Hệ thống thông tin tích hợp quan trắc từ xa, tự động các yếu tố khí tượng thủy văn và môi trường gồm các nốt mạng cảm biến không dây dựa trên công nghệ Zigbee đã hoàn thành nghiên cứu và[r]
(1)Thiết kế hệ thống quản lý môi trường Việt Nam dựa trên WSN IoTs
Ngày việc giám sát tham số môi trường trở nên thuận tiện phát triển mạnh mẽ mạng cảm biến không dây (WSN) Internet vạn vật kết nối (IoTs) Một hệ thống quan trắc tự động tham số khí tượng thủy văn môi trường theo thời gian thực mang tới hội tốt để tối ưu nguồn lực tăng hiệu công tác quản lý tổng hợp tài nguyên môi trường bối cảnh biến đổi khí hậu gia tăng tượng cực đoan thời tiết Bài viết giới thiệu kết việc nghiên cứu, lắp đặt, thử nghiệm hệ thống IoTs dựa mạng cảm biến khơng dây Zigbee từ mạng quan trắc khí tượng thủy văn
Mạng cảm biến không dây hạ tầng IoTs
Trong bối cảnh môi trường tự nhiên bị tác động biến đổi khí hậu hoạt động người gây tượng tai biến thiên nhiên cố môi trường Do việc theo dõi, giám sát thơng số khí tượng, thủy văn môi trường trở nên quan trọng yêu cầu tăng cường giám sát quản lý tổng hợp tài nguyên môi trường
Hiện việc ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến vào lĩnh vực bảo vệ tài nguyên môi trường trọng phát triển Trong đặc biệt hệ thống giám sát, điều khiển từ xa Do việc nghiên cứu thiết kế kiến trúc tổng thể tích hợp hệ thống quan trắc khí tượng thủy văn môi trường dựa mạng cảm biến không dây Internet vạn vật (IoTs) xu hướng tất yếu cần thiết
Trong bối cảnh nay, mạng cảm biến không dây trở thành tảng công nghệ quan trọng việc thu nhận, thao tác xử lý thông tin Đây xem giải pháp có chi phí hợp lý để tiến hành giám sát tượng bề mặt trái đất để thu thập nhiều liệu cho lĩnh vực khác nông nghiệp, môi trường, y học, giao thông vận tải
Mạng cảm biến khơng dây đóng vai trị quan trọng hệ thống IoTs Thông thường kiến trúc hệ thống IoTs bao gồm bốn tầng, tầng ứng dụng, tầng dịch vụ, tầng mạng, tầng thiết bị Tầng ứng dụng tầng bao gồm hệ thống thực tế, tầng dịch vụ định nghĩa điện toán đám mây Tầng mạng bao gồm hệ thống có dây khơng dây, kết nối tất với thiết bị Internet với tầng thiết bị tầng sở hệ thống IoTs
(2)Cấu hình mạng cảm biến khơng dây
Ứng dụng thử nghiệm hiệu
Nhóm nghiên cứu thiết kế nút mạng thu thập số thông số mực nước, độ mặt, nhiệt độ độ ẩm khơng khí, cảm biến đo thơng số khí tượng thủy văn gồm: cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến mực nước, nguồn cấp gồm Pin lưu trữ Pin lượng mặt trời
(3)Kiến trúc hệ thống IoTs.
(4)Sau hoàn thiện việc nghiên cứu tiến hành lắp đặt thử nghiệm Trạm Khí tượng Mơi trường vùng Cúc Phương, Trạm Thủy văn Như Tân thuộc tỉnh Ninh Bình
Hệ thống IoTs dựa mạng cảm biến không dây Zigbee thiết kế thành công theo kiến trúc đề xuất Các nút cảm biến đo mực nước, nhiệt độ độ ẩm tiến hành kiểm định khách quan Trung tâm Quan trắc khí tượng thủy văn đánh giá đạt theo tiêu chuẩn quy định chuyên ngành khí tượng thủy văn kỹ thuật đo lường Việt Nam ĐLVN 87:2005
Qua trình thử nghiệm Trạm khí tượng Mơi trường vùng Cúc Phương, Trạm Thủy văn Như Tân thuộc tỉnh Ninh Bình, hiệu ứng dụng đánh giá tốt Nốt gateway sau nhận liệu từ nốt cảm biến đóng gói gửi lên sở liệu trực tuyến, kết hợp phương thức truyền thông qua GSM/GPRS Phương thức giúp tiết kiệm lượng nên kéo dài thời gian hoạt động thiết bị điều kiện sử dụng lượng trữ Dữ liệu đóng gói theo cấu trúc "Tên nốt: loại liệu: giá trị liệu" Dữ liệu nốt gateway thu thập từ nốt cảm biến gửi lên sở liệu trực tuyến với chu kỳ giây Sau liệu thu thập lưu trữ sở liệu trực tuyến, máy chủ kết nối đến sở liệu giao thức HTTP HTTPS sử dụng PDO Drive cài đặt hệ thống máy chủ PDO Drive cho phép kết nối với 12 hệ quản trị CSDL khác cách dễ dàng Bên cạnh đó, sở liệu cần nâng cấp hay chuyển đổi sang dạng sở liệu khác PDO Drive khơng u cầu phải thay đổi cấu trúc lệnh truy vấn liệu chế truy cập sở liệu khác mà cần thay đổi thơng tin kết nối Ngồi ra, PDO Drive cịn sử dụng thơng qua Yii Framework – PHP Framework mã nguồn mở có hiệu cao, khả mở rộng lớn giúp phát triển tốt ứng dụng Web 2.0
(5)hai trạm Khí tượng Mơi trường vùng Cúc Phương trạm Thủy văn Như Tân nói riêng trạm khí tượng thủy văn chưa có hệ thống quan trắc tự động nói chung, hệ thống quan trọng thiết kế dựa công nghệ tiên tiến với xu hướng đại hóa ngành khí tượng thủy văn
Từ kết quan quản lý nhà nước khí tượng thủy văn mơi trường có thêm cơng cụ thực tế nhằm thực cải tiến kỹ thuật, ứng dụng khoa học công nghệ công tác dự báo, cảnh báo quan trắc, thông tin liệu khí tượng thủy văn phục vụ việc giám sát quản lý tổng hợp tài nguyên môi trường
Để tiện cho bạn đọc theo dõi thông tin, xin đăng tải viết ngôn ngữ tiếng Anh như đây:
Design of a real-time monitoring environment system for Vietnam based on wireless sensor networks and Internet of things
Realtime monitoring of environmental parameters has become very convenient under the applications of wireless sensor networks (WSN) and the Internet of Things (IoTs) A system for realtime and automatic monitoring of hydro-meteorological and environmental parameters will provide a good opportunity to optimize resources and increase efficiency in management This paper will present the architecture of such an IoTs system based on the Zigbee wireless sensor network
Configure the wireless sensor network
In the context of the natural environment affected by climate change and human activities has caused natural disasters and environmental incidents Therefore, the monitoring and monitoring of meteorological, hydrological and environmental parameters becomes very important Currently this application of advanced science and technology in the field of protection of natural resources and the environment is being emphasized and mutual development In which, especially remote monitoring and control systems Therefore, the study of designing an integrated architecture that integrates hydro-meteorological and environmental monitoring systems based on wireless sensor networks and Internet of Things (IoTs) is an inevitable and necessary trend
In the current context, the wireless sensor networks have become one of the important technology platforms for acquisition, manipulation and information processing This is considered as a cost-effective solution to monitor phenomena on the earth's surface to collect a variety of data for different fields such as agriculture, environment, medicine, and transportation
(6)systems, connecting all of the Internet devices with the equipment layer which is the base layer of the IoT system
Zigbee IEEE 802.15.4 wireless sensor network (2.4GHz frequency, 256kbps data rate) provides the long distance point-to-point wireless transmission up to 1km Besides, the Zigbee network layer natively supports both star and tree networks, and generic mesh networking Each network must have a coordinate device In star networks, the coordinator node must be the central node Both the tree network and the mesh network allow the use of a Zigbee router to extend communication at the network level Another defining feature of Zigbee is the means to securely communicate, protecting the setup and transport encryption keys, encryption frames, and control devices
Structure of a wireless sensor network
Efficient test application
(7)(8)The architecture of an IoTs system
(9)After completing the study, a trial installation was conducted at the Station of Meteorology and Background Environment in Cuc Phuong, and Nhu Tan Hydrological Station in Ninh Binh province
IoTs systems based on Zigbee wireless sensor networks have been successfully designed according to the proposed architecture Sensor buttons for measuring water level, temperature and humidity are subjected to an objective inspection at the Center for Hydrometeorological Observation and evaluated to meet the prescribed standards of the hydrometeorology and measuring techniques measure Vietnam DLVN 87: 2005
The completed system will be installed and tested at the Cuc Phuong Base Environmental and Meteorological Station, and at Nhu Tan Hydrological Station in Ninh Binh province The gateway node after receiving the data from the sensor nodes will be packed and sent to an online database The communication method used is GSM/GPRS This method saves energy, so it will extend the device's operating time in terms of using stored energy Data are packed under the structure: "Node name: data type: data value" Data will be node gateway collected from sensor node and sent to the online database with second cycle
After data is collected and stored on an online database, the server will connect to the database using HTTP and HTTPS protocols using PDO Drive installed on the server system PDO Drive allows connecting to 12 different database management systems easily In addition, when the database needs to be upgraded or converted to another database, PDO Drive does not require to change the data query command structure like other database access mechanisms, but only need to change the connection information In addition, PDO Drive is also used through the Yii Framework – a open-source PHP Framework have a high-performance, large-scalable for the development of Web 2.0 applications
(10)