Leitura autónoma de contadores de água com deteção de padrões de consumo e fugas

Abstract

A água é um bem escasso e essencial para a saúde pública. Em Portugal, sensivelmente 30% da água é perdida nas redes de abastecimento, que re- presentam custos anuais de 280 milhões de euros. As entidades responsáveis pelo fornecimento de água necessitam de controlar e monitorizar as redes de abastecimento, com o propósito de evitar perdas avultadas. Para proceder à monitorização, os contadores devem encontrar-se equipados com tecnologias de comunicação, que permitam enviar os consumos medi- dos para a entidade responsável pelo serviço. Os contadores inteligentes, são equipamentos que possibilitam a transmissão dos consumos, todavia, o custo pode variar entre 200 e 250 euros o que impede que as empresas os apliquem massivamente. Já os contadores analógicos e digitais convencionais, são equipamentos mais antigos e não permitem a transmissão dos consumos medidos. No entanto, encontram-se instalados em elevado número nas redes de abastecimento. O propósito desta dissertação, é desenvolver um sistema que permita reapro- veitar os contadores convencionais, de modo a enviarem os seus consumos e analisar os dados lidos para detetar possíveis fugas de água. Na pesquisa efetuada, vários indicadores apontaram para desenvolver um sistema com base em sistemas de visão que permitam ler os consumos no contador. Esta técnica, tem a vantagem de necessitar meramente da câmara e sistema de iluminação. O sistema desenvolvido é composto pelo leitor, responsável por ler o valor no contador através de sistemas de visão, validar o resultado da leitura, guardar os dados, analisar possíveis fugas na habitação e enviar os consumos para um servidor numa data agendada. O servidor tem a finalidade de receber os consumos efetuados pelos leitores instalados, guardar os dados e analisar se existem fugas através das diferen- ças dos valores lidos e emitir alarmes ao utilizador. Para realização dos testes ao sistema, construiu-se um prototipo que equipa um contador analógico, e realizaram-se diversas abordagens de modo a au- mentar a taxa de acerto final. Estas permitiram subir a taxa de acerto de 92% com 1000 imagens, para 100% em 8000 imagens do contador. Este resultado deve-se à aplicação das ferramentas na análise de imagem e vali- dação dos valores lidos pelo algoritmo OCR. Os ensaios de deteção de fugas em habitações e em redes de abastecimento, foram simulados com valores lidos do prototipo. Foram realizados ensaios relativos à deteção de fugas, quer no que respeita a habitações quer à rede pública, tendo sido verificado que o sistema foi capaz de sinalizar os padrões anormais de consumo bem como as perdas de água na rede inseridos como parte dos procedimentos de validação. Relativamente aos tempos de execução do código, se este for executado numa placa de desenvolvimento Raspberry Pi 3, demoraria aproximadamente 2 por minuto, o que possibilitaria fazer acima de 86400 leituras por mês.

Water is scarce and essential to public health. In Portugal, approximately 30 % of the water is lost in the supply networks, which represent annual costs of 280 million euros. The entities responsible for water supply need to control and monitor the supply networks, in order to avoid large losses. In order to carry out the monitoring, the meters must be equipped with communication technologies, which allow the measured consumption to be sent to the entity responsible for the service. Smart meters are devices that allow the transmission of consumption, however, its cost can vary between 200 and 250 euros which prevents companies from applying them massively. Convencional analog and digital meters are older equipment and do not al- low the transmission of measured consumption, however, they are installed in large numbers in the supply networks. The purpose of this dissertation is to develop a system that allows reusing the analog meters to send their consumption and analyze the data read to detect possible water leaks. In the research carried out, several indicators pointed to the development of a system based on vision that allow to read the consumptions in the counter. This technique has the advantage of me- rely needing a camera and a lighting system. The system developed i composed of reader, responsible for a reading the non-counter value through vision systems, validate the reading result, save the data, analyze possible leaks in the house and send the consumptions to a server in a scheduled data. The server has a purpose of receiving the readings from the installed players, saving the data and analyzing if there are leaks based on the difference between the values read. For the realization of the tests to the system, a prototype was constructed that works on an analog counter, and diverse approaches were realized in order to increase the final adjustment rate. These allowed to increase the hit rate of 92 % with 1000 images, to 100 % in 8000 counter images. This result is due to the application of the tools in the image analysis and validation of the values read by the OCR algorithm. The tests of leakage detection in dwellings and in supply networks were simulated with values read from the prototype. In the leakage testing in dwellings, a limit of 0.1m3/min was set and there were 37 passages above the ceiling, for a total of 17.3m3 of wasted water . Regarding leak detection testing in the supply networks, losses of 1127.5m3 of water were detected. Regarding the code execution times, if it runs on a Raspberry Pi 3 develop- ment board, it would take approximately 2 by minute, and would make it possible to make over 86400 readings per month.