Использование технологии LoRaWAN® во благо

Культура домоседства, созданная во время пандемии для смягчения наихудших последствий COVID-19, снизила заторы на дорогах и очистила городской воздух. В отчете Национального бюро экономических исследований подсчитано, что сокращение загрязнения воздуха из-за меньшего количества личных транспортных средств, путешествующих по городам США, привело к снижению примерно на 25 процентов заболеваний, связанных с качеством воздуха, таких как астма, болезни легких и болезни сердца. через всю страну.

Но здесь нет места для самоуспокоенности. По мере того как города открываются в постпандемическом мире, заторы возвращаются. Этот сопровождающий транспорт постоянно выбрасывает вредные выбросы, в том числе смертоносные атмосферные твердые частицы (ТЧ) диаметром 2,5 мкм (и меньше ) . Загрязнение PM2,5 проникает глубоко в легкие, делая его наиболее опасным для здоровья загрязнителем.

Больше всего от глобальной проблемы низкого качества воздуха страдают малообеспеченные слои населения. Например, Мумбаи (Индия), подверженный серьезным заторам из-за плохо обслуживаемых транспортных средств, часто страдает от ужасного качества воздуха. Газета Times of India сообщила, что город занял 63-е место среди 859 наиболее загрязненных городов мира и четвертое место среди самых загрязненных мегаполисов. Это мегаполис, где, по данным газеты, двадцать процентов населения живут за чертой бедности, которую Организация Объединенных Наций (ООН) определяет как человека, живущего менее чем на 1,90 доллара США в день.  

Быстро развивающийся Интернет вещей (IoT) обеспечивает долгосрочное решение проблемы плохого качества воздуха как для развитых, так и для развивающихся стран. Широкое развертывание коммерческого качества воздуха датчиков, беспроводное подключения к IoT по сетям с низким энергопотреблением широкого охвата (LPWANs) , как LoRaWAN ® -promises для генерации данных мелкозернистых , что городские планировщики должны решать проблемы загрязнения атмосферы.

Принятие мер для защиты уязвимых

Мумбаи далеко не уникален. ООН заявляет, что во всем мире более одного миллиарда городских жителей живут в трущобах, и они несоразмерно страдают от воздействия плохого качества воздуха. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), загрязнение воздуха в основном является причиной неинфекционных заболеваний, вызывая около 24 процентов всех смертей взрослых от болезней сердца, 25 процентов от инсульта, 43 процента от хронической обструктивной болезни легких и 29 процентов от рак легких.

ООН признает, что нам необходимы срочные действия для улучшения качества жизни и безопасности этой группы риска. В 2015 году члены ООН приняли Повестку дня в области устойчивого развития на период до 2030 года . План, включающий 17 целей в области устойчивого развития (ЦУР), включал обеспечение безопасности, устойчивости и устойчивости городов. Частично эта цель состоит в стремлении улучшить качество воздуха.

Поставщики технологий Интернета вещей охотно поддерживают повестку дня ООН. Среди них LoRa Alliance, открытая некоммерческая ассоциация, члены которой тесно сотрудничают в продвижении протокола LoRaWAN. Члены альянса разрабатывают несколько инициатив по снижению загрязнения воздуха под эгидой LoRaWAN for Good.

Способность IoT быстро генерировать, сопоставлять и анализировать данные с компактных недорогих беспроводных датчиков, подключенных к облаку через LoRaWAN, позволяет городским планировщикам использовать преимущества «больших данных» для улучшения контроля за загрязнением воздуха. Системы состоят из следующих элементов:

Беспроводные датчики качества воздуха для мониторинга и отчетности об уровне загрязнения в режиме реального времени

Возможность подключения LoRaWAN для передачи данных из беспроводных сенсорных сетей малого радиуса действия в облако

Облачные серверы с возможностью анализа непрерывного потока данных от десятков тысяч беспроводных датчиков

Алгоритмы прогнозирования, предлагающие меры по предотвращению роста загрязнения воздуха до опасного уровня.

Беспроводные датчики качества воздуха могут быть «настроены» на улавливание двуокиси азота (NO 2 ) и окиси углерода (CO), преобладающих в выхлопных газах, и предоставление общей информации о загрязнении воздуха, создаваемом транспортными средствами. Поскольку эти датчики PM2,5 и газа недороги и незаметны, их можно широко распространить по городу для мониторинга загрязнения воздуха.

Конечные устройства с поддержкой LoRaWAN включаются в эти беспроводные сети датчиков качества воздуха, а они, в свою очередь, подключаются к сети шлюзов LoRaWAN. Они могут передавать данные на расстояние до 5 км в городских районах и до 15 км по линиям прямой видимости в сельской местности, используя оконечные устройства с батареями, рассчитанными на десять лет. Таким образом, LoRaWAN может стать основой для быстрого и недорогого развертывания беспроводных сенсорных сетей в любом районе города.

Важность надежной инфраструктуры

Чтобы обеспечить надежную и долгосрочную работу, LoRaWAN должен быть построен на базе промышленного оборудования. Таким образом, шлюзы являются важнейшим звеном в коммуникационной цепочке, и, к счастью, существует множество проверенных промышленных вариантов. Одним из примеров является промышленный шлюз LoRaWAN Advantech WISE-6610 , который обеспечивает надежное соединение LoRaWAN в промышленных средах. Шлюзы Advantech поддерживают частные и общедоступные сети LoRaWAN и поддерживают MQTT, облегченный сетевой протокол, который является частью пакета Интернет-протоколов (IP).

Аппаратная и программная гибкость шлюзов WISE-6610 поддерживает системы периферийных вычислений и включает функции с повышенным резервированием для предотвращения потери соединения. Кроме того, высокий уровень безопасности обеспечивается созданием туннеля VPN для безопасной связи и сетевым сервером, который может локально шифровать и преобразовывать данные LoRaWAN. Другие характеристики включают диапазон частот от 868 до 915 МГц, диапазон входной мощности от 9 до 36 В постоянного тока , монтаж на DIN-рейку или стену, а также степень защиты IP30.

Данные, отправляемые в облако шлюзом LoRaWAN, можно агрегировать и анализировать, чтобы построить детальную картину изменения загрязнения воздуха в городе практически в реальном времени. По мере развития исторической базы данных алгоритмы могут ссылаться на прошлые события, чтобы точно предсказать, как будут развиваться будущие закономерности, что позволяет властям принимать превентивные меры, если это необходимо. Такая информация позволит принимать взвешенные и упреждающие меры, такие как регулирование транспортных потоков, временное снижение платы за проезд для более чистых транспортных средств и быстрое консультирование граждан через сотовую сеть или Интернет, чтобы избежать участков, которые вскоре могут стать опасными.

Приближение к целям устойчивого развития

В то время как города по-прежнему привязаны к автомобилям с дизельным и бензиновым двигателем, выбросы PM2,5 из выхлопных труб будут представлять потенциальную опасность для здоровья человека. Но крупные мегаполисы осознают потерю продуктивности и возросшую нагрузку на систему здравоохранения, вызванную респираторными заболеваниями, и теперь обращаются к IoT и LoRaWAN, чтобы устранить недостатки традиционных систем мониторинга. Сети беспроводных датчиков, генерирующих непрерывные потоки точных данных в режиме, близком к реальному времени, позволяют планировщикам принимать обоснованные решения, такие как сокращение транспортных потоков для ограничения загрязнения в дни с особенно неблагоприятными условиями.

Теперь, когда инженеры внедряют следующее поколение беспроводных сенсорных сетей, поддерживаемых общегородской инфраструктурой LoRaWAN, одиннадцатая цель ООН в области устойчивого развития, направленная на обеспечение безопасности, устойчивости и устойчивости городов, стала намного ближе. Более того, это прекрасный пример того, как можно использовать технологию LoRa навсегда.

Заключение

По всему миру города страдают от загрязнения воздуха, и особенно уязвимы бедные. Растущее использование Интернета вещей в сочетании с доступностью недорогих беспроводных датчиков, настроенных на измерение NO 2 и CO, дает возможность решить эту растущую проблему. Беспроводные датчики качества воздуха, поддерживаемые инфраструктурой LoRaWAN, предоставляют быстрые и детализированные данные, необходимые для устранения как долгосрочных, так и кратковременных эпизодов загрязнения с высоким содержанием твердых частиц.