Ympäröivän maailman mittaamiseen on lukuisia tarpeita. Eläinten tunnistaminen äänen perusteella auttaa lajien seurannassa, käyttäytymisen oppimisessa sekä elinympäristön muutoksiin reagoimisessa. Kaupunkien ja teollisuusalueiden ilmanlaadun mittaaminen parantaa elinolosuhteita. Asuinalueiden lähellä olevien tuulimyllyjen tai konserttien melumittaus voidaan toteuttaa sensoriverkkojen avulla. IoT tulee avuksi, kun mitataan sadeveden määrää, yleistä veden käyttöä, tuotantoon liittyvien ekosysteemien tilaa tai vaikkapa tulvatilanteita. IoT-verkkoa hyödynnetään kaivos- ja teollisuustoiminnan viranomaisten asettamien ympäristösäädösten täyttämisessä.
Asutusalueilla ja luonnossa on monia erilaisia monitorointiin, valvomiseen ja mittaamiseen soveltuvia kohteita. IoT ja sensoriverkot mahdollistavat näiden kohteiden ympärivuorokautiseen ja -vuotiseen monitorointiin. Ympäristön monitoroinnin avulla kehitetään muun muassa yritysten toimintaa ympäristöystävällisemmäksi ja luodaan niille kilpailuetua sekä uusia liiketoimintaedellytyksiä. Monitoroinnin ratkaisut käyttävät uusiutuvaa energiaa ja ne ovat automatisoituja ja reaaliaikaisia. Hyvän IoT-verkon suunnitteleminen tarpeeseen sopivaksi on tärkeää, sillä siihen käytetty aika maksaa itsensä takaisin vuosien pituisella hyvällä käyttökokemuksella.
Ympäristön monitoroinnin haasteena on alati muuttuvat ja joskus jopa haastavat sääolosuhteet, mikä tekee manuaalisesta mittaamisesta vaikeaa. Sensoriverkko voi tulla avuksi tähän haasteeseen automatisoimalla mittaukset ja monitoroinnin. Ympäristön IoT-sovellukset voidaan jakaa veden monitorointiin, ilman monitorointiin sekä automaattisiin hälytysjärjestelmiin.
Vesialueen mittaukset
Sensoriverkkojen automatisoitu teknologia mahdollistaa erilaisten mittausten suorittamisen kaukanakin sijaitsevista vesialueista. Mittauksilla saadaan helposti tietoa sademääristä, veden lämpötilasta sekä veden laadusta. Lisäksi vedenpinnan korkeuden määrittäminen on tärkeää muun muassa tulva- ja patoalueilla sekä tekojärvissä.
Puhtaan veden tuotanto
Vesiverkon huolto ja ylläpito, varastoidun veden laatu, jäteveden monitorointi ja vuotojen paikannus ovat vesihuollon ammattilaisille tärkeitä toimintoja ja mittareita, joita laadukkaalla sensoriverkolla voidaan energiatehokkaasti tukea ja helpottaa. Myös kielteisiä ympäristövaikutuksia kuten jätevesien vuotoja ympäristöön, voidaan ehkäistä monitoroinnilla. Tutkimuksesta kertyneen kokemuksen ja tiedon myötä vesiosaaminen lisääntyy sekä veden käyttö ja tuotanto optimoituvat, joka tukee pitkän aikavälin kestävää kehitystä.
Yksityinen veden kulutus
Vesilaitoksen sensoriverkolla keräämät tiedot tulevat myös yksityisten henkilöiden hyödynnettäviksi. Tällöin yhteisöt ja yksilöt pystyvät muuttamaan toimintaansa ekologisemmaksi. Uudet cleantech-teknologiat edistävät vesiluonnonvarojen kestävää käyttöä (energiatehokkuus, veden määrän ja tarpeen oikea suhde).
Kalastus
IoT-verkkoa hyödynnetään kalankasvatuksessa muun muassa mitattaessa laajan alueen saasteita tai veden virtausta. Myös vieraslajien tunnistus ja seuranta auttavat kalakantojen elvyttämisessä.
Ympäristösaasteet ja pienhiukkaset
Sensoriverkkojen ja antureiden avulla ilmasta voidaan monitoroida ilman koostumusta ja haluttuja ympäristösaasteita. Ilmatieteenlaitos määrittelee 15 eri ilmansaastetta, jotka voidaan erotella ja joille on määritelty raja-, tavoite- kynnys- ja ohjearvot. (https://www.ilmatieteenlaitos.fi/ilmansaasteet).Yrityksillä on velvoitteita huolehtia toimintansa ympäristövaikutusten selvittämisestä. Uudella teknologialla näitä mittauksia voidaan tehdä useista paikoista pitkäkestoisina, reaaliaikaisina ja kustannustehokkaasti.
Pölyarvot
Saadakseen todellista ja tarkkaa tietoa ilmanlaadusta yritys tarvitsee pitkäkestoista ilmanlaadun seurantaa. Automatisoitujen pölymittausten avulla voidaan analysoida pölyn koostumusta ja määrää valitulla alueella. Mittausten perusteella voidaan selvittää mistä suunnasta ja milloin pölyä on tullut tarkasteltavaan kohteeseen. Pölyn mittaamisesta hyötyviä tahoja ovat muun muassa kaupungit, teollisuusalueet ja kaivokset.
Muita käyttökohteita
Kehittyvien antureiden avulla (savu, tuoksut, kosteus) ilman laadun analysointi tehostuu ja mahdollistaa toimenpiteet parempien elinolosuhteiden saavuttamiseksi. Asuinalueilla tehtävät mittaukset yleistyvät ja lisäävät alueiden viihtyvyyttä. Myös liikennekäyttäytymisen seuraaminen helpottuu, kun esimerkiksi alkoholipitoisuutta voidaan mitata hengitysilmasta. Parhaimmillaan IoT-verkon datan pohjalta luotujen keinojen avulla voidaan laskea riskejä vakavien tautien syntymiseen.
Proaktiivinen luonnonilmiöiden seuranta voi ehkäistä tai minimoida luonnonkatastrofien tuhoa, koska tulevaan voidaan varautua paremmin. Erilaisia tapoja seurata luonnonilmiöitä ovat
Muita käyttökohteita
Ympäristömelu
Langaton melumittausjärjestelmä tuo reaaliaikaista tietoa määritetyn alueen melutasosta. Järjestelmän tavoitteena on antaa työkalut melunmittausvelvoitteiden täyttämiseksi ja omavalvontaan. Mittauskohteita on lukemattomia kuten tuulimyllyjen, liikenteen ja julkisten tilaisuuksien, kuten konserttien melun mittaaminen.
Muut äänitasot
IoT-järjestelmä yhdistettynä tekoälyyn mahdollistaa äänitasojen analysoinnin. Tätä hyödynnetään muun muassa eläinlajien tunnistuksessa sekä kohteiden yksilöinnissä liikenteessä, luonnossa tai kotioloissa. Eläinlajeista on tunnistettu muun muassa viitasammakoita ja lepakoita, mutta järjestelmä on muokattavissa tunnistamaan muitakin eläinlajeja.
Tekoäly
Tekoälyn tuomia mahdollisuuksia hyödyntämällä tehostetaan toimintaympäristöstä kerätyn aineiston käsittelyä ja tulkitaan tuloksia manuaalista työtä nopeammin. Tekoälyn avulla laitteistoja voidaan opettaa tunnistamaan tiettyjä yhteneväisyyksiä havaituissa mittauksissa. Tällä tavalla saadaan aikaan järjestelmä, joka kykenee lähes reaaliaikaisesti määrittelemään ja havaitsemaan tietyn etukäteen kiinnostavan tapahtuman.
IoT-verkko rakennetaan käyttökohteen mukaan ja suurin yksittäinen ero verkkojen välillä ovat erilaiset anturit. Kun mitataan äänitasoja, käytetään äänisignaaleja mittaavia sensoreita. Ilmankoostumukselle (esim. hiilidioksidi, pöly, alkoholi, kosteus, lämpö) on omat mittaustapansa, samoin veteen liittyville ekosysteemeille. Painesensorin avulla mitataan muun muassa vedenpinnan korkeutta.
Kun on päätetty mitä ja millä syklillä mitataan, valitaan sensorien lisäksi verkolle sopivat mikrokontrollerit, tietoliikenneprotokollat sekä ohjelmisto. Laitteistoa sekä käytettäviä sovelluksia määrittää myös se, kuinka paljon dataa tarvitaan tai miten usein mittauksia tehdään. Tämän vuoksi käytössä onkin eri määrä pilvipalveluita sekä tietovarastoja. Esimerkiksi lämpötilaa saatetaan mitata paljon useammin kuin padon veden korkeutta, jonka vuoksi verkko tulee suunnitella eri tavalla eri käyttötarkoituksiin.
Kokkolan yliopistokeskus Chydenius on toteuttanut sensoriverkkoja kasviin ja eläimiin sekä ympäristöön liittyen mm.
- muuttolintujen seuraamiseen
- uhanalaisten eläinten tunnistamiseen (mm. viitasammakko)
- lepakkojen tunnistamiseen
- petolintujen pesintään
- patovallien ja tekojärvien seurantaan
- vesihuoltoon
Kokkola University Consortium Chydenius
Information Technology