АНАЛИТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ АБОНЕНТАМИ Российский патент 2017 года по МПК G06Q50/06 G01D4/02 G01D4/08 

Описание изобретения

Изобретение относится к области городского водопровода и предназначено для определения закономерностей неравномерности потребления воды.

Известна интегрированная система индивидуального учета и регулирования потребления энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве, включающая установленные в квартирах жилых домов датчики температуры, количества газа, электричества и воды, расположенные в характерных точках отопительных систем квартир, систем холодной и горячей воды, локальные концентраторы, выполненные с возможностью запоминания номеров квартир и сбора данных по массовому расходу газа, электричества и воды, энергосодержания горячей воды и тепловой энергии с учетом температурной погрешности и запоминания этих величин на время отсутствия сетевого электропитания, снабженные автономными источниками электропитания, блоки электронных преобразователей с сетевыми источниками электропитания, а также домовые концентраторы с запоминающими устройствами, содержащими адреса домов, модемы, электронную вычислительную машину центральной диспетчерской с таймером для запоминания событий во времени и принтером для обеспечения распечатки справок по фактически потребленным энергоресурсам, и также содержит квартирные счетчики фактически израсходованного газа, электрической энергии, холодной воды и горячей воды, выполненные в виде электромеханических счетчиков электрических импульсов, соответствующих заданным "единичным" размерам израсходованного энергоносителя, при этом датчики соединены с локальными концентраторами, которые соединены со счетчиками и с домовыми концентраторами, соединенными через модемы и каналы связи с ЭВМ центрального диспетчерского пункта жилищно-коммунальной службы, при этом оборудование квартиры содержит дополнительно проводные или беспроводные квартирные мониторы для отображения информации, а в качестве датчиков температуры и количества воды использованы интеллектуальные сенсоры преобразования температуры и интеллектуальные сенсоры преобразования количества горячей и холодной воды, или стандартные счетчики воды с импульсным выходом в совокупности с интерфейсными модулями, предназначенные соответственно для расчета индивидуального потребления тепла и воды и учета потребления горячего и холодного водоснабжения, причем интеллектуальные сенсоры преобразования температуры и количества горячей и холодной воды подключены к локальным концентраторам непосредственно, а счетчики газа, электричества и воды подключены к ним при помощи интерфейсных модулей, служащих для преобразования импульсных сигналов в цифровые, а система также включает в себя индивидуальные термостатические вентили для поддержания оптимального теплового режима в отдельной квартире и домовой теплосчетчик, установленный в индивидуальном тепловом пункте для учета энергоресурсов, при этом локальные концентраторы служат как устройства сбора информации от интеллектуальных сенсоров, соединены посредством квартирных шин с сенсорами и интерфейсных модулей со счетчиками и связаны посредством шины или радиоканала с квартирными мониторами и с помощью домовой шины с домовым концентратором, который также представляет собой устройство сбора информации от локальных концентраторов и от домового теплосчетчика и соединен с центральным диспетчерским пунктом посредством беспроводного или проводного канала связи, при этом ЭВМ центрального диспетчерского пункта выполняет функции диспетчеризации количества потребленных услуг по каждой квартире и мониторинга неисправностей и вычислительного устройства для передачи необходимой информации (см. полезную модель к патенту РФ №522504 (Опубликовано: 27.03.2006. Бюл. №9) «Интегрированная система индивидуального учета и регулирования потребления энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве»).

Для известной системы характерны:

- высокие капитальные затраты, связанные с необходимостью установки в каждую квартиру большого количества дорогостоящего оборудования;

- невысокая достоверность измерений, поскольку система не позволяет точно определить значения потребляемых ресурсов в целом за здание, так как отсутствует учет на его вводе. В связи с этим потери в общедомовых сетях не фиксируются.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является «Автоматизированная система учета ресурсов и управления техническим состоянием городской водопроводной сети», см. патент на полезную модель №101230 Российская Федерация. МПК G06F 19/00 (2006.01). Дата публикации заявки: 10.01.2011, бюл. №1.

Известная система включает в себя:

по меньшей мере один абонентский комплект в составе измерительного блока, включающего в себя счетчик учета потребления воды и датчик давления воды, контроллер, с которым соединен измерительный блок, радиомодем, связанный с контроллером, для передачи информации по беспроводной сети между абонентскими комплектами и сервером обработки и хранения данных, интерфейс для подключения сервера управления расчетами к сети платежных терминалов и банкоматов, GSM-модем для подключения мобильных телефонов обслуживающего персонала к серверу управления техническим состоянием оборудования, при этом все серверы объединены в локальную сеть и установлены в централизованной диспетчерской производителя воды.

Имеется вариант развития, когда в состав каждого абонентского комплекта включен датчик давления воды, позволяющий совместно со счетчиком учета потребления воды приблизительно в одно время измерить пару значений (давление, потребление воды) для всех точек (абонентских комплектов) городской водопроводной сети, значения которых сравниваются в сервере управления техническим состоянием оборудования с соответствующими значениями тех же пар, рассчитанными при тех же условиях по диагностической модели, содержащейся в составе программного обеспечения последнего, что позволяет определить место утечки воды с точностью до нескольких соседних точек сразу после ее возникновения.

Имеется вариант развития, когда в конструкцию сервера управления расчетами централизованной диспетчерской производителя воды включен интерфейс для подключения к сети платежных терминалов и банкоматов, позволяющий автоматизировать процесс сбора платежей, ввода их в базу данных сервера, уменьшить количество ошибок при подготовке и вводе информации.

Имеется вариант развития, когда в конструкцию сервера управления техническим состоянием оборудования включен GSM-модем для связи сервера с мобильными телефонами обслуживающего персонала, что позволяет сразу после определения последним факта наличия утечки-передать SMS-сообщение с указанием кода и места произошедшего события на номера мобильных телефонов дежурного персонала, который в соответствии с предусмотренным регламентом выполнит необходимый перечень работ по переводу городской водопроводной сети в требуемое техническое состояние, с контролем этапов выполнения работ с помощью SMS-сообщений для последующей оценки качества выполненных работ.

Автоматизированная система учета ресурсов и управления техническим состоянием городской водопроводной сети имеет следующие недостатки.

1. Низкие показатели надежности, поскольку возможны сбои в передаче радиомодемом информации по беспроводной сети между абонентскими комплектами и сервером обработки и хранения данных, когда часть информации о работе городской водопроводной сети будет утеряна;

2. Ограниченные функциональные возможности, поскольку ее применение не позволяет прогнозировать водопотребление абонентов во времени в зависимости от их типа.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и расширение функциональных возможностей системы.

Поставленная задача решена так, что в известной системе, содержащей по меньшей мере один абонентский комплект, включающий в себя счетчик учета потребления воды, контроллер, приемно-передающее устройство абонента, связанное с контроллером, для передачи информации по беспроводной сети в сервер обработки и хранения данных, сервер управления расчетами, при этом все серверы объединены в локальную сеть и установлены в централизованной диспетчерской производителя воды, в соответствии с настоящим изобретением:

- приемно-передающее устройство абонента выполнено в виде GSM-модема;

- абонентские комплекты дополнительно снабжены энергонезависимой памятью, соединенной со счетчиком учета потребления воды и контроллером, выполненной с возможностью хранения индивидуального номера абонента и накопления показания счетчика учета потребления воды с дискретностью t₁ за период t₂,

- сервер управления расчетами выполнен с возможностью определения типа абонентов и числа жителей у абонентов жилого типа по индивидуальному номеру абонента,

- система дополнительно снабжена модулем индивидуальной выборки данных по типам абонентов, вход которого соединен с выходами сервера обработки и хранения данных и сервера управления расчетами, аналитическим модулем, выполненным с возможностью получения зависимостей неравномерности потребления воды абонентами жилого типа от числа жителей, вход которого соединен с выходами модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов и сервера управления расчетами.

Имеется вариант развития, когда аналитический модуль выполнен с возможностью получения зависимости потребления воды от времени суток для каждого абонентского комплекта.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

1. Выполнение приемно-передающего устройства абонента в виде GSM модема;

2. Выполнение сервера управления расчетами с возможностью определения типа абонентов и числа жителей у абонентов жилого типа;

3. Дополнительное снабжение абонентских комплектов энергонезависимой памятью, накапливающей показания счетчика учета потребления воды с дискретностью t₁ за период t₂;

4. Соединение энергонезависимой памяти со счетчиком учета потребления воды и контроллером;

5. Дополнительное снабжение энергонезависимой памяти абонентских комплектов индивидуальным номер абонента;

6. Дополнительное снабжение системы модулем индивидуальной выборки данных по типам абонентов;

7. Соединение выхода сервера обработки и хранения данных с входом модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов;

8. Соединение выхода сервера управления расчетами с входом модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов;

9. Дополнительное снабжение системы аналитическим модулем, выполненным с возможностью получения зависимостей неравномерности потребления воды абонентами жилого типа от числа жителей;

10. Соединение выхода модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов с входом аналитического модуля;

11. Соединение выхода сервера управления расчетами с входом аналитического модуля;

12. Выполнение аналитического модуля с возможностью получения зависимости потребления воды от времени суток для каждого абонентского комплекта.

По сведениям, имеющимся у авторов, отличительный признак №1 в литературе известен, а остальные нет, что отвечает критерию патентоспособности «новизна».

Совместное применение в заявляемом устройстве указанных отличительных признаков позволяет получить положительный эффект, заключающийся в том, что:

1. Повышаются показатели надежности системы, поскольку уменьшается вероятность потери информации о работе городской водопроводной сети из-за сбоев при передаче радиомодемом информации по беспроводной сети между абонентскими комплектами и сервером обработки и хранения данных. Это достигается благодаря совместному применению отличительных признаков 1 и 3, поскольку в период сбоев в передаче информации по беспроводной сети она накапливается в энергонезависимой памяти и затем, после восстановления связи, передается в сервер обработки и хранения данных по GSM модему.

2. Расширяются функциональные возможности системы, поскольку ее применение позволяет прогнозировать водопотребление абонентов во времени в зависимости от их типа, поскольку появилась возможность:

- выполнять выборку данных по типам абонентов. Это стало возможным благодаря совместному применению отличительных признаков 2, 4, 5, 6, 7;

- проводить анализ полученных данных с целью определения максимального, среднего и минимального водопотребления в будние и выходные дни. Это стало возможным благодаря совместному применению отличительных признаков 8, 9, 10, 11.

Таким образом, все отличительные признаки являются существенными. Предлагаемая авторами система отличается от прототипа конструктивно.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой «Аналитической системы оценки потребления воды абонентами», на фиг. 2 представлен пример сводного графика водопотребления в выходные дни, на фиг. 3 - то же, в будние дни, на фиг. 4 представлен пример совмещенного графика осредненных экспериментальных значений распределения максимального, среднего и минимального водопотребления в будние и выходные дни и классическими графиками неравномерности потребления воды.

Схема предлагаемой системы представлена на фиг. 1. Она содержит по меньшей мере один абонентский комплект 1. Настоящим изобретением допускаются различные варианты его установки, например, в водомерном узле 2 абонента. При этом абонентский комплект 1 включает в себя контроллер 3, счетчик учета потребления воды 4 и приемно-передающее устройство 5 абонента, выполненное в виде GSM модема и связанное с контроллером 3 для передачи информации по беспроводной сети 6 в сервер 7 обработки и хранения данных, который установлен в централизованной диспетчерской 8 поставщика воды. Абонентские комплекты 1 дополнительно снабжены энергонезависимой памятью 9, хранящей индивидуальный номер абонента и соединенной с счетчиком учета потребления воды 4 и с контроллером 3, выполненной с возможностью накопления показаний счетчика учета потребления воды 4 с дискретностью t₁ за период t₂.

В централизованной диспетчерской 8 поставщика воды также находится сервер управления расчетами 10. При этом все серверы объединены в локальную сеть 11. Кроме того, в централизованной диспетчерской 8 поставщика воды расположены:

- модуль индивидуальной выборки данных по типам абонентов 12, вход которого соединен с выходами сервера обработки и хранения данных 7 и сервера управления расчетами 10;

- аналитический модуль 13, выполненный с возможностью получения зависимостей неравномерности потребления воды абонентами жилого типа от числа жителей, вход которого соединен с выходами модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов 12 и сервера управления расчетами 10.

Настоящим изобретением допускаются различные варианты выполнения модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов и аналитического модуля, например, в виде персонального компьютера с комплектом программных продуктов.

Имеется вариант развития, когда аналитический модуль 13 выполнен с возможностью получения зависимости потребления воды от времени суток для каждого абонентского комплекта 1.

Система работает следующим образом.

Вода поступает на ввод водомерного узла 2 абонента. При этом в энергонезависимой памяти 9, хранящей индивидуальный номер абонента, накапливаются показания счетчика учета потребления воды 4 с дискретностью t₁ (например, один час) за период t₃<t₂ (например, 6 час). Далее, через приемно-передающее устройство 5 абонента, выполненное в виде GSM-модема, с помощью контроллера 3 накопленные в энергонезависимой памяти 9 показания счетчика учета потребления воды 4 и индивидуального номера абонента передаются по беспроводной сети 6 в сервер 7 обработки и хранения данных. Передача накопленных показаний счетчика учета потребления воды 4 с дискретностью t₁ за период t₂, необходима для определения объема потребляемой воды за промежуток времени t₂. В случае сбоя в передаче информации по беспроводной сети 6 между абонентскими комплектами 1 и сервером обработки и хранения данных 7, в энергонезависимой памяти 9 продолжаются накапливаться показания счетчика учета потребления воды 4 до t₂. После устранения сбоя накопленная информация по беспроводной сети 6 передается в сервер обработки и хранения данных 7. В результате повышаются показатели надежности системы, поскольку уменьшается вероятность потери информации о работе городской водопроводной сети.

В сервере 7 обработки и хранения данных расход воды (водопотребление) Q(t) определяется посредством вычисления производной от экспериментальной функции V(t), где V(t) - функция, описывающая изменение показаний счетчика учета потребления воды 4 с дискретностью t₁. В качестве примера результатов работы сервера 7 обработки и хранения данных на фиг. 2 приведен сводный график водопотребления, полученный из 64 водомерных узлов в выходные дни. На нем можно выделить период примерно с 1 часа ночи до 8 часов утра, когда потребление воды минимально, а также среднее значение (позиция 14) потребления воды в выходные дни. В дополнение, на фиг. 3 представлен пример сводного графика водопотребления, полученного из 64 водомерных узлов в будние дни. На нем можно выделить период примерно с 0 часа ночи до 6 часов утра, когда потребление воды минимально, а также среднее значение (позиция 15) потребления воды в будние дни.

Кроме того, из сервера 7 обработки и хранения данных полученные данные по локальной сети 11 передаются в сервер управления расчетами 10, в котором определяется тип абонентов в зависимости от индивидуального номера абонента и число жителей у абонента жилого типа. Необходимая для этого информация содержится в сервере управления расчетами 10, поскольку расчеты выполняются по договорам с абонентами, в которых содержится вся необходимая информация об абонентах.

В модуле индивидуальной выборки данных по типам абонентов 12, на основании одновременно полученной информации от сервера управления расчетами 10 (о типе абонентов и числе жителей у абонента жилого типа) и от сервера 7 обработки и хранения данных (о расходах воды), подготавливается выборка данных о расходах, типе абонентов и числа жителей у абонента жилого типа. Далее полученные выборки передаются в аналитический модуль 13, в котором определяются осредненные экспериментальные значения распределения максимального, среднего и минимального водопотребления в будние и выходные дни.

Имеется вариант развития, когда аналитический модуль 13 на основании полученных выборок данных о расходах, типе абонентов и числа жителей у абонента жилого типа получает зависимости потребления воды от времени суток для каждого абонентского комплекта 1.

В качестве примера на фиг. 4 представлен результат совмещения:

- графиков водопотребления, осредненных экспериментальных значений распределения максимального, среднего и минимального водопотребления в будние и выходные дни, полученных из 64 водомерных узлов;

- и классических графиков, зафиксированных в нормативной литературе, неравномерности потребления воды при максимальных коэффициентах часовой неравномерности К_ч.max=1,25…2,0.

Обозначения на фиг. 4: минимальное водопотребление в будние дни (позиция 16), среднее водопотребление в будние дни (позиция 17), максимальное водопотребление в будние дни (позиция 18), минимальное водопотребление в выходные дни (позиция 19), среднее водопотребление в выходные дни (позиция 20), максимальное водопотребление в выходные дни (позиция 21), классические графики, зафиксированные в нормативной литературе, неравномерности потребления воды при максимальных коэффициентах часовой неравномерности К_ч.max=1,25…2,0 (позиция 22).

Следовательно, расширены функциональные возможности системы, поскольку у нее появилась возможность прогнозировать водопотребление абонентов во времени в зависимости от их типа.

Таким образом, предлагаемая система соответствует критерию «промышленная применимость».

Система содержит абонентский комплект (1), установленный в водомерном узле (2) абонента. Абонентский комплект включает в себя контроллер (3), счетчик (4) учета потребления воды (4) и приемно-передающее устройство (5) абонента, выполненное в виде GSM-модема, для передачи информации по беспроводной сети (6) в сервер (7) обработки и хранения данных, связанный с сервером (10) управления расчетами, которые установлены в централизованной диспетчерской (8) поставщика воды. Абонентский комплект снабжен энергонезависимой памятью (9), хранящей индивидуальный номер абонента и соединенной со счетчиком учета потребления воды и с контроллером, выполненной с возможностью накопления показаний счетчика учета потребления воды с дискретностью за период. Сервер управления расчетами выполнен с возможностью определения типа абонентов (12) и числа жителей у абонентов жилого типа по индивидуальному номеру абонента. Система снабжена модулем индивидуальной выборки данных по типам абонентов, вход которого соединен с выходами сервера обработки и хранения данных и сервера управления расчетами, аналитическим модулем (13), выполненным с возможностью получения зависимостей неравномерности потребления воды абонентами жилого типа от числа жителей, вход которого соединен с выходами модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов и сервера управления расчетами. Повышается надежность и расширяется функциональность системы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Аналитическая система оценки потребления воды абонентами, содержащая по меньшей мере один абонентский комплект. включающий в себя счетчик учета потребления воды, контроллер, приемно-передающее устройство абонента, связанное с контроллером для передачи информации по беспроводной сети в сервер обработки и хранения данных, сервер управления расчетами, при этом все серверы объединены в локальную сеть и установлены в централизованной диспетчерской производителя воды, отличающаяся тем, что приемно-передающее устройство абонента выполнено в виде GSM модема,

абонентские комплекты дополнительно снабжены энергонезависимой памятью, соединенной со счетчиком учета потребления воды и контроллером, выполненной с возможностью хранения индивидуального номера абонента и накопления показания счетчика учета потребления воды с дискретностью t₁ за период t₂,

сервер управления расчетами выполнен с возможностью определения типа абонентов и числа жителей у абонентов жилого типа по индивидуальному номеру абонента,

система дополнительно снабжена модулем индивидуальной выборки данных по типам абонентов, вход которого соединен с выходами сервера обработки и хранения данных и сервера управления расчетами, аналитическим модулем, выполненным с возможностью получения зависимостей неравномерности потребления воды абонентами жилого типа от числа жителей, вход которого соединен с выходами модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов и сервера управления расчетами.

2. Аналитическая система потребления воды абонентами по п. 1 отличающаяся тем, что аналитический модуль выполнен с возможностью получения зависимости потребления воды от времени суток для каждого абонентского комплекта.