Detección de incendios forestales, usando una red de sensores inhalámbrica (WSN)

– Éste fué el primer artículo que leí y por el cual me enteré de que eran y cómo funcionaban las Redes de Sensores Inhalámbricas (WSN).

** Traducción de un artículo publicado por Libelium **

4 de Septiembre de 2010 – Javier Solobera.

¿Cuánto tiempo se ha de esperar para saber que hay un incendio forestal? La mayoría de las veces cuando llega el aviso es demasiado tarde porque el fuego ya se ha extendido.
Durante el verano de 2007, murieron más de 80 personas en Grecia, y más de 270.000 hectáreas, (2.711 km2) fueron incinerados por el fuego. Ése mismo año, en California, 202.000 hectáreas,(2.027 km2) fueron devastadas por las llamas, provocando al menos 14 víctimas mortales.
Además de las medidas preventivas, la detección temprana de incendios, es la única manera de reducir al mínimo las víctimas y los daños.
DIMAP-FactorLink, que bajo el nombre de SISVIA Vigilancia y Seguimiento Ambiental comercializan conjuntamente proyectos para la protección del medio ambiente, han desarrollado e integrado un sistema de detección de incendios forestales, utilizando los productos de Libelium. El área cubierta es de alrededor de 210 hectáreas en la región Norte de España, que comprende las comunidades de Asturias y Galicia.
El objetivo, era proporcionar a las diferentes organizaciones, una infraestructura de vigilancia del medio ambiente, con la capacidad poder gestionar avisos y ofrecer alarmas de alerta temprana.

La solución:

Podemos destacar 3 partes principales en el sistema:

– La Red Inhalámbrica de Sensores.
– La Red de Comunicaciones.
– El Centro de Recepción.

Vea un diagrama general de todo aquí.

Se desplegaron 90 Waspmotes en lugares estratégicos, en los que se miden 4 parámetros cada 5 minutos:

– Temperatura.
– Humedad relativa.
– Monóxido de carbono (CO).
– Dióxido de Carbono (CO₂).

Estos 4 sensores se conectan a Waspmote a través de la Tarjeta de Gases (Sensor Board), que tiene la electrónica necesaria para implementar una fácil integración del hardware de una gran cantidad de diferentes sensores de gases:

Monóxido de Carbono (CO)
Dióxido de Carbono (CO₂)
Oxígeno Molecular (O₂) (Oxígeno gaseoso)
Metano (CH₄)
Hidrógeno Molecular (H₂)
Amoníaco (NH₃)
Isobutano (C₄H₁₀)
Etanol (CH₃CH₂OH)
Tolueno (C₆H₅CH₃)
Sulfuro de Hidrógeno (H₂S) (Ácido Sulfídrico)
Dióxido de Nitrógeno (NO₂)
Presión Atmosférica.

La etapa de amplificación de cada sensor es configurable para permitir una mejor integración del sensor específico. Además, esta característica permite concentrar la exactitud del Waspmote en una región de interés. Aparte, es posible controlar la potencia de cada sensor por separado, ya que la alimentación de cada uno de ellos es independiente y puede ser controlada por el Waspmote en tiempo real.

La mayoría de los sensores se ven afectados por 3 parámetros: humedad relativa, presión atmosférica y temperatura, por ésta razón, Libélium ofrece ofrece éstos sensores en una placa sensora de gases (Sensor Board Gases), para minimizar los errores y obtener lecturas más precisas.

Si algunos de estos parámetros medidos pasa por encima del umbral configurado, entonces el sistema analiza la información, y reacciona enviando una alarma a los bomberos. Ellos sabrán en ése momento que hay un incendio y dónde se halla localizado con la máxima exactitud, debido a que cada Waspmote puede integrar un GPS, que proporciona la posición exacta y la hora. Los bomberos podrán saber dónde está el fuego y si se está propagando en tiempo real, lo cual es importante con el fin de saber su comportamiento.

En el vídeo se puede ver la información del despliegue en los medios de comunicación.

Una de la principales características de Waspmote, es su bajo consumo de energía:

9 mA, en modo ON.
62 μA, en modo Suspensión.
0,7 μA, en modo Hibernación.

Waspmote está en modo Suspensión o en modo Hibernación la mayor parte del tiempo, con la finalidad de ahorrar energía. Después de un intervalo predeterminado (programado por el usuario), Waspmote se “despierta” , lee los sensores, implementa la comunicación inhalámbrica enviando datos y vuelve al modo “sueño” (modo Suspensión o Hibernación). Cada dispositivo se alimenta con baterías recargables y un panel solar, haciendo cada de cada “mota” un dispositivo completamente autónomo.

Libelium ofrece varios módulos de comunicación por radio:

Podremos alcanzar hasta 40 Km. en condiciones de visión directa, usando el módulo 868MHz. El alto rendimineto de los Waspmote hace que las lecturas sean realmente exactas y que la transmisión sea fiable y flexible, situando los nodos con una separación media de 1’5 km.

También es posible transmitir los datos a través de GPRS, mediante un módulo de radio secundario, para mejorar la disponibilidad y la redundancia en situaciones en las que es crítica la recepción de mensajes, como posibles alarmas contra incendios. El módulo GPRS es cuatribanda (soporta la conexión de cualquier proveedor de telefonía móvil), haciendo posible trabajar en todo el mundo, por eso, el proyecto que estamos describiendo, se puede adecuar a cualquier país.

Para ayudar en la transmisión de datos, se instalaron 2 Meshliums para recoger la información y enviarla vía WiFi.

Meshlium es el único router multiprotocolo del mundo, capaz de interconectar hasta 6 tecnologías:

– WSN: 802.15.4 /ZigBee.
– WiFi: 2,4GHz o 5GHz en alta o baja potencia.
– GPRS: cuatribanda.
– Bluetooth: comunicación con teléfonos móviles o PDAs.
– GPS.
– Ethernet.

Meshlium implementa una fácil conexión entre éstos 6 protocolos de comunicación. En éste caso, se recoge la información de la red inhalámbrica Waspmote ZigBee y la envía al centro de control por WiFi.

Otra aplicación de los Meshlium, es utilizarlo al aire libre para establecer comunicaciones en entornos hostiles como ciudades. Meshlium está protegido con una carcasa de protección IP65 que le permite trabajar en condiciones al aire libre. En cuanto a la fuente de alimentación, se puede conectar un panel solar o a la batería de coche, de modo que puede trabajar sin problemas enn los bosques.

Cuando las tramas llegan al Meshlium, son analizadas y divididas en pequeños paquetes o variables que se almacenan en una base de datos MySQL. Una vez guardados en la base de datos, se pueden gestionar de la forma que queramos.

SISVIA creó un Panel de Control para mostrar toda la información en una interface gráfica. La solución está integrada con un GIS (Sistema de Información Geográfica), situando los datos en un entorno eficaz y agradable con mapas 2D o 3D.

Si está interesado en Waspmote, estaremos encantados de ayudarle a diseñar su sistema. Puede solicitar un presupuesto de Waspmote aquí.

© Libelium

Y hasta aquí, el artículo del proyecto por Libelium.