm giám sát qua kết nối 4G. Tại trung tâm, một máy tính nhúng sẽ áp dụng thuật toán để phân tích và chẩn đoán vị trí rò rỉ. Khi có sự thay đổi bất thường từ cảm biến, hệ thống ngay lập tức phát tín hiệu cảnh báo trên ứng dụng, giúp người vận hành nhanh chóng phát hiện, xử lý sự cố.

Thời gian tới, để nâng cao hiệu quả sử dụng, nhóm sinh viên hướng tới việc nghiên cứu, ứng dụng trí tuệ nhân tạo xây dựng các mô hình toán học cho hệ thống đường ống phức tạp hơn. Mô hình này xét đến các thành phần bất định như độ mài mòn của đường ống, ma sát của dòng nước... để đưa ra kết quả chính xác hơn.

TS. Phạm Thanh Phong, giảng viên Khoa Điện - Điện tử, nhận định hướng nghiên cứu này mang lại tiềm năng lớn cho việc phát triển công nghệ chống thất thoát nước trong tương lai. Theo TS. Phong, hiện dự án của nhóm đang dừng ở việc thử nghiệm trên mô hình, chưa có điều kiện đầu tư thực nghiệm tại hệ thống đường ống thực tế của thành phố. “Theo tôi, hệ thống này phù hợp lắp đặt ở các ống nước tổng. Thực tế hiện nay nhiều đơn vị đã thiết lập hệ thống cảm biến gắn trên mạng lưới đường ống nhằm quản lý dữ liệu cấp nước. Do đó, phần mềm do nhóm sinh viên xây dựng có thể áp dụng ngay nếu được các cơ quan quản lý nước cho phép”, TS. Phong khẳng định.

HUỲNH LÊ