Yeni bir düğüm enerji toplama yaklaşımlı KAA tabanlı şehir su dağıtım şebekesi izleme sistemi

Abstract

Su kaynaklarının öneminin gittikçe artmasından dolayı son yıllarda bu konuda yapılan verimlilik çalışmaları çoğalmıştır. Bu çalışmalardan bazıları su kaynaklarının korunmasına yönelik bazıları ise su dağıtım sistemlerinin izlenmesi ve zaman zaman karşılaşılabilen kaçakların tespitine yöneliktir. Çeşitli sebeplerden dolayı oluşan kaçakların ve kirlenmelerin önlenebilmesi için su şebekeleri sürekli izlenmelidir. Şebekeleri izlemek için gereken altyapı sistemi yüksek maliyetli olduğundan yaygın olarak kullanılamamaktadır. Yapılan tez çalışmasının amacı kayıp ve kaçakları azaltmak amacıyla su şebekelerinin maliyeti düşük Kablosuz Algılayıcı Ağlar teknolojisi kullanılarak izlemektir. Bu tez çalışmasında günümüzün önemli iletişim teknolojilerinden biri olan Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA) tabanlı bir su şebekesi modeli kurulmuş ve kullanılan kablosuz basınç algılayıcılar ile şebeke modeli içerisinde hareket etmekte olan suyun basınç değerleri izlenmiştir. Bu değerlerin bilgisayar aracılığıyla veya internet üzerinden sadece bir web tarayıcı aracılığı ile izlenebileceği ara yüzler geliştirilmiştir. Şebeke modeli içerisinden alınan veriler, şebekede hiç kaçak ve kullanımın olmadığı, normal kullanımların olduğu, kaçakların olduğu, normal kullanımlar ve kaçakların beraber olduğu durumlarda yapılan deneyler ile grafikler üzerinden izlenmiş ve davranış değişimleri değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler ile tespit edilen kaçaklar, aynı zamanda sistemden alınan verilerin kullanıldığı yapay sinir ağları (YSA) ile de karşılaştırılmıştır. YSA'dan alınan sonuçlar ile grafikler üzerinde yapılan değerlendirmelerin %97 oranında doğru sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca tasarım alternatiflerini araştırmak amacıyla sistemin NS-2 ağ simülatörü altında bir modeli kurulmuş ve modelin onaylama ve geçerleme testleri yapılmıştır. Gerçekleştirilen tez çalışmasının diğer bir özelliği de KAA temelli çalışan uygulamalarda ortaya çıkan düğümlerin kısıtlı enerji kaynağı probleminin çözümüne yeni bir yaklaşım sunmaktır. Şebeke modeli içerisindeki suyun hareketinden düğümün bataryasını şarj etmeye yetecek kadar gerekli enerji elde edilmiştir. Böylece varolan enerji kaynağının, enerji üreteci bir birim ile desteklenmesi gerçekleştirilerek sistemin ömrünün uzamasına katkıda bulunulmuştur.

As the importance of the water supplies becoming more crucial, the number of studies about the efficiency of water resources has increased in recent years. Some of the researches are about the protection of the water supplies and some are about monitoring water pipelines and to detect and locate the leakages in a pipeline system. Water pipelines have to be monitored against the leakages and contamination of water that can be caused by many factors such as cost and deployment. Since investment costs of a monitoring a pipeline system is so high, they can't be used widespread. The aim of this thesis is to monitor the city water pipeline system to detect any leakages and to minimize water loss by using a low cost Wireless Sensor Networks (WSN) technology. In this thesis, a monitoring system based on WSNs, which is one of the important communication technologies today has been implemented and the pressure values of the water, flowing in the pipeline model has been monitored by using wireless pressure sensors. The software interfaces are created to monitor the pressure values either in computer or in a web browser through internet. The data collected in many experimental conditions such with no normal water usage and no leakage, with normal water usage, with leakages and with leakages and water usage together has been monitored in pressure graphics and the changes in graphics has been evaluated. The leakages detected with the evaluation stage are also compared with the results of Artificial Neural Networks models using the data collected from the pipeline model. In the comparison result, 97% correction ratio has come out. Additionally, in order to search design alternatives, the pipeline system model used in the thesis has been modeled in NS-2 Network Simulator for validation and verification of the model. Another feature of the thesis study is to present a novel approach to the finite energy sources problem of the nodes that can occur in applications based on WSN. Adequate energy to recharge the battery of the node has been harvested from the flow of water in pipelines. The existing energy source has been supported with an energy harvesting unit and the lifetime of the system has been extended.