Artikel ini menyajikan pengalaman kami dalam mengembangkan solusi untuk memantau kualitas udara di desa-desa menggunakan jaringan sensor lingkungan dan memberikan informasi kepada pengguna secara waktu nyata berdasarkan pada solusi teknis Advantech.
Kota pintar dan masalah polusi udara
Lebih dari 74% populasi Rusia tinggal di kota-kota besar dan pertumbuhan populasi perkotaan terus berlanjut. Kepadatan populasi dan produksi yang tinggi disertai dengan penurunan kualitas udara atmosfer. Sumber utama adalah: industri, tenaga panas dan transportasi mobil. Menurut Organisasi Kesehatan Dunia, kontaminan yang paling berbahaya adalah debu halus, ketika memasuki paru-paru ketika bernafas dan tidak dibuang melalui kehidupan.
Menurut penelitian NAFI pada 2019, sekitar
71% warga menganggap situasi lingkungan tidak berhasil dan menghubungkannya dengan emisi dari kendaraan dan industri. Masalahnya adalah identifikasi tepat waktu dari sumber polusi lokal.
Salah satu tugas proyek Nasional "Ekonomi Digital" untuk 2019-2024. adalah transformasi sektor-sektor prioritas ekonomi dan lingkungan sosial, termasuk ekonomi perkotaan, melalui pengenalan teknologi digital dan solusi platform, terutama pembangunan domestik. Dalam kerangka kerja proyek ini, pada 04.03.2019, Kementerian Konstruksi dan Perumahan dan Layanan Komunal menyetujui standar
Smart City , yang berisi daftar kegiatan yang dilaksanakan sebagai bagian dari digitalisasi ekonomi perkotaan.
Standar ini menyiratkan implementasi solusi di kota-kota dengan populasi lebih dari 100 ribu orang di 28 arah, di antaranya terdapat arahan “Sistem pemantauan udara online”, yang melibatkan langkah-langkah yang mengarah pada peningkatan keamanan lingkungan, memastikan kontrol atas kondisi kualitas udara, dan administrasi pendapatan anggaran kota dalam hal perlindungan lingkungan, meningkatkan tingkat daya tarik kota bagi warga.
Dalam rangka proyek nasional "Ekologi",
paspor yang disetujui oleh keputusan Presidium Dewan Presiden untuk Pengembangan Strategis dan Proyek Nasional pada 24 Desember 2018, proyek federal "
Udara Bersih " sedang dilaksanakan, yang bertujuan untuk meningkatkan kualitas udara atmosfer di 12 pusat industri dengan penurunan tingkat polusi udara ke tingkat "meningkat", ditentukan sesuai dengan rekomendasi
RD 52.04.667-2005 .
Menurut tugas 1.5 dari proyek ini, integrasi data dari jaringan pengamatan negara modern, sistem teritorial dan lokal untuk memantau kualitas udara diharapkan. Hal ini memungkinkan untuk mengidentifikasi sumber polusi udara lokal dan mengendalikan emisi berdasarkan data kualitas udara yang diperoleh oleh jaringan sensor padat dengan resolusi spasial tinggi.
Namun, penduduk kota kecil dan kecil tidak terlibat dalam proyek-proyek federal berskala besar ini dan hanya dapat mengandalkan sumber daya mereka sendiri. Terlepas dari kenyataan bahwa kualitas udara di permukiman yang jauh dari pusat-pusat industri jauh lebih tinggi, namun, masalah-masalah dengan segera mengidentifikasi sumber-sumber polusi lokal sama akutnya dengan di daerah-daerah berpenduduk padat.
Jaringan Sensor untuk Pemantauan Kualitas Udara
Penempatan sensor ramah lingkungan di fasilitas infrastruktur desa dan di tempat-tempat rekreasi massal memungkinkan Anda untuk memastikan kontrol kualitas udara, meningkatkan keamanan lingkungan dengan memberi tahu penduduk, otoritas lokal dan pihak berwenang yang berwenang. Menggunakan platform digital
WISE-PaaS , dimungkinkan untuk mengumpulkan data dari sensor ramah lingkungan, menganalisis variabilitasnya, dan memperkirakan risiko polusi udara. Semua ini mengarah pada peningkatan kualitas hidup dan daya tarik desa untuk penghuni dan tamu.
Sensor itu sendiri, pada kenyataannya, merupakan penghubung antara dunia nyata dan mitra digitalnya, diimplementasikan menggunakan perangkat keras Advantech. Mereka mengukur kadar debu di udara, suhunya, membentuk paket pesan dan mengirimkannya secara nirkabel di kisaran 868 MHz, sesuai dengan protokol LoRaWAN, ke stasiun pangkalan, di mana data dikemas ke dalam pesan teks JSON dan kemudian dikirim ke protokol MQTT untuk Platform digital
WISE-PaaS , di mana platform tersebut sudah diproses oleh server aplikasi.
Sebagai gateway LoRa, kami menggunakan perangkat
WISE-6610 yang diproduksi oleh cabang Ceko Advantech. Ini adalah perangkat yang cukup kompak dipasang pada rel DIN atau dinding, dengan konektor untuk menghubungkan antena eksternal, LAN dan daya. Dari empat kontak konektor daya, pada kenyataannya, hanya dua yang digunakan: merah (+) dan hitam (-). Secara default, gateway beroperasi dalam mode router dan modul LoRa dimatikan. Untuk mengaktifkan perangkat, Anda harus menyambungkannya melalui kabel Ethernet dan menunjukkan di bilah alamat browser alamat di mana antarmuka web pengaturan gateway tersedia:
http://192.168.1.1
Atas permintaan otorisasi, tentukan parameter default (login: root, password: root) dan masuk ke antarmuka yang ditunjukkan pada gambar.
Di sini, item "Modul Pengguna" adalah yang paling menarik, di mana Anda dapat mengkonfigurasi gateway LoRa dan server Node-RED lokal. Kita pergi ke pengaturan gateway LoRa, di mana kita dapat mengaktifkan modul LoRa, menentukan frekuensi saluran radio gateway LoRa, mengatur parameter operasi server jaringan dan mengkonfigurasi transfer pesan ke broker MQTT dengan menentukan host, port, nama pengguna, dan kata sandi.
Tetap hanya untuk mengikat eco-sensor ke LoRa-gateway. Untuk melakukan ini, kami menggunakan metode ABP (Activation-by-personalization). Kami pergi ke panel pengaturan server jaringan:
https://192.168.1.1:8443
pilih "Devices-Activated (Nodes)", klik pada tombol "+ Create" dan di jendela yang muncul tentukan tiga parameter: NwkSKey (kunci jaringan), AppSKey (kunci aplikasi), DevAddr (alamat sensor). Kami menunjukkan parameter yang sama dalam pengaturan eco-sensor.
Untuk menghubungkan
WISE-6610 ke jaringan lokal, Anda harus memasukkannya ke mode klien DHCP. Setelah itu, perangkat itu sendiri akan mendeteksi server DHCP di jaringan lokal untuk mendapatkan alamat IP dan terhubung ke Internet. Ini dilakukan melalui antarmuka web utama: pilih item menu "Konfigurasi-LAN" dan tunjukkan "diaktifkan" di bidang "Klien DHCP".
Platform Digital WISE-PaaS
Pada awal tahun ini, lebih dari 150 platform digital untuk Internet hal-hal diketahui. Masing-masing memiliki karakteristik, kelebihan dan kekurangan. Menggunakan platform
WISE-PaaS memungkinkan Anda untuk memecahkan masalah pengumpulan data jaringan sensor dan memvisualisasikannya.
Pemrosesan data dari sensor pada platform digital
WISE-PaaS dilakukan dalam beberapa tahap:
- menerima pesan JSON dari gateway LoRa oleh broker MQTT dan meneruskannya ke aplikasi;
- Penerimaan pesan JSON dengan skrip Python, pemrosesan data, dan penulisan ke basis data;
- merekam, menyimpan dan menyediakan data menggunakan DBMS PostgreSQL;
- visualisasi data menggunakan WISE-PaaS / Dashboard ;
Saat membuat ruang virtual baru di WISE-PaaS, broker MQTT, RabbitMQ diluncurkan secara default dan terlihat dalam daftar layanan yang tersedia. Parameter broker (host, port, nama pengguna, kata sandi) dapat diperoleh melalui antarmuka web.
Untuk membuat aplikasi yang menerima data pengukuran dari broker MQTT dan menulisnya ke database, Anda dapat menggunakan petunjuk langkah-demi-langkah berdasarkan contoh yang disiapkan oleh Advantech.
Buat direktori kerja:
mkdir ~/wisepaas/
Pergi ke sana:
cd ~/wisepaas/
Kami mengkloning contoh dengan Github untuk mengambil data MQTT dan menulis data ke database PostgreSQL:
git clone https://github.com/WISE-PaaS/example-py-iothub-postgresql.git
Mempersiapkan aplikasi executable index.py terdiri dalam mengubah nilai beberapa parameter ke nilai aktual yang ditentukan dalam Panel Kontrol WISE-PaaS.
… # MQTT(rabbitmq) service_name = 'p-rabbitmq-innoworks' … # Postgresql service_name = 'postgresql-innoworks' … schema = 'projectname' table = 'tablename' group = 'groupname' … def on_connect(client, userdata, flags, rc): client.subscribe("#") …
File
manifest.yml berisi parameter aplikasi: nama, ukuran RAM yang tersedia, kuota disk, perintah peluncuran aplikasi, daftar layanan yang digunakan.
--- applications: - name: py-postgresql-meteolab memory: 256MB disk_quota: 256MB buildpack: python_buildpack command: python index.py services: - rabbitmq
Menghubungkan pengguna
pengguna dengan kata
sandi kata
sandi ke server
api.wise-paas.io menggunakan klien CloudFoundry:
cf login -a api.wise-paas.io -u user@advantech.com -p password
Verifikasi konektivitas klien ke CloudFoundry:
cf target
Menyalin aplikasi ke server tanpa memulai:
cf push py-postgresql-meteolab --no-start
Mengikat aplikasi ke database dengan grup:
cf bs py-postgresql-meteolab postgresql -c '{\"group\":\"groupname\"}'
Mengikat aplikasi ke broker MQTT:
cf bs py-postgresql-meteolab rabbitmq
Menjalankan aplikasi di server:
cf start py-postgresql-meteolab
Kontrol operasi aplikasi dilakukan dengan memeriksa log eksekusi aplikasi:
cf logs py-postgresql-meteolab --recent
Lebih mudah untuk menyalin semua variabel lingkungan aplikasi ke file JSON lokal:
cf env py-postgresql-meteolab > env.json
Server PostgreSQL juga dimulai secara default saat membuat ruang virtual. Karena WISE-PaaS tidak memiliki antarmuka web untuk mengelola basis data, maka dari itu diperlukan untuk menginstal beberapa jenis klien, misalnya, pgAdmin. Kemudian, tabel database dibuat dan proses perekaman data dari sensor menggunakan antarmuka web dikontrol.
Alat Visualisasi Informasi
Platform digital
WISE-PaaS termasuk
WISE-PaaS / Dashboard , yang memungkinkan Anda membuat panel grafis yang berisi jumlah blok sewenang-wenang dengan berbagai opsi tampilan. Ini bisa berupa teks, grafik, bagan, peta, dan lainnya.
Blok dikonfigurasikan melalui menu "Edit". Sumber data yang ditampilkan adalah query SQL ke database. Selain itu, ada berbagai opsi yang dapat dikonfigurasi untuk menyesuaikan tampilan di menu "Edit".
Untuk penyetelan yang lebih halus, Anda dapat menggunakan "panel JSON", yang memungkinkan Anda untuk mengedit pengaturan dalam format JSON. Ini kadang-kadang diperlukan, karena semua parameter tidak dapat diedit melalui panel "Edit".
Setiap panel memiliki pengaturan umum. Di sini Anda dapat mengatur nama panel, deskripsi, menetapkan tag, membuat pengaturan waktu, mengubah latar belakang.
Selain itu, WISE-PaaS / Dashboard memiliki pengaturan umum untuk semua panel. Di sini Anda dapat menambahkan sumber data, mengelola grup dan pengguna, mengelola plugin (menambah, mengaktifkan, menghapus), mengunggah gambar dan banyak lagi.
Kesimpulan
Penggunaan sistem pemantauan kualitas udara di desa pondok memungkinkan Anda mengidentifikasi sumber polusi dengan cepat, merencanakan pembersihan jalan, dan pada akhirnya, meningkatkan kualitas hidup orang. Integrasi sistem ini dengan sistem pengawasan video, kontrol akses dan manajemen, penerangan jalan memungkinkan Anda untuk membuat solusi digital "pintar" yang meningkatkan efisiensi pengoperasian desa pondok.
Artikel ini disiapkan oleh tim (V.V. Chukin, T. Lipatov, A.Yu. Ermakov) dari
MeteoLab berdasarkan hasil kompetisi
Advantech AIoT Developer InnoWorks 2019 . Para penulis artikel selalu senang menjawab pertanyaan dan mempertimbangkan proposal melalui
formulir umpan balik , serta menerapkan pengalaman yang diperoleh dengan platform
Advantech WISE-PaaS dalam proyek-proyek untuk transformasi digital produksi dan pengembangan staf.