Forest Research agencji Defra zyskuje natychmiastowe dane do badań nad zmianami klimatu

Forest Research jest agencją badawczą organizacji Forestry Commission i częścią brytyjskiego Ministerstwa Środowiska, Żywności i Obszarów Wiejskich (Defra). Jest główną organizacją Wielkiej Brytanii zajmującą się badaniami i pracą naukową w leśnictwie oraz wspieraniem jego zrównoważonego rozwoju.

Jej wizją jest bycie światowym liderem w stosowanej nauce leśnej oraz wiarygodnym, uznanym dostawcą wiedzy eksperckiej, danych, produktów i usług dla rządu w dziedzinie drzew, drewna, lasów i zasobów naturalnych - co pomaga realizować strategię ministerstwa środowiska “A Green Future: Our 25 Year Plan to Improve the Environment”. Cieszyliśmy się, że za pośrednictwem naszego partnera Vodafone UK zwrócili się do nas z projektem monitorowania wpływu zmian klimatu na wzrost drzew w całej Wielkiej Brytanii.

Wyzwanie

Forest Research prowadzi pomiary klimatu w około 50 lasach w całej Wielkiej Brytanii, poszukując odpowiedzi na pytania o klimat i jego wpływ na wzrost drzew:

• Jak szybko rosną drzewa w danym okresie?
• Które czynniki najbardziej wpływają na wzrost drzew?
• Jaki wpływ na wzrost drzew mają letnie fale upałów?
• Czy istnieją różnice we wzroście drzew między mikroklimatami w obrębie jednego obszaru?
• Które drzewa rosną najbardziej?
• Jak różni się tempo wzrostu między regionami?

Dotychczas pomiary i ocena były utrudnione przez ręczne zbieranie danych oraz ograniczoną liczbę stacji meteorologicznych wymagających stałego zasilania sieciowego. Problemy z dotychczasowym podejściem były oczywiste:

• Ręczne zbieranie danych na nośnik pamięci w miejscu pomiaru jest kosztowne, a dane są dostępne dopiero po kilku dniach
• Pomiary prowadzono jedynie w kilku lokalizacjach z dostępem do elektryczności
• Brakowało danych o wzroście pni drzew

Wiedzieliśmy, że wyzwaniem będzie niezawodne mierzenie i przesyłanie temperatury oraz wilgotności względnej powietrza, wilgotności gleby i wzrostu pnia drzewa z urządzenia zasilanego bateryjnie przez kilka miesięcy.

Rozwiązanie

Nasz CHESTER IoT Hub z łącznością NB-IoT spełnia wymagania projektu. Do wewnętrznego czujnika temperatury, akcelerometru i modułu GPS dodaliśmy zewnętrzny czujnik temperatury i wilgotności, nasz własny pojemnościowy czujnik wilgotności gleby oraz dendrometr od czeskiej firmy EMS Brno. Urządzenie pozwala Forest Research monitorować:

• temperaturę powietrza na zewnątrz
• względną wilgotność powietrza na zewnątrz
• pozycję GPS
• wstrząsy i przechył drzewa
• szerokość pnia drzewa
• wilgotność gleby

Kluczowym elementem rozwiązania jest komunikacja przez sieć NB-IoT firmy Vodafone. Dzięki niskoenergetycznej konstrukcji CHESTER i technologii NB-IoT urządzenia mogą być zasilane bateryjnie i umieszczane na drzewach we wszystkich interesujących lokalizacjach, aby niezawodnie zbierać dane online. Zmierzone wartości są wysyłane do HARDWARIO Cloud, dalej do narzędzia wizualizacyjnego Grafana i w ręce naukowców, którzy wykorzystują je do znajdowania odpowiedzi na swoje pytania. Wyniki są dostępne dla naukowców w Grafanie oraz przez REST API, a dane są ponadto regularnie pozyskiwane za pomocą eksportów CSV.

Jako dodatkowa korzyść projekt umożliwił również firmie Vodafone UK przetestowanie pokrycia sygnałem NB-IoT - informację, którą mogą wykorzystać przy rozważaniu dalszej rozbudowy sieci.

Wyniki

Dzięki tej współpracy z Vodafone UK i HARDWARIO Defra i Forest Research uzyskują teraz dane online o warunkach klimatycznych w lasach. Pozwala im to badać, jak zmieniające się warunki klimatyczne wpływają na wzrost drzew w czasie, a także różnice między mikroklimatami, regionami i gatunkami drzew. Wdrożone urządzenia CHESTER będą wysyłać wymagane dane przez miesiące i lata bez dostępu do gniazdka elektrycznego.

“Nieustannie poszukujemy sposobów wykorzystania innowacyjnych technologii do usprawnienia zbierania danych. W tym projekcie skupiliśmy się na monitorowaniu lasów, ale zamierzamy wykorzystywać te technologie do niemal wszystkiego w środowisku. Ten innowacyjny projekt ma potencjał zmienić i znacząco usprawnić sposób, w jaki zbieramy i analizujemy dane, ponieważ znacznie ogranicza liczbę osobistych wizyt w miejscach pomiarowych, zwłaszcza tych oddalonych. Projekt pozwoli nam również zgromadzić więcej danych - kluczowych dla oceny wpływu poszczególnych drzew na zmiany klimatu. Jeśli okres testowy zakończy się sukcesem, mamy nadzieję, że rozszerzy się na inne obszary monitoringu środowiska i będzie oznaczać zasadniczą zmianę w ilości danych, które możemy zbierać i analizować.”

Dr Matthew Wilkinson, Forest Research

“Drzewa są wyjątkowym zasobem naturalnym, który odgrywa kluczową rolę w walce z kryzysem bioróżnorodności i klimatu, w obliczu którego stoimy. To ekscytujące partnerstwo wykorzystuje nowo powstające technologie IoT do poprawy naszego zrozumienia wpływu zmian środowiskowych na lasy naszego narodu, co pomoże nam kształtować naszą politykę. Nowa technologia dostarcza dane wyższej jakości i, co ważne, pozwala nam monitorować miejsca, do których obecne technologie nie są w stanie dotrzeć.”

Malcolm McKee, Chief Technology Officer, Defra

“Dzięki naszemu partnerstwu z HARDWARIO mogliśmy wdrożyć wysokiej jakości urządzenia IoT, które odegrały kluczową rolę w tym udanym projekcie. Skorzystaliśmy z ich wiedzy eksperckiej w zakresie niskoenergetycznej elektroniki i technologii NB-IoT, a także z ich osobistego wsparcia technicznego. Cieszę się na dalszą współpracę z HARDWARIO w przyszłości.”

Stephen Di Laudo, Client Director for Central Government, Vodafone