La capacità di trovare e sopprimere gli incendi boschivi prima che prendano piede è di immenso valore, ma è un problema difficile da risolvere data la grande quantità di foreste, la mancanza di infrastrutture al loro interno e la sfida di percepire le prime fasi di un incendio prima che scoppi in fiamme.
Avnet Silica ha svelato i dettagli della collaborazione con una start-up innovativa che utilizza reti IoT avanzate per prevenire la diffusione degli incendi boschivi in tutto il mondo. Dryad è una società con sede a Berlino che ha affrontato il problema sviluppando nodi di rilevamento avanzati e utilizzando una tecnologia di rete altamente distribuita.
Progettata per superare una serie di vincoli tipici degli ambienti forestali, come la mancanza di alimentazione e di connettività, la soluzione Silvanet di Dryad è costituita da tre componenti hardware, da una rete RF proprietaria che estende la portata del protocollo di comunicazione LoRaWAN a bassa potenza e bassa velocità di trasmissione dati, e da una piattaforma di analisi cloud.
Sebbene l’obiettivo iniziale di Dryad sia quello di rilevare gli incendi, si aspetta che la sua tecnologia IoT innovativa sarà anche in grado di monitorare altri aspetti della silvicoltura, come l’umidità del suolo, la crescita degli alberi, il flusso di linfa e persino il disboscamento illegale. La stessa tecnologia dovrebbe anche consentire il monitoraggio della qualità dell’aria e dell’acqua su vaste aree.
Una rete di reti
Il nodo di rilevamento Silvanet Wildfire è un dispositivo a energia solare che utilizza un sensore per misurare la temperatura, l’umidità e la pressione dell’aria, nonché le concentrazioni di gas tra cui idrogeno, monossido di carbonio, anidride carbonica e composti organici volatili a sensibilità di parti per milione. Un microcontrollore a bassa potenza della STMicroelectronics, che integra il supporto per il protocollo LoRaWAN, esegue algoritmi basati su strategie di apprendimento automatico (ML) per elaborare i dati dei sensori per ridurre il carico energetico della comunicazione in forma grezza sulla rete RF LoRaWAN. Il Wildfire Sensor è progettato per funzionare fino a 15 anni senza manutenzione o batteria, il che evita l’introduzione di materiali potenzialmente infiammabili come il litio nella foresta.
Questi dispositivi si collegano ai Silvanet Mesh Gateway alimentati a energia solare e progettati per essere montati su alberi a circa 3 m dal suolo. È importante sottolineare che Dryad ha esteso la tipica rete LoRaWAN tramite una tecnologia proprietaria che permette di collegare i gateway per formare una rete di reti a stella, che insieme possono coprire anche le foreste più profonde.
I sensori Silvanet WildFire e i Silvanet Mesh Gateway creano una struttura “Internet of Trees” (Internet degli alberi), ma hanno bisogno di un Silvanet Border Gateway per raggiungere il web. Il gateway è progettato per essere posizionato ai margini della foresta, magari nel parcheggio di un visitatore o in un edificio vicino, per collegare la rete mesh a Internet e quindi alla Silvanet Cloud Platform. Ogni gateway di frontiera può fungere da gateway LoRa, implementare la connettività 4G utilizzando lo standard LTE-M e ricorrere ai protocolli 2G e GPRS, se necessario. Per implementazioni ancora più remote, può connettersi a Internet utilizzando la rete satellitare SWARM.
I nodi sensori, le reti mesh e i gateway sono progettati per portare i dati pre-elaborati da tutta la foresta alla Silvanet Cloud Platform, che fornisce una soluzione completa per il rilevamento degli incendi e il monitoraggio della salute e della crescita della foresta. L’applicazione Silvanet raggruppa i dispositivi di sensori e i gateway per area geografica o per caratteristiche. I dettagli relativi a ciascun sensore, in particolare il loro stato di incendio, sono mostrati su una mappa.
La sfida ingegneristica
L’ambiente forestale rappresenta una sfida enorme a livello di implementazione. Ad esempio, per alimentare i sensori, il sistema deve utilizzare supercondensatori anziché le classiche batterie ricaricabili, potenzialmente tossiche e infiammabili. All’hardware (che deve essere prodotto al minor costo possibile per consentire un’ampia diffusione degli elementi e allo stesso tempo garantire una robustezza sufficiente per offrire una lunga vita operativa) si affianca un ambiente firmware di analisi dei dati caratterizzato da vincoli di alimentazione, aggiornabile over-the-air e conforme agli standard che riguardano LoRaWAN e la sicurezza IoT. Il tutto deve essere ottenuto con apparecchiature funzionanti a bassa potenza, alimentate da pannelli solari spesso in ombra. Oltre a questo, anche le comunicazioni RF rappresentano una sfida poiché ogni albero è un ostacolo che assorbe potenzialmente le onde radio.
Dryad ha lavorato a stretto contatto con Avnet Silica per esplorare le opzioni in grado di affrontare queste difficili condizioni. Come racconta Carsten Brinkschulte, CEO di Dryad “Avnet Silica ci ha aiutato a selezionare i giusti componenti a bassissima potenza. Tra questi, l’MCU del nodo di rilevamento, che oltre a integrare la radio LoRa, dispone di capacità di elaborazione adeguate per analizzare i dati del sensore con un livello di sofisticazione sufficiente per individuare tempestivamente gli incendi. Inoltre, ci ha aiutato a comprendere i vincoli di approvvigionamento delle varie parti, legati a eventi che possono spaziare dalla pandemia agli incendi delle fabbriche, assicurandoci la possibilità di scegliere dei componenti disponibili in volumi sufficienti per l’implementazione di sensori e gateway in lotti significativi”.
