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Plataforma IoT para la gestión de la infraestructura hídrica

De manera más general, IoT es el sentido más amplio de los términos, que parece una red de dispositivos o sensores que están conectados a Internet. Esta tecnología encuentra aplicación en varios aspectos de la vida humana. Desempeña un papel principal como factor tecnológico para la transformación digital.

Cuando se trata del viaje del IoT, la recopilación y gestión de datos es una de las tareas más difíciles. Impone los siguientes cambios en el campo de negocio:

  • Sin duda aumenta la riqueza de los datos transformando el valor añadido para el negocio basado en datos .
  • Esto sentó un camino para crear oportunidades para nuevos servicios en los medios de un activo, adquisición en tiempo real, y monitoreo de datos e Inteligencia Artificial (IA).

El IoT ha ayudado a varias empresas en la adquisición de datos operativos y de clientes. Estos datos se utilizaron en el análisis, el mantenimiento y la mejora de la comodidad en la eficiencia operativa.

Tele-Measurement o Smart Metering es uno de los principales dominios en el campo del Internet de las Cosas (IoT). La medición inteligente tiene una amplia gama de aplicaciones basadas en las circunstancias y el lugar. Se cree que la infraestructura de medición avanzada (AMI) conduce a una reducción en el costo y la demanda para servir a los clientes con una comunicación mejorada. Encuentra su aplicación en los edificios públicos, remodelación urbana, estacionamientos, transporte terrestre, ingeniería hidráulica, consumo de energía, etc., La expansión de la medición inteligente a gran escala conduce a la integración de la plataforma IoT que es capaz de mejorar los datos recogidos a través del sensores. Esta integración de IoT mejora las operaciones, la calidad y garantiza la continuidad del servicio. Cuando se trata de la medición inteligente en la red de distribución, las AMI desempeñan un papel vital no sólo en la distribución, sino también esencial para la vigilancia, el monitoreo y el control de la distribución y el nivel de consumo. Un factor clave que influye en la AMI es la comunicación entre los medidores y los servidores de utilidades. Los beneficios y casos de uso de la aplicación de la plataforma IoT centralizada incluyen:

  1. IoT desempeña un papel predictivo en un mantenimiento extraordinario.
  2. Inscribe la estrategia basada en calendarios para mantener los dispositivos y sensores en forma.
  3. Una forma eficiente de adquisición de datos para el análisis y la adopción de herramientas de IA.
  4. Control de capacidad en una red de distribución.
  5. Monitoreo centralizado y detección de eventos críticos.

Los sensores y los dispositivos que están dispersos geográficamente deben necesitar una infraestructura de comunicación como requisito básico. Además de las diferentes aplicaciones y beneficios, la propia plataforma IoT debe diseñarse de tal manera que en la evaluación futura pueda integrar la arquitectura ampliada o los casos de uso para la adquisición de datos.

  • Análisis de los datos de los sensores y dispositivos en la línea de distribución de agua , para encontrar cualquier residuo/fuga utilizando dispositivos acústicos, temperatura y presión en la red de distribución de agua.
  • Procesamiento de datos diversos de sensores en el campo del sistema residencial, por ejemplo, ascensor, sistema de vigilancia, estacionamiento, controles ambientales, etc.
  • Control de acceso en varios lugares como lugar de trabajo, hogar, reuniones públicas, etc.
  • Monitorización de la calidad del agua utilizando datos de sensores para la gestión del agua potable.

La gestión del suministro de agua mediante la tecnología inteligente impulsada por IoT no solo se limita a una sola aplicación. Estos pueden aplicarse en diversos sectores como los mencionados anteriormente. Al integrar dicha tecnología, la recopilación de datos y el análisis de datos se utilizan en sectores como la gestión del agua/aguas residuales, el transporte, la energía, los edificios, la seguridad, la comunicación y la gestión del medio ambiente.

Arquitectura de la plataforma IoT en la medición inteligente:

Para implementar la forma ágil de monitoreo y gestión del sistema de distribución de agua , se necesita un sistema multicapa con los diferentes protocolos industriales para integrarse en el sistema central. El sistema puede simplificarse en un modelo de referencia de IoT de cuatro capas. Los dispositivos distribuidos o sensores instalados en el campo constituyen la capa física base del modelo de referencia. Los datos adquiridos se transmiten a través del protocolo de comunicación segura (TCP/IP, dispositivo de puerta de enlace, etc.) al servidor remoto. El servidor remoto proporciona los datos a la capa de administración para el proceso posterior y el análisis de las necesidades de la aplicación.

Unidad Central:

Los datos transmitidos desde la capa física se reciben en la Unidad Central (CU), que realiza las operaciones analíticas y de control. La CU representa la capa de administración de IoT donde se pueden implementar funcionalidades como optimización, gestión de datos, etc.

Los datos en línea recibidos por la puerta de enlace son procesados por el algoritmo de capa de aplicación, que identifica patrones ocultos y analiza los datos en función de su aplicación. El algoritmo correlaciona información histórica y en tiempo real para pronosticar los eventos.

A través del monitoreo en línea de los parámetros disponibles, los algoritmos de predicción y optimización realizan la acción necesaria en caso de nuevos eventos ocurridos o previstos. Mientras que los datos se almacenan en la unidad de almacenamiento central para evitar posibles pérdidas de datos.

Los requisitos técnicos básicos y la aplicación para la plataforma IoT y la medición inteligente son:

  • Módulos centralizados de adquisición de datos desde la capa física
  • Recopilación, procesamiento y análisis de datos
  • Gestión de dispositivos y sensores sobre el terreno
  • Gestión de datos
  • Análisis de red
  • Comunicación altamente segura
  • Plataforma de código abierto
  • Integración y escalabilidad de las aplicaciones en el futuro
  • Protocolos de comunicación industrial
  • Módulo de administración de acceso (IAM)
  • Funcionalidad IA
  • Datos de facturación en tiempo real

El sistema está diseñado de tal manera que pueda adaptarse al aumento de los nuevos volúmenes a gestionar. Debe ser capaz de ampliar su recuento en los sensores de campo y la carga útil del sistema. Cuando se trata de las pilas técnicas, debe ser capaz de gestionar la actualización continua, el control centralizado de versiones y la seguridad operativa actualizada.

El papel del procesamiento de imágenes y la inteligencia artificial:

El equipo de suministro de agua tiene una serie de datos perdidos que no son capturados por el sistema de monitoreo y control. Para un bien mantenido y los mejores servicios estos datos también juegan un papel principal. También es raro o imposible capturar todos los datos del campo sin faltar.

Para crear un sistema autónomo que recoja todos los datos análogos necesarios, una solución basada en imágenes juega un papel crucial. Para un caso considere las tuberías de agua con varios medidores analógicos digitales, con los datos de imagen del medidor se pueden procesar y convertir en la lectura numérica .

Considere un sistema de imágenes térmicas que desempeña el papel principal en la predicción de la temperatura, las fugas y las pérdidas. Este tipo de datos de imagen corta la velocidad de transmisión de datos de varios cientos de puntos de datos a una sola imagen.

Protocolos de comunicación:

Cuando se trata del sistema de medición inteligente para la gestión del agua, la comunicación bidireccional es una función importante. Existen diferentes protocolos de comunicación seguidos entre los sensores de campo y los sistemas centrales de gestión y entre el consumidor y el proveedor. Los diferentes protocolos de comunicación se han definido y comparado en términos de velocidad de datos, frecuencia, rango de cobertura, estabilidad y costo.

TecnologíaCostoModo de comunicaciónFrecuenciaRango de coberturaLimitación
GPRSMedianoEstable900 -1800Mhz1-10KmTasas de datos bajas
3 GAltoEstable1.92 Ghz — 1.98 Ghz, 2.11 a 2.17 Ghz1-10kmEspectro costoso
GSMBajoEstable900-1800Mhz1-10kmTasas de datos bajas
WiFi-maxMedianoEstable2.5-3.5Ghz10-50kmNo muy extendido
PLCBajoMuy estable1-30 Mhz1-3kmCanal ruidoso
SCADAAltoEstableHasta 1,54 MhzCorta distanciaCaro
M-BusAltoMenos estable2,4-4,8 MHz1000mCaro
ZigBeeMedianoMenos estable2,4 Ghz, 868 a 915 Mhz30-50mAlcance corto
SigfoxMedianoEstable868 a 869 MHz10km (Urbano) y 40km (rural)Carga útil restringida
LeRaMedianoEstableModos S, T, C (868 MHz) y N (169 MHz)5 kmComunicación de línea de visión
WirelessHartMenosEstable2,4 GHz225 mcifrado inseguro

4G/5G:

A medida que el IoT crece sin problemas, existe la necesidad de una tecnología que admita una gran cantidad de transmisión de datos con un ancho de banda muy alto con la latencia reducida de la arquitectura compleja de IoT. La compañía sueca de telecomunicacionesEricsson (capital de US$25 mil millones), la compañía finlandesa de telecomunicaciones y redes de datos de Nokia (capital de US$18 mil millones) y la compañía estadounidense Qualcomm (US$81 mil millones) son las principales empresas que se posicionaron en el desarrollo 4G y 5G.

4G (Long Term Evolution – LTE) una tecnología anterior de 5G es la tecnología desafiante que es una razón para el creciente número de conectividad de dispositivos inteligentes. 4G utiliza el acceso múltiple ortogonal que dificulta el soporte para la futura aplicación de IoT. 5G ha nacido para continuar con este legado que proporcionan el marco combinado necesario para las últimas aplicaciones de IoT.

Estas tecnologías de comunicación inalámbrica aportan el significado al IoT debido a la ventaja clave del alcance global, la escalabilidad, la diversidad, el bajo costo del dispositivo, el bajo costo de implementación y la larga duración de la batería.

WirelessHart:

Es una tecnología inalámbrica que conecta los sensores de campo y dispositivos que gestiona una transmisión de datos en tiempo real. Se encuentra aplicación en la capa física donde una malla de red para sensores y dispositivos IoT en la arquitectura de gestión centralizada. Este estándar se implementa en el proceso de monitoreo y control que requiere la comunicación de datos en tiempo real entre los sensores.

Sigfox:

Sigfox es una de las tecnologías de red de área amplia de baja potencia (LPWAN) utilizadas para construir una red inalámbrica de dispositivos conectados. Encuentra aplicación en proyectos como fuentes de energía limitadas (en el orden de mA o decenas de mA por transmisión) y modo de largo alcance (decenas de km) de transmisión de datos utilizando la red IoT. Funciona en el rango de frecuencia de 868 a 869 MHz en la región de la UE y de 902 a 928 MHz en la región de Estados Unidos . Sigfox es una tecnología muy adecuada para la gestión de la infraestructura de agua basada en IoT porque muestra un rendimiento elevado en las redes de sensores de alta densidad, que otros protocolos de comunicación que se ven perturbados por la colisión.

Informática perimetral:

La informática perimetral procesa los datos recopilados desde el sensor de campo o dispositivos parcialmente/completamente permitiendo servicios eficaces y receptivos. La informática perimetral es un paradigma reciente que reduce significativamente la latencia del servicio y mejora la calidad de los servicios (QoS) en la transmisión de datos. Maneja las tareas de procesamiento de datos en la parte superior de los diferentes dispositivos de borde (puertas de enlace IoT). Permite la utilización tanto del hardware como del ancho de banda de red al limitar la comunicación en la nube. Esto reduce en gran medida el número y el tamaño de la transmisión de datos a través de la red celular proporcionando una mejor calidad de servicio y calidad de experiencia.

Los datos del campo se procesan previamente en el perímetro antes de que lleguen a la aplicación que se ejecuta en la plataforma en la nube . Estos datos sobre el consumo, eventos detectados, fugas, etc. se ponen a disposición de los usuarios finales del sistema de monitoreo a través de una plataforma basada en la web.

Conclusión:

El medidor de agua mecánico comercial se encontró en la década de 1850, la tecnología de medición de agua ha visto una mejora significativa en la precisión, precisión y fiabilidad. Con el avance en el sector de las tecnologías de la información, la AMI en la gestión del agua es una forma rentable de recopilar los datos generados a partir de los sensores.

Con la invención de AMI, la comunicación entre el cliente y el proveedor de servicios ha mejorado. El mercado de esas tecnologías se está expandiendo y las tecnologías de detección y comunicaciones en red están mejorando. El sector municipal y agrícola es la principal área en la que la gestión de los recursos hídricos es un caso preliminar. Con el diseño mejorado de la infraestructura y un funcionamiento más eficiente del sistema, estos sectores obtienen un servicio de calidad superior. Para un sistema de medición de agua avanzado y autónomo , los datos desempeñan un papel crucial . Con el eficiente sistema de medición de agua, existe la posibilidad de mejorar la eficiencia energética. Existe una gran necesidad de recopilar datos para obtener los beneficios energéticos, analizar los requisitos de rendimiento para satisfacer las necesidades específicas de instalación, etc.

Esta solución digital es capaz de abordar y moderar los protocolos y estándares en un mercado competitivo. El diseño flexible permite que esta aplicación se adapte fácilmente a la medición inteligente de otros productos.

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