Il Sannio è smart ed ecosostenibile nell’era IOT

da | Dic 22, 2022 | Progetti d'Azione | 0 commenti

Introduzione

La corsa al potere e l’arrivismo economico stanno portando l’umanità e il pianeta Terra a un punto di non ritorno. Pur di perseguire i propri obiettivi, l’uomo sfrutta le risorse naturali in modo indiscriminato senza chiedersi quali possano essere le conseguenze di tale comportamento; lo sviluppo industriale e tecnologico come l’aumento della popolazione determinano una richiesta sempre maggiore di energia e di produzione agricola innescando processi che, se gestiti in modo scorretto, accelerano il degrado del nostro pianeta. Tali processi comportano, inoltre, un aumento delle emissioni dei gas serra e della deforestazione che vanno di pari passo al riscaldamento globale generando, così, effetti devastanti sul clima, sugli ecosistemi e sulle comunità.
È giunto il momento, quindi, di operare un cambio di rotta per la salvaguardia del nostro pianeta e delle nostre stesse vite. L’Organizzazione mondiale delle Nazioni Unite (ONU) ha, in tal senso, stilato con l’Agenda 2030, un programma d’azione che, attraverso la realizzazione dei suoi 17 obiettivi, consenta il raggiungimento di uno Sviluppo Sostenibile per il pianeta. Anche la Commissione Europea ha fatto la sua parte promuovendo l’obiettivo di un’Europa a impatto climatico zero entro il 2050; per questo investe in soluzioni tecnologiche che coinvolgano i cittadini in un processo di transizione dei settori fondamentali quali la produzione industriale e agricola, la finanza e la ricerca. Il Ministero della transizione ecologica in Italia promuove tutte le politiche e gli interventi volti al raggiungimento della sostenibilità ambientale così come definita dall’ONU: agire in modo da garantire che le generazioni future abbiano le risorse naturali disponibili per vivere uno stile di vita uguale, se non migliore, alle generazioni attuali.
Il progetto proposto si pone l’obiettivo di realizzare un sistema di misurazione della qualità dell’aria negli istituti scolastici e nelle aree urbane maggiormente frequentate; le misurazioni effettuate saranno liberamente consultabili attraverso un sito web. In questo modo ciascuno potrà, in tempo reale, conoscere la qualità dell’aria che respira e sarà possibile creare la consapevolezza dell’importanza di tutelare l’ambiente in cui si vive con comportamenti volti a garantire la salute di tutti.
Il sistema che si intende realizzare è offerto a titolo gratuito ed è fruibile da chiunque lo desideri consultando una dashboard per ciascun sensore installato che riepiloghi i parametri rilevati in tempo reale. I tecnici progettisti che lavorano alla realizzazione del sistema non sono retribuiti poiché l’attività è svolta a fini umanitari.
Il progetto è finanziato dai club Rotary Valle Telesina e Sant’Agata dei Goti con la sponsorizzazione dell’Associazione Forza e Coraggio ed il supporto della Fondazione Rotary International. Sono stati, inoltre, stipulati accordi con i Comuni interessati e le istituzioni scolastiche per le autorizzazioni all’installazione dei gateway e dei sensori di misura.

Realizzazione della rete di trasmissione

È necessario installare un’infrastruttura di rete allo scopo di veicolare le misurazioni effettuate dai sensori a un centro di elaborazione dei dati. La rete che si intende sviluppare è basata sul protocollo LoRaWAN con frequenza 868MHz, ampiamente utilizzato per applicazioni del medesimo tipo (smart metering, smart building, smart ligthing, etc.).

  • La rete LoRaWAN è costituita da gateway che ricevono i segnali trasmessi dai sensori di misura della qualità dell’aria; la posizione dei gateway è stata pianificata in modo da poter coprire la maggior parte del territorio dei comuni interessati nei luoghi in cui sono posizionati i sensori. I dati ricevuti dai gateway sono trasmessi attraverso un backhaul di tipo ethernet al server del centro di elaborazione dati dove sono installati il Network Server, l’Application Server e la piattaforma di IOT per la memorizzazione e visualizzazione dei parametri misurati. Le caratteristiche della rete sono tali da considerarla a pieno titolo ecosostenibile:
    Bassissima Potenza: i sensori di misura sono ottimizzati per funzionare in modalità a bassa potenza e possono operare fino a 10 anni con una singola batteria a bottone.
  • Copertura radio: i gateway e la tipologia di modulazione del segnale radio garantiscono un’elevata copertura indoor anche in edifici a più piani.
  • Elevata capacità: un unico server di rete gestisce messaggi da numerosi gateway e sensori.
  • Sicurezza end-to-end: la comunicazione tra i sensori e il server di gestione dei dati è cifrata grazie all’uso della crittografia AES-128 quindi, anche se il dato fosse intercettato da gateway di reti differenti, non sarebbe utilizzabile in alcun modo.
  • Aggiornamento remoto del firmware: è previsto un sistema di aggiornamento del firmware dei dispositivi in modalità a distanza senza, quindi, la necessità che un operatore intervenga di persona.
  • Basso costo: infrastruttura minima, nodi finali a basso costo e software open source.
  • Ecosistema: ecosistema molto ampio di produttori di sensori/attuatori, produttori di gateway, produttori di antenne, fornitori di servizi di rete e sviluppatori di applicazioni.
  • Basso impatto ambientale: l’installazione dei gateway è a basso impatto poiché necessita soltanto di un collegamento alla rete elettrica e alla rete Internet ma, soprattutto, ne servono pochi per coprire un’area geografica.

 

Realizzazione del centro di elaborazione dei dati

La parte più importante del centro di elaborazione dei dati è costituita da un server collegato alla rete Internet e posizionato in un locale adeguato allo scopo. Rappresenta il punto del sistema in cui sono convogliate tutte le misurazioni effettuate dai sensori sul campo ed è il punto in cui è concentrata l’intelligenza del sistema.
Nel centro di elaborazione dati, le misure sono archiviate in un database per successiva estrazione attraverso l’uso di report; tali dati sono, inoltre, elaborati in tempo reale dai software applicativi opportunamente configurati e personalizzati allo scopo di elaborare le informazioni utili a stabilire la qualità dell’aria misurata. Una serie di dashboard create sul sistema consente la visualizzazione da web dei parametri misurati e dell’indice complessivo di qualità dell’aria. Tali dashboard sono di libero accesso in sola consultazione da parte dei cittadini e degli organismi di controllo i quali ricevono anche opportuni allarmi in tempo reale qualora i parametri dovessero evidenziare condizioni di pericolosità per l’aria.
Sono necessari un locale climatizzato, una sorgente di alimentazione elettrica che disponga di un sistema UPS (sarebbe opportuno anche un generatore di emergenza), un sistema di backup dei dati e un firewall di protezione. Gli apparati informatici (server, firewall e switch) devono essere posizionati all’interno di un rack chiuso a chiave come protezione fisica dell’accesso.

 

Installazione dei sensori

I sensori LoRaWAN necessari per effettuare le misurazioni della qualità dell’aria sono di due tipologie: uso esterno e uso interno. Ciascun sensore è equipaggiato di base con dispositivi in grado di misurare:

  • Temperatura;
  • Umidità;
  • VOC (Composti Organici Volatili);
  • Pressione;
  • Indice di Qualità dell’Aria EPA AQI basato sulla concentrazione di NO2 (Biossido di azoto), O3 (Ozono) e di particolato PM1, PM2.5, PM4, PM10.

I dispositivi di misura (sia per interno sia per esterno) possono analizzare la concentrazione di ulteriori inquinanti con l’aggiunta di specifici sensori: CO2 (Anidride Carbonica), CO (Monossido di Carbonio), NO2 (Biossido di azoto), SO2 (Biossido di zolfo), CH2O (Formaldeide), H2S (Idrogeno Solforato).
L’installazione di questi sensori avviene in modo molto semplice poiché non necessitano di collegamento elettrico (funzionando a batteria) e di collegamento Internet (inviano i dati ai gateway attraverso la rete LoRaWAN). Basta posizionarli nel punto in cui devono effettuare le misurazioni e attivarli dopo averli opportunamente configurati.

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