Centraline Ambientali

Centraline Ambientali

Centraline ambientali per la gestione e il monitoraggio della qualità dell’aria in ambito urbano a sostegno degli interventi per favorire la mobilità sostenibile

Sistema di monitoraggio della qualità dell’aria

Sul territorio comunale è stata realizzata una rete di monitoraggio costituita da sensori,     collegati in tecnologia “LoRa” (Long Range), una tecnologia wireless sviluppata per creare la rete a bassa potenza e ampio raggio molto innovativa, per l’acquisizione dei parametri di qualità dell’aria della Città di Foggia.

Sono state installate 10 centraline di monitoraggio lungo il percorso individuato in funzione delle criticità rilevate e della riqualificazione delle periferie, in linea con i riferimenti progettuali di cui al D.P.C.M. 25/05/2016.

Le centraline, installate su pali esistenti, presentano un sistema di alimentazione elettrica autonomo costituito da un gruppo batterie ricaricabili mediante pannello solare. Le batterie sono dimensionate in modo tale da garantire continuità di servizio in assenza di illuminazione sufficiente fino ad una settimana.

 

I dati raccolti da ciascun sistema vengono immagazzinati in un modulo di memoria locale per poi essere trasmessi tramite segnali wireless presso un centro di monitoraggio dove è possibile storicizzare le misure, effettuare analisi statistiche e gestire eventuali segnalazioni attivabili al superamento di preimpostate soglie d’attenzione.

I dati raccolti da ciascun sistema vengono immagazzinati in un modulo di memoria locale per poi essere trasmessi tramite segnali wireless presso un centro di monitoraggio dove è possibile storicizzare le misure, effettuare analisi statistiche e gestire eventuali segnalazioni attivabili al superamento di preimpostate soglie d’attenzione.

TRASMISSIONE ALLA PIATTAFORMA QCUMBER

I dati rilevati dai sensori meteo-climatici e inquinanti saranno salvati su appositi sistemi e trasmessi con cadenza oraria del valore medio orario della grandezza rilevata.

I valori rilevati da tutti i sensori inclusi in una centralina saranno strutturati e scissi secondo le tipologie cui appartengono e trasmessi alla piattaforma centrale attraverso sincronizzazione oraria FTP.

QCUMBER

Nell'ambito del Piano Azione e Coesione, Programma Operativo di Convergenza, Asse I, della Regione Puglia è prevista la Linea di intervento 1.5 "interventi per lo sviluppo dei servizi pubblici digitali", che intende promuovere l'offerta di servizi digitali innovativi da parte della pubblica amministrazione nei confronti dei cittadini, delle imprese e della stessa P.A.;

più in particolare, l'Azione 1.5.2 "Sviluppo dei Servizi di e-government nella Pubblica Amministrazione Locale e patti per le Città" si pone quale obbiettivo la costituzione di una rete regionale di servizi finalizzata allo sviluppo del sistema di e-governement e della Società dell'informazione nelle Amministrazioni locali e di diffondere contenuti, applicazioni e servizi digitali avanzati attraverso la sperimentazione della smart community.

È stata pertanto realizzata piattaforma di programmazione, controllo e gestione del territorio operante secondo l'algoritmica DCGIS (Dynamic Computational GIS - Monitoring Based Corrective Actions) denominata Qcumber, strumento collettivo gratuito in cui chiunque può contribuire alla costruzione della sostenibilità ambientale e sociale, condividendo le proprie esperienze, segnalando criticità e potenzialità che entreranno a far parte del patrimonio di conoscenze ed esperienze collettive su cui progettare il futuro, la cui mission è la promozione della Sostenibilità attraverso la conoscenza, la condivisione e la collaborazione.

Le informazioni rivenienti dai sensori delle centraline ambientali vengono trasferite (FTP)   dinamicamente, con cadenza oraria,  su Qcumber per essere contestualmente decodificate, rese pubbliche e leggibili.

La tecnologia trasmissiva scelta, vista la tipologia di applicazione, è quella relativa alle reti Long Range Low Power basate su protocollo LoRaWan poiché presenta i seguenti vantaggi rispetto ad altre soluzioni equivalenti:

-     Comunicazione bidirezionale con controllo;

-     Costi di investimenti iniziale notevolmente minori rispetto a tecnologie diverse (es Sigfox)

-     Dimensione dei messaggi definita dall’utente;

-     Maggiore sicurezza offerta grazie alla crittografia effettuata dalla LoRaWan sulla comunicazione con gli end-point (nodo finale);

Rappresentazione dei possibili componenti appartenenti ai livelli della struttura LoRa

 

End-devices

Gli end-device, in questo caso, sono le centraline di monitoraggio ambientale equipaggiate con i sensori scelti in funzione dei parametri da monitorare, in grado di memorizzare le misure e trasmetterle sotto forma di frame LoRa.

Ciascuna centralina è costituita da un robusto involucro impermeabile con specifiche prese esterne per il collegamento del pannello solare, dell'antenna e del cavo USB per riprogrammare localmente il nodo incluso uno slot per l’alloggiamento di una SD card per memorizzare in locale le informazioni rilevate.

Ciascun end device ha la possibilità di connettere fino ad un massimo di 6 sonde equipaggiate con la sensoristica ambientale richiesta.

Tutte le capacità di rilevamento di una centralina sono fornite dalle sonde del sensore. Ogni sonda sensore contiene un sensore, alcune protezioni necessarie contro le condizioni ambientali esterne e un connettore impermeabile, in modo da garantire versatilità e intercambiabilità dei sensori.

I sensori installati su ogni centralina sono i seguenti:

Sensore

Q.tà

Monossido di carbonio (CO) per basse concentrazioni10
Metano (CH4)10
Ossido nitrico (NO) per basse concentrazioni10
 Biossido nitrico ad alta precisione (NO2)10
Particelle (PM1 / PM2.5 / PM10)10
Diossido di Carbonio (CO2)10

 

 

ARCHITETTURA LoRa

I nodi comunicano con il gateway tramite protocollo LoRaWan utilizzando frequenze radio centrate su 868 MHz, il gateway invece è collegato alla rete Internet tramite LAN (Local Area Network) – direttamente tramite cavo, fibra o scheda sim LTE/GSM/GPRS, in funzione della disponibilità - e trasmette i messaggi al Network Server utilizzando il protocollo TCP-IP.

Ogni gateway ha un raggio di copertura di circa 13 km per cui, vista l’estensione dell’area di interesse, sono stati installati due dispositivi – posizionati sulle sedi comunali di Corso Garibaldi e via Gramsci, centralmente rispetto l’intera estensione dell’area da monitorare – per raccogliere i dati di tutti gli end devices in campo.

L’architettura di rete è comunque scalabile per cui, in futuro a fronte di un incremento di esigenze, come ad es. un’estensione dell’area di interesse, sarà sempre possibile integrare gateway aggiuntivi configurati in modo da realizzare una rete mesh in grado di coprire un’area più vasta.

 

 

Riepilogo dei Dispositivi

Le componenti installate per il monitoraggio dei parametri della qualità dell’aria, sono le seguenti:

ProdottoDescrizioneQ.tà
Centralina LoRaWAN EUCentralina per il monitoraggio dei parametri ambientali alimentabile sia direttamente da rete fissa che dal kit pannello solare/batteria (opzionale) in scatola stagna IP65. Dotazione per il collegamento di n. 6 sonde dotate di sensori per la misura dei parametri ambientali. Modulo Radio  LoRaWAN.10
LoRaWAN Base Station, 4G, AEP, EU version (embedded Network Server)Concentratore LoraWan stazione base IP67

Adatto per resistere negli ambienti più difficili (umidità, polvere, vento, pioggia, neve, temperature estreme). Pronto per installazione immediata.

Gateway con caratteristiche funzionali quali la modularità (3G, 4G-LTE, Ethernet) e la flessibilità grazie alla possibilità di aggiungere ulteriori schede d’espansione che vi consentiranno di aumentare la connettività del prodotto (LoRa, GPIO, porta seriale).

Compatibile LoRaWAN

Rete pubblica o privata

Supporta le bande di frequenza 868MHz e 915MHz

Parafulmine e protezione con “messa a terra”

PoE (auto-alimentazione tramite Ethernet) per semplificarne l’installazione

Zona di copertura di rete ulteriormente estesa

Elevato livello di ricezione del segnale con antenna esterna ad alto guadagno

 

1
External solar panel 7V - 500mA Kit modulo solare con batteria per garantire il funzionamento del sistema anche in assenza di luminosità sufficiente fino ad una settimana10
SensoriTemperature, Humidity, Pressure, ecc…………..10
Modulo batterieBatterie  esterne alimentazione alternativa10
GatewayServer instradamento dati1
Server FTPServer trasferimento dati1
RadioPonti radio per trasmissione dati della rete20
Network serverWeb-Server rete1
Application serverServer costituente la gestione delle applicazioni in uso1

 

A queste sono state aggiunte le sonde con a bordo i sensori per il monitoraggio dei parametri ambientali per ogni centralina.