Дроны, датчики и блокчейн для контроля качества воды в реке Волга для обеспечения достоверности и прозрачности данных

03.04.2019 В России примерно 70% питьевой воды поступает с поверхности, а остальная часть — из подземных вод. Двадцать пять процентов запасов мировой пресной воды находится на территории России. К сожалению, загрязнение воды является серьезной проблемой в этой стране, и в настоящее время более 10 миллионов россиян не имеют доступа к качественной питьевой воде. По данным российских регулирующих органов, от 35 до 60% общих запасов питьевой воды не соответствуют санитарным нормам. Этот факт благоприятствует распространению проблем со здоровьем во многих городах и деревнях по всей стране, так как только 8% сточных вод правильно обрабатываются до их возвращения в окружающую среду.

Программа «Чистая вода» была официально запущена в 2006 году, однако этот проект несколько раз пересматривался без согласия или заключения. Эта программа основана на трех основных принципах: изменении законодательства для усиления защиты водных ресурсов, поощрении потребления качественной питьевой воды в стране и непрерывных научных исследованиях по очистке воды.

Airalab Rus, SMART Distributions (дистрибьютор Libelium в России) и Тольяттинский государственный университет разработали проект «Дрон на Волге» для измерения загрязнения воды в Куйбышевском водохранилище, крупнейшем водохранилище в Евразии, расположенном на Волге (в Самарская область).

Исследовательский центр Airalab, некоммерческая организация, специализирующийся на проектах для умного города и Индустрии 4.0 в России, реализует программную платформу с открытым исходным кодом Robonomics для проектов мониторинга загрязнения городской среды со статическими и мобильными датчиками на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). Поскольку проект «Дрон на Волге» требовал быстрой разработки прототипа платформы для измерения параметров загрязнения воды с обработкой данных, Airalab совместно командой Тольяттинского Государственного Университета Togliatti Solar Team  создала речной дрон на солнечных батареях, способный перемещаться по акватории реки, измеряя параметры качества воды с помощью технологий Libelium.

Речной дрон на Волге

Поскольку блокчейн-технологии являются огромной частью работы Аиралаб Рус, компания сфокусирована на использовании децентрализованных технологий для проектов умный город и Индустрии 4.0,  чтобы иметь возможность предлагать гражданам  улучшенное качество жизни.

Вездесущий блокчейн, представленный в этом проекте, был использован с целью получения интеллектуальной информации о качестве воды для предоставления заинтересованным сторонам. Блокчейн-цепь обычно управляется одноранговой сетью, коллективно придерживающейся протокола для внутри-сетевой связи и проверки новых блоков. После записи эти данные не могут быть изменены без изменения всех последующих блоков, поэтому исторические данные неизменяемы, и для любого добавления требуется согласие большинства сетей.

Диаграмма проекта «Дрон на Волге» 

Децентрализованные технологии, такие как blockchain, могут помочь в идентификации устройств и источников данных, достоверности данных,  их прозрачности и открытости, рыночной экосистеме, контрактах и активах с поддержкой данных. «Мы работаем в проектах блокчейн-технологии и интернета вещей (IoT), от идентификации и подписи данных до рыночных протоколов, поэтому мы создали платформу Robonomics с открытым исходным кодом и предлагаем инженерную поддержку разработчикам с этапа концепции проекта до полного готового решения», подчеркивает Алишер Хасанов, главный инженер Airalab Rus.

С помощью этого проекта речной дрон обеспечивает свои услуги через веб-приложение, позволяющее любому пользователю подключиться к сервису по запросу. Обычный маршрут дрона генерирует такие параметры, как положение дрона, скорость его движения, измерение параметров качества воды и другие дополнительные требования.

Для связи с роботом применяется сеть Робономики. В ней робот может предложить свою услугу, горожане или сотрудник администрации могут заказать её по некоторой цене с оплатой криптовалютой через веб-сайт. Сеть Робономики построена поверх блокчейн-платформы Ethereum и протокола IPFS, которые обеспечивают запись хеша измерений датчиков в публичном блокчейне и таким образом защищают исторические данные от возможной фальсификации.

Разработчик веб-приложения может реализовать функцию согласования между клиентом и исполнителем для достижения соглашения с точки зрения условий работы и цены. Сеть Робономика позволяет людям и машинам вести общение, чтобы достичь «умных соглашений» в сети Ethereum без централизованного обмена.

Для реализации измерительной системы речного дрона Airalab решила использовать Libelium  Waspmote Plug & Sense! Smart Water и Smart Water Ions по двум жизненно важным причинам:

- Гибкость и быстрое время разработки с помощью платформы Waspmote для создания прототипа.
- Полнота платформы Libelium IoT Smart Water, которая позволяет измерять широкий спектр параметров загрязнения воды по разумной цене.

Параметры, контролируемые устройствами в Куйбышевском водохранилище — температура воды, рН, содержание растворенного кислорода, электро-проводимость воды, ионы NH4 + и NO3-.

Контроллер Waspmote выполняет измерения во время его передвижения по руслу реки, отправляя эту информацию на бортовой компьютер через USB. Компьютер отвечает за отправку информации в систему по протоколу Robonomics (поверх IPFS и Ethereum) через 4G, чтобы сделать данные общедоступными, неизменяемыми и связанными с определенным соглашением в форме интеллектуального контракта.

Датчики Smart Water и Smart Water Ions, используемые в проекте «Дрон на Волге»

Этот проект может лечь в основу создания системы непрерывного наблюдения концентрации загрязнителей водной среды. Массив данных, непрерывно поступающий от группы таких дронов, мог бы предоставить системам, реализующим методы искусственного интеллекта, достаточно информации для обнаружения источника загрязнения.

Airalab Rus подтверждает на основании полученного опыта работы с оборудованием Libelium, хорошую гибкость и совместимость с радио-интерфейсами, а также хорошее соотношение цены и качества были важными факторами, которые побудили их использовать технологии Libelium в этом случае.

«Нам требовалась гибкость работы с оборудованием и платформой для прототипирования программного обеспечения. В сочетании надежных аппаратных средств и датчиков по  доступной цене с такой удобной гибкой аппаратной платформой, Libelium был нашим выбором для проекта «Дрон на Волге», а также для других, которые мы разрабатываем для мониторинга городской среды. С оборудованием Libelium у нас есть аппаратные модули, которые просто работают так, как необходимо нам; мы можем сделать новую прошивку для использования всего за несколько часов и расширить ее с помощью совместимых с Arduino библиотек», — сказал в заключении главный инженер Airalab Rus Алишер Хасанов.

Этот проект сочетает в себе современную робототехнику, блокчейн и Интернет вещей, демонстрируя, как окружающая среда может контролироваться и наблюдаться без необходимости взаимодействия с человеком. Он может служить основой для непрерывного мониторинга загрязняющих веществ в водных средах. Матрица данных, поступающих от многих из этих беспилотных летательных аппаратов, может подпитывать системы ИИ, которые легко и быстро обнаружат источник загрязнения.