Sinh viên Đà Nẵng ứng dụng 4G “bắt mạch” vị trí rò rỉ nước

Đây là nghiên cứu của nhóm sinh viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng đã đoạt giải Nhất - Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Đại học Đà Nẵng năm học 2023 - 2024.

Tại Festival sáng tạo trẻ 2024 với chủ đề “Chuyển đổi số- Không gian khởi nghiệp đổi mới sáng tạo” tháng 10 vừa qua tại TP Đà Nẵng, nghiên cứu “Hệ thống chẩn đoán đa vị trí rò rỉ trong đường ống nước và điều chỉnh áp suất đầu ra thông qua mạng 4G” nhận được sự quan tâm của đông đảo các chuyên gia, doanh nghiệp.

Nghiên cứu trên của nhóm các bạn trẻ gồm: Dương Thị Thanh Hà, Đoàn Anh Văn, Nguyễn Tấn Quý, Nguyễn Quang Vinh và Phạm Thanh Vỹ, sinh viên tại Khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Đà Nẵng thực hiện trong 2 năm nhằm kịp thời xử lý rò rỉ, giảm thất thoát nước.

Sau gần 2 năm khảo sát, tìm giải pháp từ công nghệ 4G, sinh viên Đoàn Anh Văn - trưởng nhóm nghiên cứu cho biết, phần lớn người dùng hiện nay sử dụng mắt thường hoặc thiết bị cầm tay đo tần số âm thanh để tìm vị trí rò rỉ nước khi phát hiện có sự cố.

Theo đó, 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.

Do đó, nhóm xây dựng hệ thống chẩn đoán rò rỉ nước ứng dụng công nghệ 4G mục đích khắc phục những nhược điểm trên. Quá trình nghiên cứu, nhóm sinh viên đã thiết kế một đường ống dài 40m, chia thành 2 nhánh, có gắn cảm biến hai đầu, dọc đường ống cũng được bố trí các van nhằm giả lập hiện tượng rò rỉ.

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. Bên cạnh đó, nhóm đã thử nghiệm nhiều lần và nhận thấy hệ thống có độ sai số chỉ khoảng 0,4%.

Hệ thống được nhóm thiết kế gồm phần cứng là các cảm biến lưu lượng và áp suất gắn ở hai đầu của nhánh đường ống cần giám sát và ở trung tâm điều khiển cách xa đường ống. Khối phần cứng này có chức năng thu thập các dữ liệu của cảm biến và truyền về trung tâm thông qua mạng không dây 4G.

Đồng thời, nhóm cũng xây dựng phần mềm với thuật toán xử lý dữ liệu của cảm biến gắn ở hai đầu đường ống để đưa ra vị trí rò rỉ. Trên phần mềm có giao diện hiển thị các thông số của hệ thống đường ống như vị trí điểm rò rỉ, lưu lượng và áp suất nước.

Khi hệ thống hoạt động, các cảm biến lưu lượng và áp suất trong đường ống truyền dữ liệu về trung tâm giám sát thông qua kết nối mạng 4G. Trung tâm giám sát có máy tính nhúng ứng dụng thuật toán chẩn đoán vị trí điểm rò rỉ. Khi thông số từ cảm biến thay đổi bất thường, tín hiệu được truyền lên ứng dụng và phát cảnh báo cho người vận hành biết được vị trí điểm rò rỉ và đưa ra phương án xử lý kịp thời.

Sinh viên Dương Thị Thanh Hà, thành viên nhóm nghiên cứu chia sẻ, trong quá trình nghiên cứu, khó khăn lớn nhất của nhóm là xây dựng hệ thống đường ống mẫu để thử nghiệm. Quá trình thi công, cơ khí và lắp đặt hệ thống tốn công sức, kinh phí để hoàn thành hệ thống phần cứng và phần mềm khoảng 60 - 70 triệu đồng.

Tuy nhiên, theo nhóm nghiên cứu khi ứng dụng vào hệ thống của doanh nghiệp, công ty, chi phí sẽ được tối ưu hóa. Do ưu điểm lớn nhất của ứng dụng này là để giám sát và truyền thông tin rò rỉ theo thời gian thực về máy chủ đặt ở trung tâm giám sát.

Với hệ thống “bắt mạch” đường ống từ xa này, dù ở bất kỳ đâu, người giám sát cũng được cảnh báo về sự cố rò rỉ. Bên cạnh đó, hệ thống còn xác định chính xác vị trí rò rỉ để có thể tiến hành sửa chữa, khắc phục sự cố nhanh chóng.

“Các đường ống nước thường được chôn dưới lòng đất nên biết được chính xác vị trí sẽ giúp ích rất nhiều trong việc khắc phục sự cố, tiết kiệm nước thất thoát, bảo vệ môi trường. Sắp tới, nhóm định hướng ứng dụng trí tuệ nhân tạo xây dựng các mô hình toán học cho hệ thống phức tạp. 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” sinh viên Dương Thị Thanh Hà phân tích.

TS Phạm Thanh Phong, Giảng viên Khoa Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật - Đại học Đà Nẵng, đánh giá cao kết quả nghiên cứu của nhóm sinh viên. Do đó, hệ thống giám sát của nhóm gắn cảm biến ở hai đầu của nhánh đường ống, nên với một mạng lưới phức tạp cần phải gắn nhiều cảm biến.

Theo TS Phạm Thanh Phong, hệ thống này phù hợp trong việc lắp đặt ở các ống nước tổng, cấp nước cho một khu vực rộng ở một quận, phường, nhà máy... 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. Phần mềm do nhóm xây dựng có thể áp dụng ngay nếu được các cơ quan quản lý nước cho phép.