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)

2019-01-30

單位名稱

Anasystem 安研科技股份有限公司

得獎領域類別

智慧農業

合作單位名稱

臺灣桃園農田水利會

應用或服務概述

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。

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

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。
   下圖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。