System monitoringu i ostrzegania o zagrożeniach powodziowych

15.10.2021 Studia przypadków / Sterowanie i akwizycja danych
System monitoringu i ostrzegania o zagrożeniach powodziowych
Wizerunek autora
Jarosław Molenda
Producent: Advantech
  • Woda i ścieki

Wyzwanie

Według Munich RE, jednej z największych firm reasekuracyjnych na świecie, całkowite straty w wyniku klęsk żywiołowych wyniosły 175 mld USD na całym świecie. Wśród wszystkich klęsk żywiołowych powodzie znalazły się na szóstym miejscu, odpowiadając za 40 mld USD strat. Dlatego określenie metody precyzyjnego prognozowania zdarzeń powodziowych i skutecznego minimalizowania strat wynikowych jest ważnym priorytetem.  

Powodzie i nadmierne opady mogą powodować istotne zakłócenia lub uszkodzenia aktywów i infrastruktury o krytycznym znaczeniu. Na przykład zakłady uzdatniania wody zwykle znajdują się w pobliżu zbiorników wodnych, a wiele z nich na terenach zalewowych. Oznacza to, że wdrożenie skutecznego systemu FMDS w takich zakładach wymaga pokonania wyzwań związanych z wdrożeniem sieci, w szczególności dlatego, że system musi być zdolny do działania w warunkach wysokiej wilgotności i ostrych zmian temperatur, aby zgłaszał warunki środowiskowe w odpowiednim czasie.

Rozwiązanie

Śledzenie danych, takich jak wysokość opadów, nasycenie gleby i poziom wód w górze rzeki, umożliwia firmom i zakładom otrzymywanie wczesnych ostrzeżeń o zagrożeniach powodziowych i podejmowanie działań zapobiegawczych. Nawet jeśli wdrożono już wiele podobnych systemów, możliwe jest poprawienie ich skuteczności poprzez wdrożenie produktów z serii Wzzard LRPv. 

Oferowane przez firmę Advantech węzły Wzzard LRPv LoRaWAN i bramy WISE-6610 LoRaWAN pozwalają budować sieci bezprzewodowe czujników o małej mocy z technologią LoRaWAN, które umożliwiają zgłaszanie danych do komputera lub aplikacji w chmurze przez centralną bramę sieciową. Najbardziej użyteczne bramy sieciowe obsługują przewodowe i bezprzewodowe połączenia danych, co umożliwia umieszczenie ich w większości lokalizacji.  

Następnie oprogramowanie może łączyć dane z informacjami z innych firm, takimi jak raporty pogodowe z krajowych serwisów meteorologicznych. Umożliwia to systemowi podejmowanie inteligentnych decyzji, takich jak wysyłanie w odpowiednim czasie powiadomień SMS o ewakuacji do ludności, sygnalizowanie i nadawanie ostrzeżeń o klęsce żywiołowej oraz zwoływanie zespołów kryzysowych.

Węzły Wzzard LRPv LoRaWAN są umieszczane w oddalonych lokalizacjach i łączone z czujnikami, np. do monitorowania poziomu wody, nasycenia gleby i wielkości opadów. Węzły nadają dane czujników za pośrednictwem technologii bezprzewodowej LoRa do bramy WISE-6610 w centrum kontroli oddalonym o wiele kilometrów.                

Gdy brama WISE-6610 LoRaWAN odbiera dane wysyłane z węzłów Wzzard LRPv LoRaWAN, przekazuje dane do komputera przeznaczonego do obsługi serwera aplikacji i zarządzania SCADA. Dzięki dostatecznej ilości danych z czujników system może pomóc w analizie stopnia zagrożenia powodziowego i wymaganych działań.                

Technologia sieci bezprzewodowej LoRaWAN

LoRaWAN to nowoczesnatechnologia modulacji radiowej rozpraszania widma CSS stosowana w sieci rozległej o małej mocy (LPWAN). Jest to specyfikacja WAN zaprojektowana, aby umożliwić długodystansową łączność o niskiej przepływności między „przedmiotami” (tj. połączonymi obiektami), takimi jak czujniki z zasilaniem bateryjnym. Wykorzystuje nielicencjonowane pasma częstotliwości radiowej poniżej Ghz, np. 196, 433 i 868 Mhz w Europie oraz 915 MHz w Ameryce Północnej. Technologia LPWAN umożliwia utworzenie sieci bezprzewodowej czujników, usługi lub infrastruktury zewnętrznej.

Węzeł Wzzard LRPv LoRaWAN i brama WISE-6610 obsługuje długodystansową bezprzewodową łączność sieciową bez konieczności płacenia opłat telekomunikacyjnych, co znacząco ograniczy koszty eksploatacji. Jest to szczególnie istotne dla ograniczenia kosztów monitorowania zagrożeń powodziowych, ponieważ większość zbiorników wodnych jest duża i nie ma centrów kontroli w pobliżu. Co więcej, tradycyjne rozwiązania bezprzewodowe (np. punkty dostępu WiFi) mają ograniczony zasięg transmisji danych i zmuszają użytkowników do wdrażania węzłów. Choć problemy te nie wpływają na routery sieci komórkowych, wymagają one płacenia opłat telekomunikacyjnych...

Obudowa IP66 do oddalonych lokalizacji zewnętrznych

IP to międzynarodowe oznaczenie stopnia ochrony. Jest to system klasyfikacji do oceny stopnia ochrony przed zagrożeniami, takimi jak pył i woda. Stopień ochrony IP66 oznacza, że węzeł Wzzard LRPv i brama WISE-6610 są zabezpieczone przed wnikaniem i kontaktem z pyłem, a także mocnymi strumieniami wody. Podwójne zasilanie (prąd stały/bateria) węzła Wzzard LRPv i bramy WISE-6610 także oznacza wiele opcji wdrożenia dla użytkowników.  

Węzły Advantech Wzzard LoRaWAN doskonale sprawdzają się na tamach i brzegach rzek, ponieważ woda, błoto, wysoka wilgotność i przenoszone powietrzem krople wody/cząstki pyłu, które występują w tych lokalizacjach stanowią ciągłe zagrożenie. Dzięki podwójnemu zasilaniu węzeł Wzzard LRPv LoRaWAN uwalnia użytkowników od konieczności montażu dodatkowego okablowania, co ogranicza koszty, a jednocześnie upraszcza wdrożenie. Dodatkowo zorientowana na użytkownika konstrukcja bramy WISE-6610 sprawia, że wdrożenie jest przyjazne dla użytkownika. Technologia ta nie wymaga wymiany dotychczasowych urządzeń — wprowadzenie technologii IoT do sieci nie powoduje nieaktualności obecnych urządzeń, ale raczej po prostu sprawia, że sieć jest inteligentniejsza.

Dwa tryby oszczędzania energii i system alarmowy

Węzeł Wzzard LRPv LoRaWAN ma dwa tryby oszczędzania energii: tryb uśpienia (gdy węzeł nie jest używany) i tryb pracy (do planowanych transmisji danych). Na przykład jeśli zaplanowano, że węzeł będzie zgłaszał dane z czujników dwa razy na godzinę, tryb uśpienia będzie automatycznie aktywowany, gdy węzeł nie będzie używany, a tryb pracy będzie wybudzał węzeł, gdy konieczne będzie przesłanie danych. Rozwiązanie to realizuje cel efektywności energetycznej. Zainstalowany został też system alarmowy, który powiadamia użytkowników, gdy określona wartość progowa zostanie przekroczona. Na przykład, gdy zbliża się powódź lub burza, sprowadza ogromną ilość wody. W takim przypadku system alarmowy powiadomi użytkowników, gdy poziom wody przekroczy określoną wartość, aby mogli wdrożyć środki zapobiegania klęskom żywiołowym.

Oznacza to, że inteligentna konstrukcja trybów oszczędzania energii i systemu alarmowego ogranicza koszty, oszczędzając energię, a jednocześnie zwiększa bezpieczeństwo, powiadamiając użytkowników, gdy konieczne są pilne działania.                

Wniosek

Rozwiązanie Advantech LoRaWAN, wysoce zintegrowana platforma wykrywania LoRa do zastosowań od zarządzania danymi we/wy do konwersji protokołów sieciowych, umożliwia utworzenie sieci czujników, która przyniesie natychmiastowe korzyści poprzez ograniczenie kosztów konserwacji przy jednoczesnym zwiększeniu ogólnej wydajności. Bramy sieciowe Wzzard LRPv mogą łaczyć się z serwerem aplikacji lub SCADA w celu dostępu do danych, przy użyciu protokołu MQTT za pośrednictwem sieci Ethernet lub bezprzewodowej sieci danych. Opisane funkcje umożliwiają umieszczanie czujników i bram internetowych w lokalizacjach, w których niedostępne jest zasilanie prądem przemiennym bądź nie ma infrastruktury sieć Ethernet.