Monitoring stanu wód w dobie cyfryzacji

Krótki opis rozwiązania

W sierpniu 2017 roku władze Przemyśla podpisały umowę w sprawie uruchomienia pilotażowego programu monitoringu poziomu rzek San i Wiar¹. Była stolica województwa przemyskiego w ostatnich latach nie została bezpośrednio dotknięta klęską powodzi, jednak władze miasta zdają sobie sprawę, że w szczególności pierwsza z tych rzek ma długą historię występowania ze swoich brzegów², zaś ostatnia powódź w 2010 roku spowodowała w powiecie przemyskim straty szacowane na ponad 2,6 mln zł³.  Dalekosiężne planowanie, mające zabezpieczyć Przemyśl przed podniesieniem się poziomu wód, to również element szerszej strategii miejskich włodarzy, mającej na celu przekształcenie Przemyśla w miasto inteligentne^4,5 - wykorzystujące technologie teleinformatyczne do zwiększenia swojej wydajności, co oznacza również wzrost bezpieczeństwa i wygody dla mieszkańców. Poza nadzorowaniem poziomu wód, inteligentne rozwiązania informują również na bieżąco o wilgotności gleb i aktualnych warunkach atmosferycznych⁶.

Problem

• Zapotrzebowanie na monitoring poziomu wód rzek przepływających przez miasto (historyczne wylewy Sanu w XIX i XX wieku, powodzie w 2008 i 2010 roku)
• Ujęcie gospodarki wodnej w ramach szerokiej strategii ewolucji w miasto inteligentne
• Brak spójnego systemu analizy i zarządzania danymi hydrologicznymi oraz atmosferycznymi, który pozwalałby na śledzenie sytuacji w czasie rzeczywistym i szybkie formułowanie odpowiedzi w sytuacjach kryzysowych
• Ryzyko błędów w pozyskiwaniu i interpretacji danych hydrologicznych wynikające z czynnika ludzkiego

Szczegółowy opis rozwiązania

Czynnikiem wyróżniającym przemyski projekt na tle podobnych wdrożeń jest wybór zastosowanej technologii. Monitoring rzek odbywa się dzięki wdrożeniu technologii Internet of Things (IoT)⁷ pod postacią systemu LoRaWAN (LoRa), rozległej wąskopasmowej sieci dalekiego zasięgu, którą rozwinięto pod kątem jak najmniejszego poboru energii. LoRa to technologia obecna już w polskim przemyśle i parkach technologicznych, jednak jak dotąd nie używano jej w przestrzeni publicznej do takich zadań⁸. System LoRa może zostać wdrożony również do zastosowań takich, jak m.in. gospodarka odpadami, monitoring energetyczny, oświetlenie miejskie, śledzenie lokalizacji, wykrywanie przecieków w instalacjach, a także inteligentne systemy parkingowe⁹. W kontekście rozwiązań w Przemyślu, systemy IoT do których należy monitoring wód, mogą zostać rozszerzone o optymalizację konserwacji wody, oraz nadzór nad jakością i zanieczyszczeniami, prowadząc do ochrony środowiska naturalnego i zdrowia mieszkańców. Pomagać powinny również w zakresie badań prowadzonych nad nagłymi zjawiskami pogodowymi i zmianami klimatu¹⁰. Przykładem implementacji takich systemów na zachodzie Europy jest Wielka Brytania, gdzie państwowe organizacje środowiskowe, we współpracy z operatorami sieci mobilnych, zainstalowały zintegrowany w paśmie IoT system minikamer, zasilanych panelami słonecznymi, monitorujących stan wód, mostów, zapór i przepustów w czasie rzeczywistym, pozwalając na bieżące szacowanie ryzyka powodziowego i opracowywanie planów przeciwpowodziowych¹¹.

Zaletą sieci LoRa są niskie koszty wdrożenia i skalowalność rozwiązania. Siedem czujników zamontowanych w siedmiu punktach miasta¹² przesyła dane bezprzewodowo w częstotliwości 868 MHz, co oznacza, że nie występują koszty związane z wykupieniem uprawnień do użytkowania pasma radiowego, a także nie ma konieczności instalacji stałych łączy do każdego punktu pomiarowego. Czujniki w systemie LoRa mogą być oddalone od anteny o 3km w gęstej zabudowie i 15km w otwartym terenie, zaś rozbudowa systemu polega na rozmieszczeniu dodatkowych sensorów i uruchomieniu dla nich wspomagających programów. Ponadto czujniki nie wymagają zewnętrznego zasilania - wbudowana bateria powinna wystarczyć według producentów na ok. 10 lat¹³. Integracja systemów mierzących stan rzek z prognozami hydrologicznymi i atmosferycznymi pozwala na wcześniejsze i dokładniejsze przygotowanie ostrzeżeń i alarmów powodziowych dla mieszkańców. Technologia LoRa pomaga zmienić klasyczne podejście “ochrony przed powodzią” na nowoczesne “zarządzanie ryzykiem powodziowym”¹⁴.

Przemyski program monitoringu wód to rozwinięcie współpracy, którą miasto już od dłuższego czasu prowadzi z partnerami technologicznymi. Kilka lat wcześniej uruchomiono podobny program pilotażowy, dotyczący badania jakości powietrza w różnych częściach Przemyśla. Po okresie próbnym czujniki zostały w mieście na stałe, a dane prezentowane są mieszkańcom na stronie internetowej miasta oraz wielozadaniowej aplikacji mobilnej¹⁵.

Następnym krokiem było przeprowadzenie w 2018 roku audytu, który miał zidentyfikować dalsze rekomendacje dla miasta w rozwijaniu Przemyśla w miasto inteligentne¹⁶. W 2019 roku władze miasta zadeklarowały chęć wykorzystania technologii LoRa do gromadzenia wód opadowych, w celu kultywacji zieleni miejskiej oraz zapowiedziały konsultacje w sprawie zastosowania LoRa do monitorowania natężenia ruchu drogowego i inteligentnego sterowania oświetleniem¹⁷. Istniejące czujniki mają już w najbliższym czasie zostać użyte jako uzupełnienie następnej pilotażowej instalacji - tym razem związanej z badaniem stanu środowiska¹⁸.