BikeSignals – 4o Γενικό Λύκειο Κοζάνης

BikeSignals – 4o Γενικό Λύκειο Κοζάνης

Πρόβλημα

Διανύουμε μια περίοδο κατά την οποία το κύριο πρόβλημα που απασχολεί ολόκληρη την ανθρωπότητα είναι αυτό του ελέγχου της διασποράς του Covid – 19.  Σήμερα η πρόσβαση σε κλασσικά ασύρματα δίκτυα μεταφοράς δεδομένων 4G και τώρα 5G έχει υψηλό κόστος και απαιτεί κατανάλωση ενέργειας που σε ορισμένες περιπτώσεις είναι υψηλή. Στην περίπτωση ασύρματων δικτύων Wi-fi έχουμε τον περιορισμό της απόστασης σε σχέση με την υψηλή κατανάλωση ενέργειας.

Απόφαση

Αν δεν μας ενδιαφέρει η μεγάλη ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων και η μεταφορά μεγάλου όγκου δεδομένων , με αντάλλαγμα τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, την μεγάλη απόσταση μεταφοράς δεδομένων , τον μικρό αριθμό αναγκαίων πυλών πρόσβασης στο cloud, τη ανωνυμία στη μετάδοση δεδομένων, τότε η λύση του LoraWan είναι η προτεινόμενη.

Η αρχική ιδέα ήταν η υλοποίηση ενός δικτύου μεταφοράς δεδομένων που προέρχονται από αισθητήρες που κάνουν μετρήσεις, χωρίς να απαιτείται η πρόσβαση σε κάποιο από τα διαθέσιμα εμπορικά δίκτυα δεδομένων. Επίσης θέλαμε να γίνεται κάλυψη μιας μεγάλης περιοχής χωρίς να απαιτείται η εγκατάσταση  μεγάλου αριθμού πυλών (Gateways) για την έξοδο των δεδομένων στο cloud.

Η περίπτωση του LoRaWan και μάλιστα με διαθέσιμη εγκατεστημένη πύλη από το Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας ήταν μια πρόκληση. 

Στις δοκιμές μας με τους διάφορους αισθητήρες,  προέκυψε η σκέψη ότι : αισθητήρες βιομετρικών μετρήσεων θα μπορούσαν να μας δώσουν χρήσιμα δεδομένα για  εξαγωγή συμπερασμάτων που αφορούν την εξάπλωση του covid-19. Χωρίς να εγκαταλείπουμε την αρχική ιδέα που ήταν η καταγραφή δεδομένων που αφορούν έναν ποδηλάτη,  θεωρήσαμε ότι θα

ήταν πιο χρήσιμη πρόταση για ένα Δήμο,  να μελετήσουμε ένα σύστημα για τον έλεγχο  της διασποράς του Covid-19 με αισθητήρες που έχουμε στη διάθεσή μας. Από πληροφορίες που έχουμε ο Covid – 19 επηρεάζει κυρίως το αναπνευστικό και συνεπώς το ποσοστό του κορεσμού του οξυγόνου στο αίμα. Ταυτόχρονα ένας άνθρωπος που νοσεί ξέρουμε ότι μπορεί να παρουσιάσει αυξημένη θερμοκρασία σώματος.

Καταλήξαμε έτσι στο να κατασκευάσουμε ένα σύστημα » για τη δειγματοληψία μετρήσεων που αφορούν , κορεσμό οξυγόνου στο αίμα , καρδιακούς παλμούς και θερμοκρασία».

Το σύστημά μας αποτελείται από δύο υποσυστήματα.

Το 1ο  υποσύστημά μας λοιπόν διαθέτει : Έναν αισθητήρα GPS οποίος μας δίνει πληροφορίες θέσης, Έναν αισθητήρα κορεσμού οξυγόνου, μέτρησης καρδιακών παλμών και θερμοκρασίας.

Το 2ο  υποσύστημα διαθέτει ένα LoRa Shield που μπορεί να συνδεθεί σε εγκατεστημένη πύλη LoRaWan από το Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας με ABP μέθοδο. Τα δεδομένα μορφοποιούνται , μεταδίδονται και τέλος καταγράφονται σε επίπεδο εφαρμογής. Γίνεται χρήση δωρεάν υπηρεσίας που προσφέρεται σε Community Edition από το TTN(The Things NetWork) .

Στη συνέχεια με διαθέσιμα Integrations όπως αυτό του TTNMapper ή με κώδικα σε οποιαδήποτε σύγχρονη γλώσσα μπορούν να αντληθούν τα δεδομένα και να τα επεξεργαστούμε. Τα δεδομένα που συλλέγουμε τοποθετούνται γεωγραφικά πάνω σε χάρτη Google και καταγράφονται κρίσιμες περιπτώσεις μετρήσεων.

Κρίσιμη κατάσταση μέτρησης θα μπορούσε να είναι η συγκέντρωση σε μια περιοχή πολλών

συμβάντων με: Χαμηλό κορεσμό οξυγόνου στο αίμα, Υψηλό πυρετό, συνδυασμός μελλοντικά και από μετρήσεις άλλων αισθητήρων.

Η καταγραφή δεδομένων είναι ανώνυμη και δεν υπάρχει θέμα παραβίασης προσωπικών δεδομένων.

Τα συμπεράσματα που θα προκύψουν μετά από στατιστική ανάλυση θα είναι ενδεικτικά, με την έννοια ότι αν σε κάποια περιοχή εντοπίζουμε αυξημένο κίνδυνο

τότε προτείνεται η παραπέρα έρευνα με άλλα μέσα. Το σύστημα θα μπορεί να μαθαίνει συγκρίνοντας τα αποτελέσματα που παράγει  με αυτά που υπάρχουν  στην πραγματικότητα , έτσι σιγά σιγά αυτό θα βελτιώνεται.

Ο Δήμος Κοζάνης μας βοήθησε σημαντικά στο εξοπλισμό που χρειαζόμασταν , εξοπλίζοντάς μας με μια αξιόπιστη gateWay . Αυτή η ενέργεια μας ώθησε στο να στήσουμε ένα δικό μας LoraWan δίκτυο. Συγκεκριμένα με χρήση Docker , στήσαμε μια σουίτα εξυπηρετητών για τη συλλογή και οπτικοποίηση των δεδομένων .

Στήθηκε κάτω από το Domain name του σχολείου ένας Chirpstack Server που περιλαμβάνει Network Server , GateWay Server, Application Server και ένας ThingsBoard Server.

Αποτέλεσμα : Ένα ολοκληρωμένο δίκτυο LoraWan που μπορεί να καλύψει θεωρητικά μια περιοχή 15Km, και μεγάλο αριθμό end nodes. Οι δοκιμές μας έγιναν με χρήση end nodes Arduino – dragino shield – DFRobots MAX30102

Λεπτομέρειες κατασκευής

Επόμενο στάδιο είναι η πιο συστηματική συλλογή και επεξεργασία των δεδομένων.