基于自来水用水事件的家庭安防预警系统的研究与实现

郭阳勇　魏娟　张轩恺　张仁杰

摘要：针对家庭自来水用水存在的长时间过量用水、水龙头忘记关及长时间无人用水等问题，根据家庭的用水习惯通过遗传算法建立用水模型，设置用水事件对应的预警阈值，在自来水用水终端实时采集用户用水量及用水时长等数据，监控家庭用水状况，对超过阈值的用水事件进行实时预警，有利于降低自来水资源浪费，减少由于监控不到位引起的家庭安全事故，提高家庭及小区安防质量。

关键词：自来水用水事件;家庭安防;实时预警;安防质量

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：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

按照国际标准，我国是一个远低于国际公认的人均500立方米的“极度缺水”标准的严重缺少国家。而另一方面，家庭自来水浪费又相当严重。据统计，目前我国家庭每年约有數百亿立方米自来水被用于过度洗漱，同时，由于部分自来水管终端设备严重老化导致自来水泄露，以及人为忘记关水龙头导致自来水浪费等情况。

针对家庭自来水浪费严重的问题，通过信息化的手段，采集家庭的用水数据，建立家庭的用水模型，实时监控并分析家庭用水，对过量用水、异常用水等发出预警，减少水资源浪费。同时，对家庭可能的人为活动异常，如独居老人用水、家庭长时间无人用水等异常提供预警，降低家庭安全事故。

2 关键技术与方法

2.1 自来水数据的实时性和准确性

针对不同家庭及家庭成员用水的复杂性，需要建立自来水用水数据与家庭安防之间的关联。这种关联的前提是自来水数据的易得性，并保证采集数据的准确性和实时性。

在不改变家庭自来水管道现状情况下，在水龙头终端连接自来水监控终端，通过终端水流感应器实时采集水流数据，由终端控制器处理用户用水数据并上传至服务器，服务器通过数据分析和处理后自动做出是否预警。

2.2 自来水用水数据与家庭安防间关联的预警算法

根据实时采集的家庭用户自来水用水数据，通过分析后发出安防预警，这种预警需要系统对自来水用水数据与家庭安防之间的关联建立数学模型。系统采用遗传算法对家庭不同成员的用水和家庭安防间建立预警模型，结合模型的相关特点，通过遗传算法对预警模型进行求解，获得最优的预警临界值，使得预警更加精准。

3 系统功能模块

3.1 系统结构

根据前期的需求分析，以及系统所要达到的功能需求，设计出系统的总结构图，如图1所示，主要的软硬件组成包括以下几部分[1]。

主要硬件组成包括，自来水采集终端和通信模块。自来水采集终端由水流传感器和控制器组成。水流传感器采用霍尔流量计水流传感器，实时采集水流量大小信息。自来水采集终端实时分析单个用户的用水情况，包括用户用水的时间、时刻及流量大小。通信采用蓝牙+GPRS移动通信模式[2-4]，对于家庭的多个自来水采集终端采用蓝牙自组网，采集到的自来水信息通过蓝牙发送到主自来水采集终端，自来水流量信息通过主采集终端的GPRS通信模块上传到监控服务器。

主要的软件包括系统应用程序，数据库及相关的云平台系统。接收到用户的自来水用水数据，并将这些数据进行分析处理，记录用户的用水习惯等信息，结合内置的遗传算法推测用户家庭的状态并预警。该应用系统作为小区的安防子系统，管理住户与物业的基于自来水关联安防的交互，比如显示全小区用水整体情况，显示有预警的小区住户情况，进行相关参数的配置等等。

3.2 系统主要功能模块

根据前期对小区物业安防子管理的需求分析，结合小区住户能够通过该系统了解到自身用水的情况，并能够根据用水情况做出及时的反馈，以保障家庭安全的功能要求。如图2为该系统功能模块图。