Nyt miljøsensor- og overvågningssystem testet og evalueret

På kanten af ​​Virginia Techs campus, på en strækning af landbrugsjord, som få studerende nogensinde besøger, små kasser hvirvler gennem sæsonens skifte til vinter, indsamling og transmission af data, der vil gøre det lettere for forskere at overvåge og indsamle data på tværs af landskaber.

Denne felttest af et miljøsensorsystem er et trin i et projekt mellem College of Natural Resources and Environment; Innovative trådløse teknologier, en førende trådløs mesh-netværksvirksomhed med hovedkontor i Lynchburg, Virginia; og det amerikanske energiministeriums Pacific Northwest National Laboratory. Projektet blev finansieret af et Department of Energy Small Business Innovation Research-bevilling beregnet til at forfine, udvikle, og fremme nye teknologier.

"Opfordringen til dette tilskud var fokuseret på miljøovervågning under jorden og udvikling af nye sensornetværk og kommunikationsplatforme, " forklarede Daniel McLaughlin, assisterende professor i afdelingen for skovressourcer og miljøbevarelse og Virginia Techs ledende efterforsker på projektet. "Det primære mål er at fremme måder, hvorpå vi kan overvåge skæbnen og transporten af ​​visse miljøbestanddele og forurenende stoffer."

Det integrerede miljøkvalitetssensorsystem, kaldet Envōk, er et brugerudrullet netværk, der er sammensat af trådløse mikrobehandlingsknuder, der er i stand til at oprette forbindelse til en lang række miljøsensorer. Et gitter af disse noder kommunikerer gennem en trådløs gateway til en server, der giver operatørerne mulighed for at fjernstyre sensorerne.

Testen af ​​dette system deltager langs Stroubles Creek på land dedikeret til Department of Biological Systems Engineering's STREAM Lab. Ud over McLaughlin, Lektor Kevin McGuire og lektor Brian Strahm, både fra Department of Forest Resources and Environmental Conservation, og adjunkt Ryan Stewart fra College of Agriculture and Life Sciences' School of Plant and Environmental Sciences deltager i projektet.

Matthew Fisher, hovedforsker for innovative trådløse teknologier, beskrev stedet som et ideelt sted at teste systemets kapaciteter. "Vi har en første version af vores færdige produkt, og vi ønskede at evaluere dette produkt i en feltsimulering, " sagde han. "Virginia Tech leverer den evaluering. De tager systemet og med støtte fra os, de vil evaluere det og se, om det opfylder de kriterier, vi har sat for projektet."

For Virginia Tech-forskere, afprøvningen og evalueringen af ​​Envōk-systemet har kørt spektret fra små softwarepræferencer til brede overvejelser om sansekapacitet og overvågningsstrukturer.

"Vi vurderer og skræddersyer systemet til at imødekomme brugernes behov, lige fra softwaredesign og installationsmuligheder til hvilke output og sensorer, der er mest nyttige i feltapplikationer, " sagde McLaughlin. "Vi har undersøgt, hvilken slags triggere og kommunikationsevner der skulle eksistere, og hvilken slags hukommelse og batterikonfiguration systemet skulle have."

En afgørende komponent i systemet, ud over nem installation og nøjagtigheden og pålideligheden af ​​dataovervågning, giver brugerne mulighed for at inkorporere en bred vifte af sensorer i ét system. "Der er mange sensorer tilgængelige nu, og det, der halter bagefter, er et let deployerbart sensornetværk, der ville give et team mulighed for at bruge sensorer fra enhver leverandør og til en lang række parametre, " forklarede McLaughlin.

Et yderligere mål med projektet er at designe et system, der giver brugerne mulighed for at "tale" til overvågningsnetværket ved hjælp af mobile enheder eller personlige computere og ændre de data, der indsamles af sensorer, efterhånden som forholdene varierer.

"Vi fokuserer på bruger-til-netværk kommunikation, men også kommunikation mellem noder, hvor målinger på én nodeplacering kan udløse specificerede måleprotokoller ved fjerne noder, " sagde McLaughlin. "Lad os sige, at et målested er i en vandløb, og en foruddefineret tilstand som en stigende vandstand udløses. Vi vil gerne have, at noden har kapacitet til at fortælle noder længere fremme i netværket til, for eksempel, begynde at optage data hurtigere. "

På Strubles Creek-stedet, sensorer vil måle vandstanden, jordens dynamik, kulstofstrømme, og vandløbsforhold over de næste tre måneder. Virginia Tech-forskere vil teste systemets hardware og holdbarhed, kommunikationsmulighederne mellem noder og til serveren, og realtidsjusteringer af sensormålinger, der muliggør adaptiv modellering og dataanalyse.

Næste fase af projektet, skal lanceres i foråret 2019, vil være en større felttest langs Columbia River i staten Washington, hvor Pacific Northwest National Laboratory vil tage føringen med at verificere Envōk -produktet, når det bevæger sig mod kommercialisering.

"Vi vil implementere et fuldt fungerende system på Hanford Site, et tidligere atomproduktionsanlæg langs floden, med fem gange antallet af noder og yderligere sensorteknologier, " sagde Fisher. "Det vil være produktionsevalueringsperioden, den sidste test af systemet, før vi begynder produktionen."

Projektet har potentiale til at gøre indsamling og behandling af feltdata mere dynamisk og lettere for forskere.

"Dette projekt handler ikke kun om, hvad vi kan måle, men snarere om at udvikle nye måder at foretage og kommunikere disse målinger på, "McLaughlin sagde." Vores mål er et let implementerbart sensornetværk, der er fleksibelt og med kommunikationskapacitet til realtidsmålinger på tværs af parametre og over store undersøgelsesområder. "