Spis treści:
Aby sprostać wyzwaniom związanym z falami upałów w miastach, partnerzy firmy Seeedstudio – WiData i Abinsula – wdrożyli ponad 500 czujników SenseCAP, w tym czujnik pogodowy SenseCAP S1000, rejestrator danych SenseCAP S2100 LoRaWAN i inne czujniki SenseCAP, na ponad 300 lokalizacjach w Cagliari, w ramach projektu Cagliari Smart City. Projekt ten umożliwia monitorowanie zjawiska miejskiej wyspy ciepła, co pozwala lokalnym władzom podejmować działania interwencyjne w zakresie doboru kolorystyki budynków oraz planowania terenów zielonych, w celu skuteczniejszego łagodzenia efektu miejskiej wyspy ciepła.
- Rozwiązanie: System IoT do monitorowania danych mikroklimatycznych, wspierający zarządzanie miastem oraz badania akademickie.
- Partnerzy: WiData, Abinsula, Uniwersytet w Cagliari, Fastweb i inni.
- Wykorzystane produkty Seeedstudio: rejestrator danych SenseCAP S2100 LoRaWAN, czujnik pogodowy SenseCAP S1000, czujnik natężenia światła SenseCAP S2102 oraz SenseCAP S2103 – czujnik mierzący poziom CO₂, temperaturę i wilgotność.
- Branża: Inteligentne miasta.
- Miejsce wdrożenia: Cagliari, Włochy.
Miejska wyspa ciepła - co to jest?
Zjawisko miejskiej wyspy ciepła odnosi się do sytuacji, w której obszary miejskie są znacząco cieplejsze niż ich niezabudowane otoczenie. Jest to spowodowane nadmierną obecnością sztucznych powierzchni oraz działalnością człowieka związaną z urbanizacją. Według badań prowadzonych przez Copernicus Climate Change Service, realizowanych przez Europejskie Centrum Średnioterminowych Prognoz Pogody (ECMWF) na zlecenie Komisji Europejskiej, efekt miejskiej wyspy ciepła prowadzi do wzrostu kosztów energii, zwiększenia poziomu zanieczyszczenia powietrza oraz częstszych przypadków chorób i zgonów związanych z upałami.
Aby ograniczyć to zjawisko, urbaniści i władze miast wdrażają różne strategie, takie jak rozwój tzw. błękitno-zielonej infrastruktury, czyli stosowanie “zielonych” oraz “chłodnych” dachów, zwiększanie powierzchni pokrytych roślinnością i drzewami oraz monitorowanie i modelowanie wyspy ciepła. Jednak aby skutecznie wprowadzać takie zmiany, kluczowe jest zrozumienie, jak temperatura i inne parametry różnią się przestrzennie w obrębie miasta, co pozwala na lepsze zarządzanie i łagodzenie skutków miejskiej wyspy ciepła.
Wyzwania w ograniczaniu miejskiej wyspy ciepła
W ostatnich latach coraz częściej wdrażane są technologie inteligentnych miast, które wykorzystują zaawansowane rozwiązania IoT do gromadzenia danych w celu poprawy infrastruktury miejskiej i jakości usług. Jednym z problemów, które pomagają rozwiązać, jest zjawisko miejskiej wyspy ciepła.
Cagliari, miasto na południu Włoch liczące 154 408 mieszkańców (według danych Włoskiego Narodowego Instytutu Statystycznego), jest największym miastem na wyspie Sardynia. Od 2017 roku władze Cagliari we współpracy z Uniwersytetem w Cagliari prowadziły badania przy użyciu kamer termowizyjnych zamontowanych na małym samolocie, który przelatywał nad miastem, rejestrując temperatury na obszarze 250 wyznaczonych stref.
Na podstawie zebranych danych termicznych opracowano model empiryczny pozwalający określić, jak nawierzchnie bitumiczne wpływają na temperaturę w mieście, a następnie rozszerzono go o inne stosowane materiały. Wyniki tych badań pomagają władzom miasta w realizacji działań mających na celu ograniczenie efektu miejskiej wyspy ciepła, takich jak tworzenie terenów zielonych, poprawa efektywności energetycznej, zmniejszenie natężenia ruchu samochodowego oraz – przede wszystkim – redukcja powierzchni pokrytych asfaltem.
Jednak, aby skutecznie przeciwdziałać zjawisku miejskiej wyspy ciepła, konieczne jest gromadzenie danych dotyczących wielu zmiennych, takich jak temperatura, wilgotność, jakość powietrza i inne, w skali całego miasta. Wymaga to rozbudowanej sieci czujników, co wiąże się z wysokimi kosztami i trudnościami, zwłaszcza jeśli dane miałyby być pozyskiwane za pomocą zdjęć lotniczych – w gęsto zabudowanych obszarach miejskich byłoby to szczególnie trudne.
Dodatkowo, pozyskiwanie danych termicznych z samolotów, a następnie ich analiza za pomocą modelu empirycznego, to proces czasochłonny. To utrudniałoby szybkie reagowanie na dynamicznie zmieniające się warunki wpływające na efekt miejskiej wyspy ciepła.
Ponadto, dostęp do wysokiej jakości danych środowiskowych może być ograniczony w niektórych rejonach, zwłaszcza tam, gdzie infrastruktura sieciowa jest niewystarczająca. Pokonanie tych wyzwań oraz zapewnienie lepszego dostępu do danych jest kluczowe dla skutecznego ograniczania efektu miejskiej wyspy ciepła i budowy bardziej zrównoważonych miast.
Rozwiązanie i wdrożenie technologii
Aby skutecznie przeciwdziałać efektowi miejskiej wyspy ciepła dzięki precyzyjnym, bieżącym danym środowiskowym na skalę całego miasta, władze Cagliari zainicjowały projekt Cagliari Smart City we współpracy z firmą telekomunikacyjną Fastweb oraz firmami zajmującymi się tworzeniem oprogramowania – WiData i Abinsula. Celem projektu jest budowa infrastruktury do monitorowania, identyfikowania i łagodzenia skutków miejskiej wyspy ciepła, przy wsparciu naukowym Uniwersytetu w Cagliari.
W ramach projektu Fastweb zapewnia infrastrukturę sieciową oraz zasoby chmurowe do przechowywania danych i obsługi platformy monitorującej. WiData, we współpracy z Abinsula, odpowiada za rozwój platformy sprzętowo-programowej do zbierania danych oraz zarządzania systemem. Platforma ta integruje informacje pochodzące z czujników SenseCAP, które monitorują ruch pieszych oraz dane z kamer wykorzystywanych do celów nadzoru. Wszystkie zebrane dane są przesyłane do centrum sterowania znajdującego się w siedzibie Urzędu Miasta Cagliari, gdzie są analizowane i wykorzystywane do bardziej efektywnego zarządzania usługami miejskimi.
Dzięki współpracy z firmą instalacyjną Ely Sistemi Project, WiData wdrożyła 528 czujników SenseCAP oraz urządzeń DTU, które zostały zamontowane na miejskich latarniach oraz dachach budynków w 314 lokalizacjach, obejmujących powierzchnię 85,45 km² w Cagliari. Wśród wdrożonych czujników znajdują się:
- SenseCAP S1000 – czujnik pogodowy 10w1,
- SenseCAP S2102 – czujnik temperatury i wilgotności powietrza,
- SenseCAP S2103 – czujnik natężenia światła.
Dzięki zastosowanym czujnikom system monitoruje kluczowe parametry środowiskowe, takie jak poziom CO₂, temperatura, wilgotność, ciśnienie atmosferyczne, prędkość i kierunek wiatru, intensywność oraz szczytowe wartości opadów, a także stężenie pyłów PM2.5 i PM10 oraz natężenie światła. Wszystkie zebrane dane są integrowane w platformie internetowej projektu, gdzie mogą być wizualizowane w czasie rzeczywistym, wykorzystywane do wykrywania anomalii oraz generowania powiadomień o przekroczeniu bezpiecznych progów na mapie miasta.
Projekt jest finansowany w ramach programu “Programma Operativo Nazionale Metropolitano 2014-2020 (PON METRO 2014-2020)”, czyli krajowego programu operacyjnego utworzonego przez rząd Włoch w celu finansowania inicjatyw promujących zrównoważony rozwój, poprawę jakości życia w obszarach metropolitalnych oraz redukcję nierówności społecznych i ekonomicznych.
Dlaczego moduły SenseCAP?
LoRaWAN, czyli protokół sieci LPWA (Low Power, Wide Area) o niskim poborze energii i dużym zasięgu, odgrywa kluczową rolę w całym systemie. Dzięki swoim właściwościom, takim jak duży zasięg, niskie zużycie energii oraz szyfrowanie end-to-end, architektura czujników i bramek LoRaWAN okazała się najwygodniejszym i najbardziej niezawodnym rozwiązaniem do wdrożenia sieci monitorowania środowiska, szczególnie biorąc pod uwagę skalę projektu.
Marco Uras, CEO WiData, komentuje: „Rozwiązania SenseCAP są niezwykle proste we wdrożeniu, zwłaszcza w przypadku urządzeń LoRaWAN zasilanych bateryjnie. Integracja pomiędzy urządzeniami SenseCAP przebiega płynnie, nawet jeśli nie są one natywnie zgodne z LoRaWAN. Rejestrator danych S2100 LoRaWAN umożliwia włączenie do istniejącej sieci LoRaWAN urządzeń, takich jak czujnik pogodowy SenseCAP S1000. Dodatkowo, cały system można zintegrować z różnymi serwerami sieciowymi, takimi jak Helium network czy AWS IoT Core. Podsumowując, produkty i usługi SenseCAP pozwoliły nam szybko i sprawnie zrealizować kompletny projekt inteligentnego miasta. Wsparcie techniczne działa bardzo sprawnie, a cała komunikacja odbywała się za pośrednictwem kanałów Discord.”
Efekty i korzyści wdrożenia projektu
Dzięki ciągłemu monitorowaniu danych Cagliari konsekwentnie ulepsza swoje środowisko miejskie, optymalizując planowanie przestrzenne na rzecz bardziej zrównoważonego rozwoju. Władze miasta wykorzystują dane do planowania terenów zielonych oraz wprowadzania jasnych elewacji budynków w obszarach najbardziej narażonych na efekt miejskiej wyspy ciepła, co pozwala skuteczniej minimalizować jego negatywne skutki.
Zebrane informacje służą również naukowcom z Uniwersytetu w Cagliari do badań i opracowywania skutecznych metod redukcji tego zjawiska. Ponadto, wykorzystanie sztucznej inteligencji do analizy tych danych umożliwiło podejmowanie bardziej precyzyjnych działań oraz poprawę jakości powietrza w mieście.
Oprócz sieci czujników wdrożono również bezprzewodowe punkty dostępowe, które rozszerzają zasięg publicznej sieci WiFi. Usprawnia to transmisję danych z kamer monitorujących ruch pieszych do chmury, co przekłada się na lepsze zarządzanie ruchem turystycznym, organizację wydarzeń miejskich oraz kontrolę dostępu do atrakcji miejskich.
Dzięki modernizacji sieci czujników i infrastruktury komunikacyjnej władze miasta mogą również zapewnić mieszkańcom większe bezpieczeństwo oraz skuteczniejsze systemy nadzoru.
Projekt Cagliari Smart City został przedstawiony na Smart City World Expo 2023 w Barcelonie.
“Dzięki wykorzystaniu inteligentnych czujników udało się zgromadzić wiele istotnych danych, które wspierają rozwój zrównoważonego transportu, poprawę bezpieczeństwa i łączności w mieście, ulepszanie usług lokalnych, monitorowanie ruchu turystycznego, kontrolę jakości powietrza i poziomu zanieczyszczeń oraz analizę mikroklimatu.
Czujniki pozwalają na badanie zjawisk takich jak miejskie wyspy ciepła, które mają ogromny wpływ na zdrowie, komfort życia w mieście oraz ogólną jakość życia mieszkańców. System ten przyczyni się również do zwiększenia zasięgu sieci WiFi, a także do instalacji kamer monitoringu, co poprawi bezpieczeństwo obywateli. Centrum sterowania pełni funkcję bazy danych oraz platformy operacyjnej, wspierającej planowanie i realizację działań na terenie miasta.” Źródło: Comune di Cagliari.
