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Piattaforma IoT per la gestione delle infrastrutture idriche

Più in generale, IoT è il senso più ampio dei termini, che sembra una rete di dispositivi o sensori collegati a Internet. Questa tecnologia trova applicazione in vari aspetti della vita umana. Svolge un ruolo fondamentale come fattore tecnologico per la trasformazione digitale.

Quando si tratta del percorso dell’IoT, la raccolta e la gestione dei dati sono uno dei compiti più impegnativi. Essa impone le seguenti modifiche al settore aziendale:

  • Aumenta certamente la ricchezza dei dati trasformando il valore aggiunto per il business data-driven .
  • Questo è un percorso per creare opportunità per nuovi servizi sotto forma di asset, acquisizione in tempo reale e monitoraggio di dati e intelligenza artificiale (AI).

L’IoT ha aiutato diverse aziende nell’acquisizione dei dati operativi e dei clienti. Questi dati sono stati ulteriormente utilizzati per l’analisi, la manutenzione e il miglioramento del comfort in termini di efficienza operativa.

Tele-Measurement o Smart Metering è uno dei principali domini nel campo dell’Internet delle cose (IoT). La misurazione intelligente ha una vasta gamma di applicazioni in base alle circostanze e al luogo. Si ritiene che l’ infrastruttura di misurazione avanzata (AMI) porti ad una riduzione dei costi e della domanda per servire i clienti con una migliore comunicazione. Trova la sua applicazione negli edifici pubblici, riqualificazione urbana, parcheggi, trasporto terrestre, ingegneria idraulica, consumo energetico, ecc, L’espansione della misurazione intelligente su larga scala porta all’integrazione della piattaforma IoT che è in grado di migliorare i dati raccolti attraverso il sensori. Questa integrazione dell’IoT migliora le operazioni, la qualità e garantisce la continuità del servizio. Quando si tratta di misurazioni intelligenti nella rete di distribuzione, le AMI svolgono un ruolo fondamentale non solo nella distribuzione, ma anche essenziale per la sorveglianza, il monitoraggio e il controllo del livello di distribuzione e consumo. Un fattore chiave che influenza l’AMI è la comunicazione tra i contatori e i server di utilità. I vantaggi e i casi d’uso dell’applicazione della piattaforma IoT centralizzata includono:

  1. L’IoT svolge un ruolo predittivo nella manutenzione straordinaria.
  2. Registra la strategia basata sul calendario per mantenere i dispositivi e i sensori in forma.
  3. Un modo efficiente di acquisizione dei dati per l’analisi e l’adozione di strumenti di intelligenza artificiale.
  4. Controllo della capacità in una rete di distribuzione.
  5. Monitoraggio centralizzato e rilevamento di eventi critici.

I sensori e i dispositivi geograficamente distribuiti dovrebbero necessitare di un’ infrastruttura di comunicazione come requisito fondamentale. Oltre alle diverse applicazioni e vantaggi, la piattaforma IoT stessa dovrebbe essere progettata in modo tale che, in futuro, sia in grado di integrare l’architettura estesa o casi d’uso per l’acquisizione dei dati.

  • Analisi dei dati provenienti dai sensori e dai dispositivi della linea di distribuzione dell’acqua , per individuare eventuali spremi/perdite utilizzando dispositivi acustici, temperatura e pressione nella rete di distribuzione dell’acqua.
  • Elaborazione di diversi dati provenienti da sensori nel campo del sistema residenziale, ad esempio ascensore, sistema di sorveglianza, parcheggio, controlli ambientali, ecc.
  • Controllo degli accessi in vari luoghi come luogo di lavoro, casa, raduni pubblici, ecc.
  • Monitoraggio della qualità dell’acqua utilizzando i dati dei sensori per la gestione dell’acqua potabile

La gestione dell’approvvigionamento idrico utilizzando la tecnologia intelligente alimentata da IoT non si limita solo alla singola applicazione. Questi possono essere applicati in vari settori, come sopra menzionato. Quando si integra tale tecnologia, la raccolta dei dati e l’analisi dei dati vengono utilizzati in settori quali la gestione delle acque e delle acque reflue, i trasporti, l’energia, gli edifici, la sicurezza, la comunicazione e la gestione dell’ambiente.

Architettura della piattaforma IoT nella misurazione intelligente:

Per implementare il modo agile di monitoraggio e gestione del sistema di distribuzione idrica è necessario integrare il sistema multistrato con i vari protocolli industriali nel sistema centrale. Il sistema può essere semplificato in un modello di riferimento IoT a quattro livelli. I dispositivi o i sensori distribuiti installati sul campo costituiscono lo strato fisico di base del modello di riferimento. I dati acquisiti vengono trasmessi attraverso il protocollo di comunicazione sicuro (TCP/IP, dispositivo gateway, ecc.) al server remoto. Il server remoto fornisce i dati al livello di gestione per l’ulteriore processo e l’analisi delle esigenze dell’applicazione.

Unità centrale:

I dati trasmessi dallo strato fisico vengono ricevuti presso l’Unità Centrale (CU), che esegue le operazioni analitiche e di controllo. La CU rappresenta il livello di gestione IoT in cui è possibile implementare funzionalità come ottimizzazione, gestione dei dati, ecc.

I dati online ricevuti dal gateway vengono elaborati dall’algoritmo del livello dell’applicazione, che identificherà i modelli nascosti e analizza i dati in base alla loro applicazione. L’algoritmo mette in correlazione informazioni storiche e in tempo reale per prevedere gli eventi.

Attraverso il monitoraggio online dei parametri disponibili, gli algoritmi di previsione e ottimizzazione eseguono le azioni necessarie in caso di eventi nuovi o previsti. Mentre i dati sono memorizzati nell’unità di storage centrale per evitare possibili perdite di dati.

I requisiti tecnici e l’applicazione di base per la piattaforma IoT e la misurazione intelligente sono:

  • Moduli di acquisizione dati centralizzati dal livello fisico
  • Raccolta, elaborazione e analisi dei dati
  • Gestione di dispositivi e sensori sul campo
  • Gestione dei dati
  • Analisi di rete
  • Comunicazione altamente sicura
  • Piattaforma open-source
  • Integrazione e scalabilità delle applicazioni in futuro
  • Protocolli di comunicazione industriale
  • Modulo di gestione accessi (IAM)
  • Funzionalità AI
  • Dati di fatturazione in tempo reale

Il sistema è progettato in modo tale da adattarsi all’aumento dei nuovi volumi da gestire. Dovrebbe essere in grado di estendere il suo conteggio nei sensori di campo e nel carico utile del sistema. Quando si tratta di stack tecnici dovrebbe essere in grado di gestire l’aggiornamento continuo, il controllo centralizzato delle versioni e la sicurezza operativa aggiornata.

Il ruolo dell’elaborazione delle immagini e dell’intelligenza artificiale:

Le apparecchiature di approvvigionamento idrico hanno un numero di dati mancanti che non vengono catturati dal monitoraggio e dal sistema di controllo. Per un servizio ben mantenuto e migliori anche questi dati svolgono un ruolo principale. È anche raro o impossibile catturare tutti i dati dal campo senza mancare.

Al fine di rendere un sistema autonomo che raccolga tutti i dati analoghi necessari, una soluzione basata su immagini gioca un ruolo cruciale. Per un caso si consideri condutture dell’acqua con diversi contatori analogico-digitali, con i dati dell’immagine del contatore possono essere elaborati e convertiti nella lettura numerica .

Si consideri un sistema di imaging termico che svolge il ruolo principale nella previsione della temperatura, delle perdite e delle perdite. Questi tipi di dati immagine tagliano notevolmente la velocità di trasmissione dei dati da diverse centinaia di punti dati a una singola immagine.

Protocolli di comunicazione:

Quando si tratta di un sistema di misurazione intelligente per la gestione dell’acqua, la comunicazione bidirezionale è una funzione importante. Esistono diversi protocolli di comunicazione seguiti tra i sensori di campo e i sistemi di gestione centrali e tra consumatore e fornitore. I diversi protocolli di comunicazione sono stati definiti e confrontati in termini di velocità dei dati, frequenza, range di copertura, stabilità e costo.

TecnologiaCostoModalità di comunicazioneFrequenzaGamma di coperturaLimitazione
GPRSMediumStabile900 -1800 Mhz1-10KmVelocità di trasmissione dati bassa
3 GIn altoStabile1,92 Ghz — 1,98 Ghz, 2.11-2,17 Ghz1-10kmSpettro costoso
GSMBassoStabile900-1800 Mhz1-10kmVelocità di trasmissione dati bassa
WiFi-MaxMediumStabile2,5-3,5 GHz10-50kmNon diffuso
PLCBassoMolto stabile.1-30Mhz1-3kmCanale rumoroso
SCADAIn altoStabileFino a 1,54 MhzBreve distanzaCostoso
M-BusIn altoMeno stabile2,4-4,8 Mhz1000 mCostoso
ZigBeeMediumMeno stabile2,4 Ghz, 868-915 Mhz30-50mRaggio corto
SigfoxMediumStabileDa 868 a 869 MHz10 km (urbano) e 40 km (rurale)Carico utile limitato
LoRaMediumStabileModalità S, T, C (868 MHz) e N (169 MHz)5 kmComunicazione della linea di vista
WirelessHARTMenoStabile2,4 GHz225 mcrittografia non sicura

4G/5G:

Poiché l’IoT sta crescendo senza problemi, c’è bisogno di una tecnologia che supporti grandi quantità di trasmissione dati a larghezza di banda molto elevata con una latenza ridotta per la complessa architettura IoT. Ericsson società svedese di telecomunicazioni (capitale USD 25 miliardi), Nokia società finlandese di telecomunicazioni e data networking (capitale di 18 miliardi di dollari) e Qualcomm società americana (USD 81 miliardi) sono le principali aziende che si sono posizionate nello sviluppo 4G e 5G.

4G (Long Term Evolution – LTE) una tecnologia precedente di 5G è la tecnologia impegnativa che è un motivo per il crescente numero di dispositivi intelligenti connettività. 4G utilizza l’ accesso multiplo ortogonale che rende difficile il supporto per la futura applicazione IoT. 5G è nato per portare avanti questa eredità che forniscono il framework combinato necessario per le applicazioni IoT più recenti.

Queste tecnologie di comunicazione wireless apportano un significato all’IoT grazie al vantaggio fondamentale di portata globale, scalabilità, diversità, basso costo dei dispositivi, basso costo di implementazione e lunga durata della batteria.

WirelessHART:

Si tratta di una tecnologia wireless che collega sensori di campo e dispositivi che gestisce una trasmissione dati in tempo reale. Trova applicazione nel livello fisico in cui una mesh di rete per sensori e dispositivi IoT in architettura di gestione centralizzata. Questo standard viene implementato nel processo di monitoraggio e controllo che richiede la comunicazione dei dati in tempo reale tra i sensori.

Sigfox:

Sigfox è una delle tecnologie LPWAN (Low-Power Wide Area Network) utilizzata per costruire una rete wireless di dispositivi connessi. Trova applicazione in progetti come fonti di alimentazione limitate (nell’ordine di mA o decine di mA per trasmissione) e modalità a lungo raggio (decine di km) di trasmissione dati utilizzando la rete IoT. Funziona nella gamma di frequenze da 868 a 869 MHz nella regione dell’UE e da 902 a 928 MHz nella regione degli Stati Uniti . Sigfox è una tecnologia adatta per la gestione dell’infrastruttura idrica basata su IoT perché mostra prestazioni elevate nelle reti di sensori ad alta densità, rispetto ad altri protocolli di comunicazione che viene disturbato dalla collisione.

Edge Computing:

L’edge computing elabora i dati raccolti dal sensore di campo o dai dispositivi parzialmente o completamente consentendo servizi efficaci e reattivi. L’edge computing è un paradigma recente che riduce significativamente la latenza del servizio e migliora la qualità dei servizi (QoS) nella trasmissione dei dati. Gestisce le attività di elaborazione dei dati nella parte superiore dei diversi dispositivi perimetrali (gateway IoT). Consente l’utilizzo sia dell’hardware che della larghezza di banda della rete limitando la comunicazione cloud. Ciò riduce notevolmente il numero e le dimensioni della trasmissione dei dati sulla rete cellulare, fornendo una migliore qualità del servizio e una qualità dell’esperienza.

I dati provenienti dal campo vengono pre-elaborati all’edge prima che raggiungano l’applicazione in esecuzione sulla piattaforma cloud . Questi dati relativi al consumo, agli eventi rilevati, alle perdite e così via sono messi a disposizione degli utenti finali del sistema di monitoraggio tramite una piattaforma web.

Conclusione:

Il contatore meccanico commerciale dell’acqua è stato trovato negli anni ’50, la tecnologia di misurazione dell’acqua ha visto un significativo miglioramento in termini di precisione, precisione e affidabilità. Con la svolta nel settore IT ha reso l’ AMI nella gestione delle acque un modo conveniente per raccogliere i dati generati dai sensori.

Con l’invenzione delle AMI, la comunicazione tra il cliente e il fornitore di servizi è diventata migliore. Il mercato di tali tecnologie si sta espandendo e le tecnologie di rilevamento e comunicazione di rete stanno migliorando. Il settore comunale e agricolo è il settore principale in cui la gestione delle risorse idriche è un caso preliminare. Grazie al miglioramento della progettazione delle infrastrutture e al funzionamento del sistema più efficiente, questi settori ottengono un servizio di qualità superiore. Per un sistema di misurazione dell’acqua avanzato e autonomo , i dati giocano un ruolo cruciale . Con l’efficiente sistema di misurazione dell’acqua, c’è la possibilità di migliorare l’efficienza energetica. C’è un enorme bisogno di raccogliere dati per realizzare i benefici energetici, analizzare i requisiti di prestazioni per soddisfare le esigenze specifiche di installazione, ecc.

Questa soluzione digitale è in grado di affrontare e moderare i protocolli e gli standard in un mercato competitivo. Il design flessibile consente a questa applicazione di essere facilmente adattata per la misurazione intelligente di altre materie prime.

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