運用人工智慧與物聯網技術,建構桃園大圳智慧水源調度系統 (獲2019智慧城市創新應用獎_智慧農業領域)
運用人工智慧與物聯網技術,建構桃園大圳智慧水源調度系統 (獲2019智慧城市創新應用獎_智慧農業領域)
運用人工智慧與物聯網技術,建構桃園大圳智慧水源調度系統 (獲2019智慧城市創新應用獎_智慧農業領域)

2019年1月30日

運用人工智慧與物聯網技術,建構桃園大圳智慧水源調度系統 (獲2019智慧城市創新應用獎_智慧農業領域)

安研科技股份有限公司 - 運用人工智慧與物聯網技術,建構桃園大圳智慧水源調度系統(獲2019智慧城市創新應用獎_智慧農業領域)

本計畫之目標,為「建構民生公共物聯網計畫」下由行政院農業委員會推動之「精進灌溉節水管理建置計畫」,利用物聯網及人工智慧運算等技術,打造智慧農業灌溉系統,使農田水利灌溉及調配水自動化。

桃園農田水利會,轄區內共有284口貯水池,其貯水量約為石門水庫之1/4,提供桃園大圳沿線農業、民生與工業用水,若能搭配石門水庫操作與上游集水區降雨狀況進行貯水池蓄水調控,除可於枯旱時期大幅提昇貯水、用水效率,減少缺水事件發生,並可於汛期作為滯洪池使用。

2019智慧城市創新應用獎_智慧農業
2019智慧城市創新應用獎_智慧農業
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本年度於桃園農田水利會之觀音工作站、新屋工作站所管轄之貯水池共61口,以物聯網感測及通訊技術建置即時監測系統,進行貯水量即時監測。並以人工智慧模型、水理模型,配合上游集水即時降雨資訊,建構61口貯水池,未來1~3小時之入流流量預測系統,並配合貯水池蓄水規則,提供貯水池蓄水預先操作建議,使降雨所增加之水量,可有效留存於貯水池。另外,利用貯水量之即時變化資訊,進行貯水池破提偵測,預防破提淹水事件發生。

上述之貯水池水量即時監測、貯水池入流量預測、破提預測及蓄水操作建議,整合於單一水情預測與輔助決策管理平台,同時提供桌上型網頁與手機、平版雙版本,提供桃園農田水利會灌溉管理人員使用。

綜上所述,本應用系統提供以下功能:

  1. 使用物聯網感測、通訊技術,監測貯水池即時蓄水量。

  2. 使用人工智慧演算法,建立貯水池入流量預測模型。

  3. 根據入流量預測結果,配合貯水池蓄水規則,計算最佳貯水池水量操作建議。

  4. 貯水池破提偵測演算。

  5. 上述監測與演算結果,整合於單一水情預測與輔助決策管理平台。

試煉場域說明

桃園農田水利會事業區域跨及桃園市、新北市、新竹縣,分佈於廿五個行政區之廣大轄區,灌溉面積統計至106年為22,677公頃。轄區內因地形因素,桃園大圳灌溉系統中多使用貯水池蓄水,總數為284口,為有效發揮桃園農田水利會轄內貯水池效益,本計畫於桃園農田水利會所屬觀音工作站、新屋工作站貯水池建置水位監測站範圍詳如 圖3。

此兩工作管轄範圍內,本案建置之貯水池水位監測站共61站,分佈如 圖4。

貯水池之水位(貯水量)之監測系統安裝,分為給水塔及給水箱涵兩種型式,分別如下:

  1. 貯水池內給水塔型式
    安裝於貯水池工作橋上,以超音波方式監測貯水池水位。

  2. 貯水池內給水塔型式
    雷達感測器與傳輸記錄系統安裝於給水塔內,透過給水塔之連通管原理,偵測貯水池水位。

2019智慧城市創新應用獎_智慧農業
2019智慧城市創新應用獎_智慧農業
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圖3
圖3
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圖4
圖4
圖4
圖5
圖5
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創新指標

  1. 前端物聯網技術。使用物聯網電子及通訊技術,開發一體型傳輸記錄系統,使建置前端水位監測站之施工時間縮短為傳統工法之1/20,建置成本減少為傳統系統之1/3,使建置大量物聯網前端監測站變為可能,若以傳統方式建置,其所需預算與維運成本,均非系統建置完成後所產生的衍生效益所能負擔。

  2. 物聯網通訊。採用NB-IoT為主要通訊,使通訊費用由傳統4G的每月150元,降低至每月20元,使桃園農田水利會能夠負擔大量建置前感測系統之通訊月租費。

  3. 以人工智慧預測模型取代水理模式。藉由所收集的大量監測資料,透過人工智慧模型建置水位預測系統,相較於傳同水理模式,其預測演算時間由近1小時縮短為毫秒,模式修正與重建也不再需要人工進行地文調查,而是由系統透過不斷新增的監測資料進行模型重新訓練與更新。

  4. 跨平台,跨資料整合。許多智慧城市應用,著重於分析系統內所收集之資料與運算資源,本計畫跨平台整合中華電信iEN平台,中央氣象局Open Data平台、微軟Azure雲平台、水利署水資源物聯網,並以及水利署水資源物聯網提供之虛擬機器資源建立完整管理系統,充分運用政府、民間、新設、既有之各項系統。
    圖5 為整合後之系統架構圖。

未來計畫

桃園農田水利會今年度於本計畫完成後,預計整合其他灌區內之200餘口貯水池,其貯水池監測資訊與預測水位可整合以下其他水資源系統,達到節水、用水動態調節以及防洪之功效。

  1. 由於桃園大圳水源是來自石門水庫後池,目前均採用定流量放水操作,未來完成全灌區之貯水池智慧調控系統系統後,可透過水利水資源物聯網,整合石門水庫操作資料,反饋操作建議給予石門水庫,動態調整石門水庫供水,節省水源。

  2. 颱風來襲或強降雨時,可透過貯水池之水量即時調度,作為滯洪池,降低都市淹水機率。


另外,本系統284口貯水池完整監測系統建置後,可使桃園農田水利會更有效率之提供農業、工業及民生用水,提高農業與工業整體產值。

公司地址

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新竹市科學園區展業二路8號3樓

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