基于自來水用水事件的家庭安防預(yù)警系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

郭陽勇　魏娟　張軒愷　張仁杰

摘要：針對家庭自來水用水存在的長時間過量用水、水龍頭忘記關(guān)及長時間無人用水等問題，根據(jù)家庭的用水習(xí)慣通過遺傳算法建立用水模型，設(shè)置用水事件對應(yīng)的預(yù)警閾值，在自來水用水終端實(shí)時采集用戶用水量及用水時長等數(shù)據(jù)，監(jiān)控家庭用水狀況，對超過閾值的用水事件進(jìn)行實(shí)時預(yù)警，有利于降低自來水資源浪費(fèi)，減少由于監(jiān)控不到位引起的家庭安全事故，提高家庭及小區(qū)安防質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：自來水用水事件;家庭安防;實(shí)時預(yù)警;安防質(zhì)量

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）25-0039-03

Abstract： In view of the problems of long-term excessive running water use， forgetting to turn off the tap and long-term unused water use in domestic tap water use， a water use model is established by genetic algorithm according to the household water use habits， and an early warning threshold corresponding to water use events is set up to collect users'water consumption and water consumption time in real-time at the tap water terminal. Data such as monitoring household water use status and real-time warning of water use incidents exceeding the threshold are conducive to reducing waste of tap water resources， reducing household safety incidents caused by inadequate monitoring， and improving the quality of household and community security.

Key words： running water use incidents; family security; real-time early warning; security quality

1 背景

按照國際標(biāo)準(zhǔn)，我國是一個遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的人均500立方米的“極度缺水”標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)重缺少國家。而另一方面，家庭自來水浪費(fèi)又相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國家庭每年約有數(shù)百億立方米自來水被用于過度洗漱，同時，由于部分自來水管終端設(shè)備嚴(yán)重老化導(dǎo)致自來水泄露，以及人為忘記關(guān)水龍頭導(dǎo)致自來水浪費(fèi)等情況。

針對家庭自來水浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，通過信息化的手段，采集家庭的用水?dāng)?shù)據(jù)，建立家庭的用水模型，實(shí)時監(jiān)控并分析家庭用水，對過量用水、異常用水等發(fā)出預(yù)警，減少水資源浪費(fèi)。同時，對家庭可能的人為活動異常，如獨(dú)居老人用水、家庭長時間無人用水等異常提供預(yù)警，降低家庭安全事故。

2 關(guān)鍵技術(shù)與方法

2.1 自來水?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時性和準(zhǔn)確性

針對不同家庭及家庭成員用水的復(fù)雜性，需要建立自來水用水?dāng)?shù)據(jù)與家庭安防之間的關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)的前提是自來水?dāng)?shù)據(jù)的易得性，并保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時性。

在不改變家庭自來水管道現(xiàn)狀情況下，在水龍頭終端連接自來水監(jiān)控終端，通過終端水流感應(yīng)器實(shí)時采集水流數(shù)據(jù)，由終端控制器處理用戶用水?dāng)?shù)據(jù)并上傳至服務(wù)器，服務(wù)器通過數(shù)據(jù)分析和處理后自動做出是否預(yù)警。

2.2 自來水用水?dāng)?shù)據(jù)與家庭安防間關(guān)聯(lián)的預(yù)警算法

根據(jù)實(shí)時采集的家庭用戶自來水用水?dāng)?shù)據(jù)，通過分析后發(fā)出安防預(yù)警，這種預(yù)警需要系統(tǒng)對自來水用水?dāng)?shù)據(jù)與家庭安防之間的關(guān)聯(lián)建立數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)采用遺傳算法對家庭不同成員的用水和家庭安防間建立預(yù)警模型，結(jié)合模型的相關(guān)特點(diǎn)，通過遺傳算法對預(yù)警模型進(jìn)行求解，獲得最優(yōu)的預(yù)警臨界值，使得預(yù)警更加精準(zhǔn)。

3 系統(tǒng)功能模塊

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)前期的需求分析，以及系統(tǒng)所要達(dá)到的功能需求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，主要的軟硬件組成包括以下幾部分[1]。

主要硬件組成包括，自來水采集終端和通信模塊。自來水采集終端由水流傳感器和控制器組成。水流傳感器采用霍爾流量計(jì)水流傳感器，實(shí)時采集水流量大小信息。自來水采集終端實(shí)時分析單個用戶的用水情況，包括用戶用水的時間、時刻及流量大小。通信采用藍(lán)牙+GPRS移動通信模式[2-4]，對于家庭的多個自來水采集終端采用藍(lán)牙自組網(wǎng)，采集到的自來水信息通過藍(lán)牙發(fā)送到主自來水采集終端，自來水流量信息通過主采集終端的GPRS通信模塊上傳到監(jiān)控服務(wù)器。

主要的軟件包括系統(tǒng)應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)庫及相關(guān)的云平臺系統(tǒng)。接收到用戶的自來水用水?dāng)?shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，記錄用戶的用水習(xí)慣等信息，結(jié)合內(nèi)置的遺傳算法推測用戶家庭的狀態(tài)并預(yù)警。該應(yīng)用系統(tǒng)作為小區(qū)的安防子系統(tǒng)，管理住戶與物業(yè)的基于自來水關(guān)聯(lián)安防的交互，比如顯示全小區(qū)用水整體情況，顯示有預(yù)警的小區(qū)住戶情況，進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的配置等等。

3.2 系統(tǒng)主要功能模塊

根據(jù)前期對小區(qū)物業(yè)安防子管理的需求分析，結(jié)合小區(qū)住戶能夠通過該系統(tǒng)了解到自身用水的情況，并能夠根據(jù)用水情況做出及時的反饋，以保障家庭安全的功能要求。如圖2為該系統(tǒng)功能模塊圖。