Mgr inż. Mateusz Liput

Asystent w Katedrze Inteligentnych Systemów i Sieci. Jego zainteresowania naukowe koncentrują się wokół: sieci komputerowych, bezpieczeństwa sieci komputerowych, sieci sensorowych oraz Internetu Rzeczy. Prywatnie interesuje się sportem, w szczególności piłką nożną oraz turystyką górską.

Ekologia i technika: w jaki sposób Internet Rzeczy może monitorować stan środowiska?

W ostatnich latach coraz częściej dyskutujemy nad stanem środowiska naturalnego i negatywnymi procesami, jakie w nim zachodzą. Koncentracja substancji szkodliwych w powietrzu, wodzie oraz glebie zagraża nie tylko naturze, ale również zdrowiu i życiu ludzi. Nie zawsze jednak władze oraz mieszkańcy mają dostęp do kompleksowych i wiarygodnych danych na temat skali zanieczyszczeń, a to one są podstawą do podjęcia dalszych działań. Z pomocą przychodzi tu monitoring środowiska – jego celem jest śledzenie zmian, które mogą szkodzić naszemu otoczeniu.

Czym jest monitoring środowiska?

Monitoring środowiska odnosi się do systemu powtarzalnych i ukierunkowanych obserwacji elementów otaczającej nas przyrody, Przygotowane systemy są zazwyczaj bardzo złożone i zawierają wiele wzajemnie powiązanych komponentów. Ich najważniejszym celem jest wykonywanie pomiarów, prognozowanie oraz wydawanie ostrzeżeń dla ludności. Zważywszy na coraz częściej występujące anomalie pogodowe, rozwój tego sektora jest niezbędny, a wręcz konieczny z perspektywy bezpieczeństwa ludności. Reagowanie na zachodzące zmiany pozwoli odpowiednio wcześniej przygotować się na ewentualne wystąpienie katastrof.

Monitoring środowiskowy o zasięgu ogólnokrajowym w większości państw nadal opiera się na rozwiązaniach charakterystycznych dla systemów informatycznych z początku lat 80-tych. O ile w przypadku wolnozmiennych zagrożeń globalnych obejmujących znaczne fragmenty kraju rozwiązanie to sprawdza się, to dla dynamicznie zmieniających się zagrożeń regionalnych wykorzystanie ich do wczesnego przygotowania trafnych ostrzeżeń jest niemożliwe.

Z pomocą przychodzi Internet Rzeczy

Rozwiązania Internetu Rzeczy (IoT) są obecnie obszarem dynamicznego rozwoju współczesnej informatyki. To właśnie z wykorzystaniem odpowiedniego asortymentu sprzętowo-programowego możliwe jest wdrożenie lokalnych systemów monitoringu środowiska. W Polsce takich systemów  obecnie nie ma, ale rozpoczęto realizację projektu, którego celem jest wprowadzenie ich w życie. Sensorowa sieć monitoringu środowiskowego jest systemem złożonym, zbudowanym w oparciu o zestaw dedykowanych czujników. Ich zadaniem jest automatyczne śledzenie stanu otoczenia poprzez jego pomiary. Wyobraźmy sobie zwykły termometr, który znajduje się w każdym domu. Jego zadanie jest bardzo proste – pomiar temperatury. Czujniki, o których mowa, działają na takiej samej zasadzie, przy czym mają niezwykle ważną funkcjonalność: pozwalają na komunikację z systemem informatycznym. Dzięki temu mamy możliwość gromadzenia i przetwarzania zebranych danych w systemie. Ze względu na obecne możliwości komunikacji bezprzewodowej, urządzenia pomiarowe mogą być rozlokowane w różnych miejscach na wyznaczonym obszarze (np. teren całej gminy) monitorując tym samym środowisko lokalne.

Szczegółowe rozwiązania nie są proste

Praktyczna realizacja całego systemu w oparciu o technologie Internetu Rzeczy jest oczywiście procesem bardzo złożonym i wymaga połączenia ze sobą kilku obszarów informatyki, m.in. programowania, sieci komputerowych czy też elementów automatyki IoT. Węzły pomiarowe, w skład których wchodzą czujniki rozmieszczone na wyznaczonym obszarze, zbierają wszelakie dane o środowisku.

Są to np.: temperatura, wilgotność, siła i prędkość wiatru, nasłonecznienie, opad atmosferyczny, pyłki w powietrzu czy elektrosmog. Ponadto oprócz pomiarów związanych z powietrzem istnieje możliwość monitorowania poziomu wody w rzekach czy natężenia hałasu na ulicach. Dostępne na rynku urządzenia pomiarowe pozwalają na wykonywanie pomiarów w określonej przez administratora częstotliwości. Należy jednak pamiętać, że im pomiar jest wykonywany częściej, tym większe będzie zapotrzebowanie na energię. Samo zasilanie jest również bardzo ważnym aspektem, o które trzeba zadbać projektując taki system monitoringu. Węzły pomiarowe są rozmieszczone w różnych miejscach i niestety nie zawsze istnieje możliwość podłączenia stałego zasilania. Rozwiązaniem tego problemu są małe panele fotowoltaiczne zintegrowane z całą platformą pomiarową, które zapewniają stałe ładowanie baterii.

Uzupełnieniem całego systemu jest przygotowanie platformy informacyjnej, przyjmującej postać portalu internetowego. To właśnie na niej wszystkie zebrane i przetworzone wartości  mogą być przedstawiane w sposób zrozumiały dla człowieka.

Opracowanie systemu informującego lokalną ludność o tym, w jakim stanie jest ich najbliższe środowisko, z całą pewnością poprawi świadomość warunków, w jakich żyjemy. Prowadzenie dodatkowych akcji promocyjnych w połączeniu z tak działającym systemem monitoringu z pewnością da pozytywne skutki w walce z panującą degradacją środowiska naturalnego. Co prawda, są to dopiero początki wdrażania takich rozwiązań do zastosowań praktycznych, ale pierwsze efekty powinniśmy zobaczyć już w tym roku.