Osnutek:Senzorji in merilniki
Senzorji in merilniki (IoT) v pametnih mestih
[uredi | uredi kodo]Senzorji in merilniki predstavljajo osrednji element Internet stvari (IoT) v urbanih okoljih, saj omogočajo zbiranje, obdelavo in prenos podatkov v realnem času. Z njihovo pomočjo lahko pridobivamo natančne informacije o ključnih parametrih, kot so kakovost zraka, vremenski pogoji, promet, onesnaženje, poraba energije in stanje infrastrukture. Ti podatki služijo kot osnova za analize, meritve in izboljšave, ki prispevajo k učinkovitemu načrtovanju, upravljanju virov in hitremu odzivanju na spremembe v mestnem okolju. Senzorji in merilniki tako igrajo ključno vlogo pri podpori odločanju in optimizaciji delovanja mestnih sistemov [1][2].
Vrsta senzorjev glede na zaznavane količine (vhod) [16]
[uredi | uredi kodo]Razvrstitev temelji na fizičnih, kemijskih, električnih ali bioloških lastnostih, ki jih senzorji zaznavajo. Gre torej za klasifikacijo senzorjev glede na naravo vhodne količine, ki jo zaznavajo.
- Mehanski: Senzorji za zaznavanje mehanskih količin
Primeri vhodov: sila, tlak, pospešek, premik.
- Temperaturni: Senzorji za zaznavanje temperaturnih količin
Primeri vhodov: toplota, temperatura.
- Optični: Senzorji za zaznavanje svetlobnih količin
Primeri vhodov: svetloba, sevanje (UV, IR).
- Kemijski: Senzorji za zaznavanje kemičnih količin
Primeri vhodov: plini, pH, kemijska sestava.
- Magnetni: Senzorji za zaznavanje magnetnih količin
Primeri vhodov: magnetno polje.
- Električni: Senzorji za zaznavanje električnih količin
Primeri vhodov: napetost, tok.
- Mehanski: Senzorji za zaznavanje akustičnih količin
Primeri vhodov: zvok, ultrazvok.
- Biološki: Biološki senzorji
Primeri vhodov: biološke molekule, encimi, DNA.
Delovanje senzorjev in merilnikov
[uredi | uredi kodo]Senzorji in merilniki v pametnih mestih delujejo na principu zbiranja, obdelave in prenosa podatkov. Njihovo delovanje vključuje več ključnih korakov:
- Zaznavanje:
Senzorji zaznavajo fizikalne, kemijske ali biološke spremembe v okolju (npr. temperatura, onesnaževala, svetloba, zvok, premiki).
Merilniki pretvorijo te spremembe v kvantitativne vrednosti (npr. koncentracijo plinov v ppm, stopnje decibelov ali število vozil na cesti).
- Obdelava podatkov:
Podatki se predhodno obdelajo na napravi (npr. filtriranje ali agregacija).
Pametni algoritmi lahko že na napravi zaznajo trende ali sprožijo opozorila.
- Prenos podatkov:
IoT senzorji uporabljajo brezžične komunikacijske protokole (Wi-Fi, LoRa, ZigBee, 5G) za prenos podatkov na oblak ali centralne sisteme.
Podatki so dostopni v realnem času za analizo in odločanje.
- Integracija in analiza:
Zbrani podatki se integrirajo v platforme pametnega mesta, kjer se analizirajo s pomočjo umetne inteligence (AI) ali drugih orodij za upravljanje virov in procesov.
V pametnih mestih se uporablja širok spekter senzorjev in merilnikov
[uredi | uredi kodo]| Senzorji za:/ Merijo: | Vrste senzorja/merilnika: | Vloga IoT | |
|---|---|---|---|
| Okoljski senzorji | Kakovost zraka
koncentracije onesnaževal, kot so CO₂, NO₂, SO₂, PM2.5 in PM10 [2] |
Električni: Elektrokemični senzorji
Biološki in Kemijski: Biomimetični senzorji Optični: Laserski delci (optični merilniki), Infrardeči senzorji (IR), Ultravijolični senzorji (UV), Fotometrični senzorji Optični in kemijski: Raman spektroskopija Optični in temperaturni: Termo-optični analizatorji Kemijski: Pasivni vzorčevalniki Mehanski: Gravimetrični merilniki |
- Zbiranje podatkov o onesnaževalcih v realnem času
- Prenos podatkov na oblačne platforme za analizo - Obveščanje prebivalcev o kakovosti zraka prek aplikacij - Podpora trajnostnim odločitvam za zmanjšanje emisij |
| Spremljanje vremena
temperaturo, vlažnost, tlak, hitrost vetra in padavine [1] |
Kemijski in optični: Optični kemijski
Električni: Elektrokemični, Polprevodniški Temperaturni: Termometri Temperaturni in Optični: Infrardeči termometri Kemijski: Higrometri, Dew point senzorji Mehanski: Barometri, Anemometri, Pluviometri Optični: Optični senzorji padavin |
- Zbiranje vremenskih podatkov v realnem času
- Prenos podatkov na IoT platforme za analizo vremenskih vzorcev - Napovedovanje vremena z uporabo umetne inteligence - Povezava z aplikacijami za obveščanje o vremenskih razmerah in tveganjih (npr. nevihte, poplave) | |
| Raven hrupa
merijo raven zvoka v decibelih (dB) [6] |
Električni: Polprevodniški mikrofoni, Elektretni mikrofoni, Senzorji s filtriranjem frekvenc
Mehanski in Električni: Piezoelektrični senzorji |
- Zbiranje podatkov o hrupu v realnem času
- Prenos podatkov na IoT platforme za analizo zvočnega onesnaženja - Podpora mestnim oblastem pri zmanjševanju hrupa in načrtovanju bolj tihih območij - Povezava z aplikacijami za obveščanje prebivalcev o hrupnih območjih | |
| Senzorji za mobilnost | Detekcijo vozil
gostoto in hitrost prometa |
Mehanski in Električni: Indukcijske zanke
Električni in Radarski: Radarji Mehanski in Optični: Ultrazvočni in infrardeči senzorji Optični: Lidar (Light Detection and Ranging), Kamera sistemi |
- Spremljanje prometa v realnem času
- Pametno upravljanje semaforjev - Izboljšanje prometnih tokov prek analize podatkov - Podpora aplikacijam za javni prevoz (sledenje vozilom, obveščanje o zamudah) |
| Semaforje
analizo podatkov o prometu [4] | |||
| Parkirišča
zasedenost parkirnih mest [2] | |||
| GPS senzorji
Sledijo lokaciji avtobusov, vlakov in drugih vozil [2] | |||
| Število potnikov
število vstopov in izstopov potnikov | |||
| Senzorji za infrastrukturo | Monitoring mostov in stavb
Zaznavajo vibracije, napetosti in poškodbe konstrukcij [3][10] |
Mehanski: Akcelerometri, Geofonski senzorji
Optični: Fibre-optic senzorji (vlaknovni optični senzorji) Mehanski in Električni: Piezoelektrični senzorji, Strain gauge senzorji (napetostni merilniki) |
- Spremljanje varnosti mostov in stavb
- Pravočasno zaznavanje poškodb konstrukcij - Prenos podatkov o kritičnih območjih na IoT platforme za hitro ukrepanje - Povezava s sistemi za vzdrževanje infrastrukture |
| Senzorji za upravljanje | Polnjenje smetnjakov
Spremljajo napolnjenost zabojnikov [2] |
Mehanski: Ultrazvočni senzor, Pnevmatski senzorji
Mehanski in Električni: Senzor za zaznavanje mase Optični: Optični senzorji Optični in Digitalni: Kamera in računalniški vid |
- Dinamično načrtovanje zbiranja odpadkov na podlagi napolnjenosti zabojnikov
- Zmanjšanje stroškov zbiranja z optimizacijo poti - Podpora pametnim aplikacijam za upravljanje odpadkov |
| Merjenje osvetljenosti
Osvetljenost [7] |
Električni: Polprevodniški
Optični: Fotometrični senzorji, Luminančni senzor |
- Samodejno prilagajanje svetlosti glede na zunanje pogoje
- Zmanjšanje porabe energije z uporabo IoT platform za spremljanje osvetlitve - Povezava z aplikacijami za pametno razsvetljavo | |
| Merjenje pretoka vode
vodni tlak in hitrost pretoka v vodovodnih sistemih [7] |
Mehanski in Električni: Tlačni senzor, Piezoelektrični pretvorniki (električni), Ultrazvočni senzor za pretok vode | - Zbiranje podatkov o pretoku vode in tlaku v realnem času
- Prenos podatkov na IoT platforme za analizo porabe in zaznavanje puščanj - Optimizacija vodovodnih sistemov za zmanjšanje izgube vode - Povezava z aplikacijami za spremljanje in upravljanje porabe vode | |
| Pametni števci
porabo elektrike, plina in vode [1] |
Električni: Indukcijski merilniki, Senzorji za napetost in tok
Mehanski in Električni: Tlačni senzorji, Ultrazvočni merilniki Magnetni in Električni Magnetno-induktivni senzorji Mehanski: Turbinski merilniki |
- Zbiranje podatkov o porabi virov v realnem času
- Prenos podatkov na IoT platforme za analizo in optimizacijo porabe - Podpora uporabnikom z aplikacijami za spremljanje porabe in stroškov - Zaznavanje anomalij ali puščanj za preprečevanje izgub | |
| Senzorji v pametnih omrežjih (Smart Grids)
porabe energije [6] [13] |
Električni: Merilniki električne energije (Smart Meters), Toka in napetostni senzorji, Senzorji za kakovost električne energije
Temperaturni: Temperaturni senzorji |
- Spremljanje porabe energije v realnem času
- Podpora aplikacijam za optimizacijo in zmanjšanje stroškov energije - Usklajevanje z obnovljivimi viri energije za trajnostni razvoj | |
| Senzorji za obnovljive vire energije
napetost, kakovost elektrike [3] | |||
| Senzorji za javno varnost | Senzorji za požare
koncentracijo odpadnih plinov. Spremljajo dim in temperaturne [4] |
Električni: Elektrokemični, Infrardeči točkovni, Infrardeči slikovni, Polprevodniški | - Spremljanje dima in temperature v realnem času
- Hitro zaznavanje požarov z avtomatiziranimi opozorili - Prenos podatkov na IoT sisteme za aktivacijo zaščitnih ukrepov (npr. gasilni sistemi) |
| Senzorji za poplave
nivo rečnih in kanalizacijskih voda [6] [11] [12] |
Mehanski in Električni: Ultrazvočni senzorji, Tlačni senzorji
Mehanski: Plovčni senzorji Optični: Optični senzorji |
- Spremljanje vodostaja in prenosa podatkov na IoT platforme za opozarjanje
- Integracija z aplikacijami za obveščanje prebivalcev o tveganju poplav - Podpora preventivnim ukrepom proti poplavam | |
| Senzorji za zasneženost
višino snega v realnem času [7] |
Ultrazvočni senzorji | - Spremljanje snežnih razmer v realnem času
- Prenos podatkov za analizo tveganja snežnih plazov - Povezava z opozorilnimi sistemi za varnost v gorskih območjih | |
| UV senzorji
intenzivnost UV-sevanja v jedrskih elektrarnah [6] |
Kemijski in Biološki: Ionizacijski
Električni: Polprevodniški |
- Spremljanje UV-sevanja v realnem času
- Prenos podatkov o nevarnih UV ravneh na IoT platforme za obveščanje - Podpora sistemom za zgodnje zaznavanje puščanja v jedrskih elektrarnah |
Zaključek
[uredi | uredi kodo]Če se zgoraj našteti senzorji in merilniki uporabljajo v kombinaciji z IoT tehnologijami, jih lahko označimo kot IoT senzorje in merilnike. Ključna razlika je v povezljivosti, prenosu podatkov in integraciji v IoT ekosistem. Tako se fizične lastnosti senzorjev združijo z digitalnimi zmogljivostmi IoT za ustvarjanje pametnih sistemov. Senzorji in merilniki delujejo kot most med fizičnim in digitalnim svetom. Njihova naloga je zbiranje natančnih podatkov o različnih aspektih mestnega življenja, kar omogoča pametnim mestom, da postanejo bolj prilagodljiva, učinkovita in trajnostna.
Viri
[uredi | uredi kodo]1. Gubbi, J.; Buyya, R.; Marusic, S.; Palaniswami, M. (2013). Internet of Things (IoT): A vision, architectural elements, and future directions. Future Generation Computer Systems, 29(7), 1645–1660. https://doi.org/10.1016/j.future.2013.01.010
2. Zanella, A.; Bui, N.; Castellani, A.; Vangelista, L.; Zorzi, M. (2014). Internet of Things for Smart Cities. IEEE Internet of Things Journal, 1(1), 22–32. https://doi.org/10.1109/JIOT.2014.2306328
3. Yin, J.; Li, Y.; Guo, X. (2017). Smart structural health monitoring for civil engineering structures using IoT technology. Procedia Engineering, 204, 678–684. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.064
4. Wang, K.; Zheng, H.; Gao, X. (2015). Traffic flow prediction model for smart cities based on IoT and deep learning. Sensors, 15(8), 19136–19150. https://doi.org/10.3390/s150819136
5. Sánchez, L.; Muñoz, L.; Galache, J. A. (2011). SmartSantander: IoT experimentation over a smart city testbed. Computer Networks, 61, 217–238. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2011.06.019
6. Guo, B.; Zhang, D.; Wang, Z.; Yu, Z.; Zhou, X. (2018). Opportunistic IoT: Exploring the harmonious interaction between human and the internet of things. Journal of Network and Computer Applications, 36(6), 1531–1539. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2018.07.005
7. Vajs, R. (2016). Senzorji in rešitve za pametna mesta. Diplomsko delo. Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko, Univerza v Mariboru, 14-15. Pridobljeno na: dk.um.si.
8. Rouse, M., & Wigmore, I. (2012). What is - Definicija senzorja. WhatIs.com. Pridobljeno 26. 11. 2024 s: http://whatis.techtarget.com/definition/sensor
9. Wikipedia. (n.d.). Sensor. Wikipedia. Pridobljeno 26. 11. 2024 s: https://en.wikipedia.org/wiki/Sensor
10. CEN (European Committee for Standardization). (n.d.). Smart Monitoring Systems for Infrastructure. Retrieved from https://www.cen.eu
11. NOAA National Weather Service. (n.d.). Flood Warning Systems. Retrieved from https://www.weather.gov
12. European Environment Agency. (2023). Flood Risk Management. Retrieved from https://www.eea.europa.eu
13. International Renewable Energy Agency. (2022). Smart Grids for Renewable Energy. Retrieved from https://www.irena.org
14. http://colos.fri.unilj.si/eri1/INFORMATIKA/RACUNALNISKA_OMREZJA/internetStvari.html
15. International Telecommunication Union. (2015). Smart sustainable cities: An analysis of definitions. Retrieved from https://www.itu.int
16. Wilson, J. S. (2013). Sensor technology handbook. Elsevier. Pridobljeno s https://books.google.si/books?hl=sl&lr=&id=5UE6YCjDG-MC dne 1. december 2024.
17. Kovač, M. (2020). Merilni sistemi in senzorji. Ljubljana: Fakulteta za elektrotehniko, Univerza v Ljubljani