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Plataforma IoT para gerenciamento de infraestrutura hídrica

De um modo mais geral, a IoT é o sentido mais amplo de termos, que se parece com uma rede de dispositivos ou sensores conectados à internet. Esta tecnologia encontra aplicação em vários aspectos da vida humana. Ele desempenha um papel principal como fator tecnológico para a transformação digital.

Quando se trata da jornada da IoT, a coleta e o gerenciamento de dados são uma das tarefas desafiadoras. Ele impõe as seguintes alterações no campo de negócios:

  • Ele certamente aumenta a riqueza dos dados transformando o valor agregado para os negócios orientados por dados.
  • Isso estabelece um caminho para criar oportunidades para novos serviços nos meios de um ativo, aquisição em tempo real e monitoramento de dados e Inteligência Artificial (IA).

A IoT ajudou várias empresas na aquisição de dados operacionais e de clientes. Esses dados foram utilizados na análise, manutenção e aprimoramento do conforto na eficiência operacional.

Tele-Measurement ou Smart Metering é um dos principais domínios no campo da Internet das Coisas (IoT). A medição inteligente tem uma gama diversificada de aplicações com base nas circunstâncias e no local. Acredita-se que a infra-estrutura de medição avançada (AMI) leva a uma redução no custo e na demanda para atender os clientes com comunicação melhorada. Ele encontra sua aplicação nos edifícios públicos, remodelação urbana, estacionamentos, transporte terrestre, engenharia hidráulica, consumo de energia, etc., A expansão da medição inteligente em grande escala leva à integração da plataforma IoT que é capaz de melhorar os dados coletados através do sensores. Essa integração da IoT melhora as operações, a qualidade e garante a continuidade do serviço. Quando se trata de medição inteligente na rede de distribuição AMIs desempenham um papel vital não só na distribuição, mas também essencial para a vigilância, monitoramento e controle do nível de distribuição e consumo. Um fator chave que influencia a AMI é a comunicação entre os medidores e os servidores utilitários. Os benefícios e casos de uso da aplicação da plataforma de IoT centralizada incluem:

  1. A IoT desempenha um papel preditivo na manutenção extraordinária.
  2. Ele inscreve a estratégia baseada em calendário para manter os dispositivos e sensores em forma.
  3. Uma forma eficiente de aquisição de dados para análise e adoção de ferramentas de IA.
  4. Controle de capacidade em uma rede de distribuição.
  5. Monitoramento centralizado e detecção de eventos críticos.

Os sensores e os dispositivos que estão geograficamente dispersos devem precisar de uma infra-estrutura de comunicação como um requisito fundamental. Além dos diferentes aplicativos e benefícios, a própria plataforma IoT deve ser projetada de tal forma que, em avaliação futura, possa integrar a arquitetura estendida ou casos de uso para aquisição de dados.

  • Análise de dados dos sensores e dispositivos na linha de distribuição de água , para encontrar qualquer desperdício ou vazamento usando dispositivos acústicos, temperatura e pressão na rede de distribuição de água.
  • Processamento de diversos dados a partir de sensores no campo do sistema residencial, por exemplo, elevador, sistema de vigilância, estacionamento, controles ambientais, etc.
  • Controle de acesso em vários lugares como local de trabalho, casa, reuniões públicas, etc.
  • Monitoramento da qualidade da água usando dados do sensor para a gestão da água potável.

A gestão do abastecimento de água usando a tecnologia inteligente alimentada pela IoT não se limita apenas à aplicação única. Estes podem ser aplicados em vários sectores, como acima referido. Ao integrar essa tecnologia, a coleta de dados e a análise de dados são usadas em setores como gerenciamento de água/águas residuais, transporte, energia, edifícios, segurança, comunicação e gerenciamento de meio ambiente.

Arquitetura da plataforma IoT em medição inteligente:

Para implementar a forma ágil de monitoramento e gerenciamento do sistema de distribuição de água , é necessário integrar o sistema multicamadas com os vários protocolos industriais . O sistema pode ser simplificado em um modelo de referência de IoT de quatro camadas. Os dispositivos distribuídos ou sensores instalados no campo constituem a camada física de base do modelo de referência. Os dados adquiridos são transmitidos através do protocolo de comunicação segura (TCP/IP, dispositivo gateway, etc.) para o servidor remoto. O servidor remoto fornece os dados para a camada de gerenciamento para o processo e análise adicionais das necessidades do aplicativo.

Unidade Central:

Os dados transmitidos a partir da camada física são recebidos na Unidade Central (UC), que realiza as operações analíticas e de controle. O CU representa a camada de gerenciamento de IoT onde funcionalidades podem ser implementadas, como otimização, gerenciamento de dados, etc.

Os dados on-line recebidos pelo gateway são processados pelo algoritmo da camada de aplicativo, que identifica padrões ocultos e analisa os dados com base em sua aplicação. O algoritmo correlaciona informações históricas e em tempo real para prever os eventos.

Através do monitoramento on-line dos parâmetros disponíveis, os algoritmos de previsão e otimização executam a ação necessária em caso de eventos novos ocorridos ou antecipados. Enquanto os dados são armazenados na unidade de armazenamento central para evitar possíveis perdas de dados.

Os requisitos técnicos básicos e a aplicação para a plataforma IoT e a medição inteligente são:

  • Módulos centralizados de aquisição de dados da camada física
  • Coleta, processamento e análise de dados
  • Gerenciamento de dispositivos e sensores em campo
  • Gerenciamento de dados
  • Análise de rede
  • Comunicação altamente segura
  • Plataforma de código aberto
  • Integração e escalabilidade de aplicativos no futuro
  • Protocolos de comunicação
  • Módulo de gerenciamento de acesso (IAM)
  • Funcionalidade de IA
  • Dados de facturação

O sistema foi concebido de forma a poder adaptar-se ao aumento dos novos volumes a gerir. Ele deve ser capaz de estender sua contagem nos sensores de campo e carga útil do sistema. Quando se trata de pilhas técnicas, deve ser capaz de gerenciar a atualização contínua, o controle de versão centralizado e a segurança operacional atualizada.

O papel do processamento de imagens e Inteligência Artificial:

O equipamento de abastecimento de água tem uma série de dados perdidos que não são capturados pelo sistema de monitoramento e controle. Para um bem conservado e os melhores serviços esses dados também desempenham um papel principal. Também é raro ou impossível capturar todos os dados do campo sem perder.

Para criar um sistema autônomo que coleta todos os dados análogos necessários, uma solução baseada em imagem desempenha um papel crucial. Para um caso, considere tubulações de água com vários medidores analógico-digitais, com os dados de imagem do medidor podem ser processados e convertidos na leitura numérica .

Considere um sistema de imagem térmica que desempenha o papel principal na previsão de temperatura, vazamento e perda. Esses tipos de dados de imagem cortam altamente a taxa de transmissão de dados de várias centenas de pontos de dados para uma única imagem.

Protocolos de comunicação

Quando se trata do sistema de medição inteligente para a gestão da água, a comunicação bidirecional é uma função importante. Existem diferentes protocolos de comunicação seguidos entre os sensores de campo e os sistemas de gestão central e entre o consumidor e o fornecedor. Os diferentes protocolos de comunicação foram definidos e comparados em termos de taxa de dados, frequência, faixa de cobertura, estabilidade e custo.

TecnologiaCustoModo de comunicaçãoFrequênciaGama de coberturaLimitação
GPRSMédioEstável900 -1800Mhz1-10KmTaxas de dados baixas
3GAltoEstável1.92Ghz — 1.98Ghz, 2.11-2.17Ghz1-10kmEspectro caro
GSMBaixoEstável900-1800Mhz1-10kmTaxas de dados baixas
Wi-Fi-máx.MédioEstável2,5 a 3,5 Ghz10-50kmNão difundida
PLCBaixoMuito Estável1-30Mhz1-3kmCanal barulhento
SCADAAltoEstávelAté 1,54 MHzDistância curtaCaro
M-BusAltoMenos Estável2,4-4,8 Mhz1000mCaro
ZigBeeMédioMenos Estável2,4 Ghz, 868-915 Mhz30-50mCurto alcance
SigfoxMédioEstável868 a 869 MHz10km (Urbano) e 40km (rural)Carga útil restrita
LoraMédioEstávelModos S, T, C (868 MHz) e modo N (169 MHz)5 kmComunicação da linha de visão
WirelessHartMenosEstável2,4 GHz225mcriptografia insegura

4G/5G:

Como a IoT está crescendo perfeitamente, há uma necessidade de uma tecnologia que ofereça suporte a grande quantidade de transmissão de dados com largura de banda muito alta com a menor latência para a complexa arquitetura IoT. A empresa sueca de telecomunicaçõesEricsson (capital de US$25 bilhões), a empresa finlandesa de telecomunicações e redes de dados Nokia (capital de US$18 bilhões) e a empresa Qualcomm americana (US$81 bilhões) são as principais empresas que se posicionaram no desenvolvimento 4G e 5G.

4G (Long Term Evolution – LTE) uma tecnologia anterior de 5G é a tecnologia desafiadora que é uma razão para o crescente número de conectividade de dispositivos inteligentes. 4G usa o acesso múltiplo ortogonal que dificulta o suporte para o futuro aplicativo IoT. 5G nasceu para continuar este legado que fornecem a estrutura combinada necessária para os aplicativos IoT mais recentes.

Essas tecnologias de comunicação sem fio trazem o significado para a IoT devido à principal vantagem de alcance global, escalabilidade, diversidade, baixo custo de dispositivo, baixo custo de implantação e longa duração da bateria.

WirelessHart:

É uma tecnologia sem fio que conecta os sensores de campo e dispositivos que gerencia uma transmissão de dados em tempo real. Ele encontra aplicação na camada física onde uma malha de rede para sensores e dispositivos IoT em arquitetura de gerenciamento centralizada. Este padrão é implantado no processo de monitoramento e controle que requer a comunicação de dados em tempo real entre os sensores.

Sigfox:

Sigfox é uma das tecnologias de Low-Power Wide Area Network (LPWAN) usada para construir uma rede sem fio de dispositivos conectados. Ele encontra aplicação em projetos como fontes de energia limitadas (na ordem de mA ou dezenas de mA por transmissão) e modo de longo alcance (dezenas de km) de transmissão de dados usando rede IoT. Funciona na faixa de frequência de 868 a 869 MHz na região da UE e 902 a 928 MHz na região dos EUA . A Sigfox é uma tecnologia adequada para o gerenciamento de infraestrutura de água baseada em IoT porque mostra desempenho elevado nas redes de sensores de alta densidade, do que outros protocolos de comunicação que fica perturbado com a colisão.

Computação de borda:

A computação de borda processa os dados coletados do sensor de campo ou dispositivos parcialmente/completamente permitindo serviços eficazes e responsivos. A computação de borda é um paradigma recente que reduz significativamente a latência do serviço e melhora a qualidade dos serviços (QoS) na transmissão de dados. Ele lida com as tarefas de processamento de dados na parte superior de diferentes dispositivos de borda (gateways IoT). Ele permite a utilização do hardware e da largura de banda da rede limitando a comunicação na nuvem. Isso reduz muito o número e o tamanho da transmissão de dados através da rede celular, proporcionando uma melhor qualidade de serviço e qualidade de experiência.

Os dados do campo são pré-processados na borda antes de atingir o aplicativo em execução na plataforma de nuvem . Esses dados sobre o consumo, eventos detectados, vazamentos e assim por diante são disponibilizados aos usuários finais do sistema de monitoramento por meio de uma plataforma baseada na web.

Conclusão:

O medidor de água mecânico comercial foi encontrado na década de 1850, a tecnologia de medição de água viu uma melhoria significativa na precisão, precisão e confiabilidade. Com o avanço no setor de TI fez da AMI na gestão da água uma maneira econômica de coletar dados gerados a partir dos sensores.

Com a invenção das AMIs, a comunicação entre o cliente e o provedor de serviços tornou-se melhor. O mercado dessas tecnologias está se expandindo, e as tecnologias de detecção e comunicação em rede estão melhorando. O setor municipal e agrícola é a principal área onde a gestão dos recursos hídricos é um caso preliminar. Com o design de infraestrutura aprimorado e uma operação mais eficiente do sistema, esses setores obtêm qualidade de serviço premium. Para um sistema de medição de água avançado e autônomo , os dados desempenham um papel crucial . Com o eficiente sistema de medição de água, existe a possibilidade de melhorar a eficiência energética. Há uma enorme necessidade de coleta de dados para obter os benefícios energéticos, analisar os requisitos de desempenho para atender às necessidades específicas de instalação, etc.

Esta solução digital aqui é capaz de lidar e moderar os protocolos e padrões em um mercado competitivo. O design flexível permite que esta aplicação seja facilmente adaptada para a medição inteligente de outras mercadorias.

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