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- Repositório de ferramentas para a gestão de sistemas de distribuição de águaPublication . Carriço, Nelson; Ferreira, Bruno; Antunes, André; Caetano, João; Barreira, Raquel; Covas, DídiaNo presente artigo apresenta-se um conjunto de ferramentas, disponíveis em código aberto, para a gestão de sistemas de distribuição de água, desenvolvidas no âmbito dois projetos de investigação, financiados pela Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), o projeto DECIdE (https://decide.ips.pt/) e o projeto WISDom (https://wisdom.ips.pt/). No âmbito do projeto DECIdE, foram desenvolvidas ferramentas que permitem importar e tratar dados, através de ficheiros exportados de sistemas de informação geográfica (SIG), em formato shapefile, folhas de cálculo com medições para o cálculo de balanços hídrico e energético e, também, de indicadores de desempenho de sistema, como por exemplo, perdas por quilómetro de conduta. No projeto WISDom, foram desenvolvidas ferramentas para a localização ótima de sensores de pressão, para o processamento de dados de caudal, para identificação de zonas críticas da rede de distribuição e para priorização de condutas para intervenções de reabilitação. Estas ferramentas são úteis para apoiar os técnicos das entidades gestoras na operação dos sistemas e são um passo na direção da transformação digital.
- Computational Tools for Supporting the Operation and Management of Water Distribution Systems towards Digital TransformationPublication . Carriço, Nelson; Ferreira, Bruno; Antunes, André; Caetano, João; Covas, DídiaThis paper presents a set of computational tools specially developed for supporting the operation and management of water distribution systems towards digital transformation of water services. These tools were developed in the scope of two R&D projects carried out in Portugal, DECIdE and WISDom, during 2018–2022. The DECIdE project focused on the development of tools for importing cadastral and operational data, as well as on the three operational tools for supporting the performance assessment: the first allows the calculation of different key performance indicators, both at a global and sectorial level, which is an annual requirement of the water regulator, and the other two allow the calculation of the water and the energy balances and a set of complementary indices. The WISDom project aimed at the implementation of applications that directly address specific water utility needs, namely, the flow rate data processing, the optimal location of pressure sensors, the identification of critical areas in the distribution network for pipe burst location, and the prioritization of pipes for rehabilitation. Implemented tools are useful to support water utilities in the daily operation and management of their systems, being a step forward towards digital transformation of the water sector.
- The challenge of the digitalization of the water sectorPublication . Carriço, Nelson; Ferreira, Bruno; Antunes, André; Caetano, JoãoThe digitalization of the water sector is of utmost importance for improving the efficiency and sustainability of the managed systems. The digitalization process, however, can be seen as a ladder with several steps that the water utility must climb to become a smart utility. The reality is that many water utilities worldwide have not realized yet the benefits of digital transformation and, thus, the digitalization of the water sector lags behind other industries. This chapter presents the major challenges and the promising future that water utilities face in the journey of digitalization. Guidelines on how to choose the most adequate digital solution are also presented, as well as the trends for a smarter water utility.
- NSGA-II parameterization for the optimal pressure sensor location in water distribution networksPublication . Ferreira, Bruno; Antunes, André; Carriço, Nelson; Covas, DídiaThe optimal location of pressure sensors is typicallysolved using heuristic algorithms. Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) is one of the most used algorithms in the water industry, requiring a preliminary parameter tuning process. The lack of guidelines on how to tune model parameters generally limits the use of these algorithms by researchers or practitioners and, as such, fails to be used in real-life problems. The current paper explores different NSGA-II parameterizations for the optimal location of pressure sensors by using a multi-objective optimization methodology applied to a real distribution network. Results show that (i) both the uniform and simulated binary crossover operators (depending on the internal parameters) produce the best results, being the former recommended since it does not require further parameter tuning; (ii) polynomial mutation with lower probability value should be chosen; and (iii) the distribution indices of polynomial mutation have a minor effect on NSGA-II performance.
- A gestão de dados nos serviços urbanos de água na era do Big DataPublication . Ferreira, Bruno; Carriço, Nelson; Covas, Dídia; Mendes, Ana; Grueau, Cédric; Antunes, André
- Plataforma DECIdE: Transforme dados em conhecimentoPublication . Ferreira, Bruno; Carriço, Nelson; Mendes, Ana; Baio, Miguel; Barreira, Raquel; Grueau, Cédric; Antunes, André; Gomes, João; Gonçalves, Miguel; Covas, Dídia; Ferreira, João; Fernandes, Sílvia; Santos, João; Brito, Isabel; Boga, CristinaAs Entidades Gestoras (EG) de sistemas de abastecimento de água são responsáveis por assegurar água em quantidade e qualidade para as populações que servem, conforme o 6º Objetivo de Desenvolvimento Sustentável da ONU [1] sem, no entanto, comprometerem a sua integridade económico-financeira. Estas EG são responsáveis pela gestão e operação destes sistemas, recorrendo regularmente a um numeroso conjunto de sistemas de informação (SI) para recolher, armazenar e gerir o vasto conjunto de dados gerados por esta atividade. No âmbito do projeto de investigação DECIdE - Plataforma de Apoio à Decisão em Infraestruturas Urbanas de Água – foi desenvolvida uma plataforma informática que integra dados provenientes de diferentes SI da EG, incluindo ainda algumas ferramentas para o apoio à tomada de decisão. A plataforma foi desenvolvida em colaboração com cinco EGs de pequena e média dimensão, com modelos de gestão (i.e., gestão direta e gestão delegada), maturidade digital e processos de gestão da informação diferentes. A integração de informação proveniente de diversos SI numa base de dados unificada é um processo complexo, em parte devido à disparidade de processos de gestão de informação e maturidade digital presentes nas EGs parceiras. Neste sentido, foi desenvolvido um modelo de dados abrangente, assim como um mecanismo de análise, mapeamento e indexação entre o conteúdo a importar e o modelo de danos unificado, permitindo assim que diferentes entidades utilizem a plataforma. A plataforma, de forma a apoiar o processo de apoio à tomada de decisão, incorpora um conjunto de indicadores de desempenho [2], selecionados pelas EGs parceiras, de forma a refletir as necessidades por estas sentidas. Adicionalmente, foram incorporados módulos de cálculo de balanços hídrico e energético. Estes balanços permitem a avaliação da eficiência hídrica [3] e energética [4] dos sistemas. A visualização gráfica deste conjunto de indicadores de desempenho pode tornar-se de alguma forma difícil, especialmente quando se pretende realizar análises ao nível setorial (i.e., subsistema ou Zona de Medição e Controlo). Neste sentido, e com o objetivo de facilitar o processo de apoio à tomada de decisão, foi desenvolvido um dashboard baseado em filtros customizados pelo utilizador (i.e., por área de análise, conjunto de dados e indicadores, e período temporal), incluindo ainda diferentes tipos de representação gráfica (e.g., gráfico de barras, linhas, circular). O presente artigo aborda o desenvolvimento das diversas funcionalidades, módulos e ferramentas da plataforma DECIdE.
- Towards an integrated platform for decision support in water utility managementPublication . Grueau, Cédric; Antunes, André; Ferreira, Bruno; Gonçalves, Miguel; Carriço, NelsonThe pressure on water supply systems is a real challenge for water utilities, which are entrusted with the responsibility to manage and operate those systems. Water utility engineers and managers make decisions based on data that are obtained from several information systems (IS), such as geographic information systems (GIS), billing, asset operation and maintenance or accounting. Most of the time, these IS result in data silos as a consequence of lack of machine communication protocols, common data formats or common meaning of exchanged content. On the other hand, the diversity of IS is a challenge to water utilities which struggle with data consistency and interoperability. In this context, water utility engineers and managers make decisions based on data which are often incomplete, inaccurate or out-of-date. In this paper, we present an IT platform that integrates data from different information systems, including tools to support decision-making on water supply systems (e.g., performance indicators, water, and energy balances). This platform, developed in collaboration with a representative set of Portuguese water utilities, allows water utilities to integrate their data and perform analysis of their systems. With this approach, we provide water utilities and water supervision agencies with the possibility to compute a unified set of metrics whatever the IS they use.
- Desenvolvimento e validação de aplicação computacional para avaliar sistemas de rega sob pressãoPublication . Luz, Paulo Brito da; Felicíssimo, D; Carriço, Nelson; Antunes, AndréO setor do regadio requer práticas com sustentabilidade ambiental e competitividade socioeconómica, que envolvem o incremento do uso eficiente da água, em diferentes escalas e redes de distribuição. Muitas abordagens inovadoras para apoiar essas práticas, nomeadamente as que se relacionam com as tecnologias de informação e comunicação (TIC), são presentemente inseridas e divulgadas na designada “Agricultura 4.0”. Neste sentido, ao nível da rede terciária, as TIC têm melhorado a capacidade de se transferir e utilizar informação, facilitando ao regante a abordagem de diferentes processos relativos às instalações de rega, desde a fase de compra até avaliações de desempenho, entre outros. Na generalidade dos projetos hidroagrícolas em Portugal, a opção dos regantes por métodos sob pressão (i.e. rega por aspersão e localizada) tem crescido face a vantagens de automatização, economia de mão-de-obra e de maior eficiência no uso da água. Contudo, continuam a observar- se situações de risco na gestão dos recursos naturais e energéticos, pela falta de adequação do sistema de rega às condições pedo-climáticas específicas das parcelas. Consequentemente, um sistema de rega sob pressão pode atingir níveis de classificação de desempenho muito baixos, considerando as perdas de água excessivas, relacionadas com os escoamentos (superficiais e/ou subterrâneos), a evaporação e os desvios causados pelo vento. Estas perdas podem ser calculadas pela Eficiência de Aplicação, que é definida pela razão entre o volume médio de água disponível para as plantas e o volume médio aplicado na rega. Este indicador depende de determinadas variáveis com impacto mais significativo que se relacionam com: 1) tipo e características da rega: dotação, taxa de aplicação; 2) características do terreno: textura do solo, declive e coberto vegetal; e 3) fatores climáticos: velocidade do vento e temperatura. O presente artigo tem como objetivo a apresentação de uma aplicação computacional desenvolvida e validada para o cálculo da eficiência de aplicação de água de sistemas de rega sob pressão, ao nível da rede terciária (parcela). Esta ferramenta de AgriTech processa classificações e padrões devidamente enquadrados em informação e recomendações de normalização atualizada, capacitando o utilizador para fazer as opções mais válidas com base em critérios objetivos de boas práticas.
- An information systems for infrastructure asset management tailored to portuguese water utilities: platform conceptualization and a prototype demonstrationPublication . Carriço, Nelson; Ferreira, Bruno; Antunes, André; Grueau, Cédric; Barreira, Raquel; Mendes, Ana; Covas, Dídia; Monteiro, Laura; Santos, João; Brito, Isabel S.This paper presents a new information technology platform specially tailored for infrastructure asset management of urban water systems operated by water utilities of lower digital maturity level, developed in the scope of DECIdE research project. This platform aims at the integration of different data from the water utilities with several information systems and the assessment of the system performance, in terms of water losses, energy efficiency and quality of service by using developed tools (i.e., water and energy balances and key performance indicators). This platform was tested with data from five small to medium size Portuguese water utilities with different maturity levels in terms of technological and human resources. Obtained results are very promising since the platform allows to assess the systems performance periodically which constitute an important part of the infrastructure asset management for small and medium-sized water utilities
- Multi-objective optimization of pressure sensor location for burst detection and network calibrationPublication . Ferreira, Bruno; Antunes, André; Carriço, Nelson; Covas, DídiaThis paper proposes a methodology to determine the optimal location of pressure sensors for the simul- taneous calibration of the hydraulic network model and the detection of pipe bursts. The methodology considers a search space reduction process and aims at maximizing nodal pressure sensitivities to both pipe roughness coefficients and pipe burst sizes. A multi-objective optimization problem is formulated for a given number of sensors and multiple optimal configurations of pressure sensors are obtained. Three different optimal configurations are selected and compared: one solution that individually maximizes each objective function (two solutions) and one trade-off solution. The methodology is applied to a real water distribution network with hourly consumption data. Results demonstrate that (i) the optimal loca- tion of pressure sensors hardly changes with the perturbation values used to numerically compute the sensitivities and (ii) minor differences can be found in the performance of pipe roughness calibration and pipe burst location by using either a solution that individually maximizes each objective function or the trade-off solution considering the high number of pressure sensors (26) and the oversized pipe diameters to comply with firefighting conditions, being pressure less sensitive to friction and flow rate changes.