Πλατφόρμα Μέτρησης Περιβαντολογικών Δεδομένων
Ολοκληρωμένo υποσύστημα Προβολής Περιβαλλοντικών Δεδομένων με χρήση μικροαισθητήρων.
Η προτεινόμενη πλατφόρμα αποτελεί τη βασική υποδομή στην οποία συγκεντρώνονται τα απαραίτητα δεδομένα αισθητήρων για την παραγωγή στατιστικών και προβολής περιβαλλοντικών δεδομένων. Λειτουργεί ως σύγχρονος κόμβος δεδομένων (data-hub), με λειτουργικές προδιαγραφές ενός σύγχρονου αποθετηρίου προσφέροντας τυποποιημένη πρόσβαση σε υψηλής ποιότητας, τεκμηριωμένα, αδειοδοτημένα σύνολα δεδομένων, συγκεντρωμένα σε ένα σημείο.
Η πλατφόρμα αξιοποιεί δεδομένα και υπηρεσίες μέσω τεχνικών διασύνδεσης οι οποίες βασίζονται στην υιοθέτηση προτύπων και πρωτοκόλλων επικοινωνίας. Η πλατφόρμα ολοκληρώνεται με δύο βασικές διεπαφές χρήστη, του αποθετηρίου και της διαδικτυακής χαρτογραφικής εφαρμογής.
Οι βασικές λειτουργίες που εκτελούνται στην πλατφόρμα στατιστικής ανάλυσης και προβολής περιβαντολογικών δεδομένων με χρήση μικροαισθητήρων:
- Αποθήκευση και διαχείριση των δεδομένων (αισθητήρων, γεωχωρικών)
- Ενσωμάτωση δεδομένων από αισθητήρες
- Περιβάλλον οπτικοποίησης (Χάρτες, διαγράμματα, infographics, στατιστικά κ.ά.)
Για την υλοποίηση της πλατφόρμας χρησιμοποιείται ανοιχτή, πολυεπίπεδη δικτυακή αρχιτεκτονική (n-tier). Με τον τρόπο αυτό, διευκολύνει την ανάπτυξη και μελλοντική κλιμάκωση του συστήματος, ενώ είναι δυνατή η διασύνδεση τις υπόλοιπες πλατφόρμες, δεδομένου ότι τηρούνται ανοικτά πρωτόκολλα και πρότυπα επικοινωνίας σύμφωνα με το πλαίσιο διαλειτουργικότητας. Η αρχιτεκτονική του συστήματος εξασφαλίζει ευκολία ανάπτυξης, διασυνδεσιμότητα και βασίζεται στη χρήση διεθνών προτύπων. Σημαντικό ρόλο στη δυνατότητα επέκτασης και κλιμάκωσης παίζει και η αξιοποίηση της τεχνολογίας των εικονικών μηχανών και γενικά περιβάλλοντος virtualization.
Χρησιμοποιούνται ώριμα λογισμικά ανοικτού κώδικα σε συνδυασμό με ιδιοποιημένες (custom) μονάδες λογισμικού, επιτρέποντας τη μέγιστη δυνατή επαναχρησιμοποίηση των αποτελεσμάτων και τη γραμμική κλιμάκωση του συστήματος.
Στη σχεδιαζόμενη αρχιτεκτονική του Συστήματος διακρίνονται τρία λογικά επίπεδα:
- Επίπεδο Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων (Database Tier): Το επίπεδο περιλαμβάνει την υποδομή για την αποθήκευση, διαχείριση και επεξεργασία των δεδομένων.
- Επίπεδο Υπηρεσιών και Επιχειρησιακής Λογικής (Service and Business Logic tier): Στο επίπεδο αυτό ενσωματώνεται όλη η επιχειρησιακή λογική με την ανάπτυξη των απαραίτητων εφαρμογών και (δια)δικτυακών υπηρεσιών.
- Επίπεδο Παρουσίασης (client tier): Αποτελεί τη διεπαφή της υποδομής με τους χρήστες του Συστήματος.
Τεχνικό Επίπεδο
Το επίπεδο των ΒΔ αποτελεί το χαμηλότερο στο φυσικό και λογικό σχεδιασμό. Σε αυτό πραγματοποιείται η αποθήκευση του συνόλου των δεδομένων (περιγραφικά, γεωχωρικά δεδομένα και συνοδευτικά έγγραφα, περιεχόμενο του Ιστότοπου). Σε αυτό θα αποθηκεύονται τα δεδομένα που αφορούν τους Δήμους που θα είναι οι τελικοί αποδέκτες – χρήστες του συστήματος.
Στο Επίπεδο Υπηρεσιών και Επιχειρησιακής Λογικής θα υπάρχουν υπηρεσίες για τις γεωαναφερμένες πληροφορίες, λογισμικό διασύνδεσης για κατανάλωση πληροφοριών από εξωτερικά συστήματα (αισθητήρες, API), με υλοποίηση των διεπαφών διαδικτυακών υπηρεσιών και χρησιμοποιώντας ανοικτά πρωτόκολλα για την ανταλλαγή των δεδομένων, καθώς και τις μονάδες για τη λειτουργία των διεπαφών που βρίσκονται στο επόμενο επίπεδο.
Το Επίπεδο Παρουσίασης (client Tier) αποτελεί τη διεπαφή της υποδομής με τους χρήστες του συστήματος. Αποτελείται από το Επίπεδο Υποστηρικτικών Εφαρμογών Γραφείου (Desktop Tier) και το επίπεδο διαδικτύου (Web Tier).
Το Επίπεδο Διαδικτύου είναι προσβάσιμο μέσω τοπικού εσωτερικού δικτύου (intranet) ή/και του διαδικτύου, και μέσω αυτού παρέχονται στους χρήστες οι εφαρμογές για την παρουσίαση του συνόλου του πληροφοριακού υλικού (περιγραφικά δεδομένα, γεωχωρικά δεδομένα, συνοδευτικά έγγραφα, φωτογραφίες κ.λπ.) σε διάφορες μορφές, μέσα από περιβάλλον περιηγητή διαδικτύου (web browser). Αφορά πρακτικά τις διεπαφές του αποθετηρίου και της χαρτογραφικής εφαρμογής.
Διασύνδεση δεδομένων αισθητήρων με την υποσύστημα προβολής περιβαντολογικών δεδομένων με χρήση μικροαισθητήρων
Μέσω της πλατφόρμας συλλέγονται δεδομένα από αισθητήρες που συλλέγουν δεδομένα αέριας ρύπανσης και ηχορύπανσης.
Παρακάτω αναφέρονται 2 κατηγορίες αισθητήρων οι οποίοι προτείνονται για την συλλογή των εν λόγω δεδομένων.
Κατηγορία αισθητήρων Α: PurpleAir
Η πρώτη κατηγορία αισθητήρων είναι οι PA-II AIR QUALITY SENSOR της εταιρείας PurpleAir.
1) PA-II Dual Laser Sensor. 2) Micro USB connector. 3) 5V 2A USB Outdoor Power Supply. 4) 17 foot power cable.
Οι συγκεκριμένοι αισθητήρες χρησιμοποιούν μια νέα γενιά μετρητών λέιζερ για σωματίδια, που παρέχουν έναν φτηνό και ακριβή τρόπο μέτρησης του καπνού, της σκόνης και άλλων σωματιδιακών ρύπων. Διαθέτουν ένα ανεμιστηράκι για να τραβούν αέρα μπροστά από το λέιζερ, προκαλώντας ανακλάσεις από τυχόν σωματίδια στον αέρα. Αυτές οι ανακλάσεις χρησιμοποιούνται για να μετρήσουν σωματίδια σε έξι μεγέθη μεταξύ 0,3μm και 10μm.
Αναλυτικότερα, ο συγκεκριμένος αισθητήρας χρησιμοποιεί την αρχή σκέδασης λέιζερ, δηλαδή παράγει σκέδαση ακτινοβολώντας τα αιωρούμενα σωματίδια στον αέρα. Στη συνέχεια, συλλέγεται η σκέδαση του φωτός σε ένα ορισμένο βαθμό και τελικά σχεδιάζεται η καμπύλη σκέδασης φωτός συναρτήσει του χρόνου. Τελικά, η ισοδύναμη διάμετρος των σωματιδίων και ο αριθμός των σωματιδίων με διαφορετική διάμετρο ανά μονάδα όγκου μπορεί να υπολογιστεί με μικροεπεξεργαστή με βάση τη θεωρία MIE (MIE scattering).
Η PurpleAir αξιοποιεί υπηρεσίες αξιόπιστων εταιρειών για την αδιάλειπτη και αξιόπιστη παροχή των υπηρεσιών της, και συγκεκριμένα την Thingspeak.com.
Το Thingspeak.com παρέχει αποθήκευση cloud για τα δεδομένα και μας επιτρέπει να έχουμε πρόσβαση για ανάλυση και ανάπτυξη γραφημάτων για τα δεδομένα.
Κατηγορία αισθητήρων Β: Libelium
Η δεύτερη κατηγορία αισθητήρων είναι οι Plug & Sense!SCP WiFi Smart Cities PRO της εταιρείας Libelium. Οι κύριες εφαρμογές για το συγκεκριμένο τύπο Plug & Sense! είναι η χαρτογράφηση του θορύβου (παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο των ακουστικών επιπέδων στους δρόμους μιας πόλης), η ποιότητα του αέρα, διαχείριση αποβλήτων έξυπνος φωτισμός κτλ. Στα πλαίσια του έργου επιλέχθηκαν οι παρακάτω αισθητήρες:
- Μέτρησης επιπέδου θορύβου
- Μέτρησης επιπέδων NO2
- Θερμοκρασίας, υγρασίας και ατμοσφαιρικής πίεσης
- Μέτρησης επιπέδων O3
Plug & Sense!SCP WiFi Smart Cities PRO
Συλλογή δεδομένων από τους αισθητήρες
Εξαιτίας της διαφορετικότητας των δύο τύπων αισθητήρων θα χρησιμοποιηθούν διαφορετικές προσεγγίσεις για την συλλογή και αποθήκευση των μετρήσεων αυτών.
Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται η προσέγγιση της μεθοδολογίας που θα υλοποιηθεί.
Μεθοδολογία συλλογής δεδομένων
Η συλλογή δεδομένων από τους αισθητήρες PA-II AIR QUALITY SENSOR ανάγεται στα εξής βήματα:
- Μετρούνται τα σωματίδια ανά δευτερόλεπτο
- Η εκτιμώμενη συνολική μάζα για τα PM1.0, PM2.5 και PM10 υπολογίζεται κατά μέσον όρο από τον PurpleAir Internet of Things (IOT) πίνακα ελέγχου
- Οι μετρήσεις κατόπιν μεταφορτώνονται στην cloud υποδομή της PurpleAir κάθε 80 δευτερόλεπτα περίπου, όπου αποθηκεύονται για λήψη και προβολή στον χάρτη PurpleAir.
- Κατόπιν, με την χρήση APIs αποθηκεύονται όλες οι μετρήσεις στο server
Από την άλλη μεριά, η λειτουργία των αισθητήρων Plug & Sense!SCP WiFi Smart Cities PRO δεν είναι τυποποιημένη από την κατασκευάστρια εταιρεία, συνεπώς ακολουθηθεί παρόμοια λογική με αυτή των PurpleAir αλλά χωρίς την συμμετοχή cloud πλατφόρμας.
