Zazieleńmy miasto: czujniki IoT dla drzew w mieście

Od kilku lat większość miast w Europie zmienia swój wygląd. Jak? Oczywiście dzięki roślinom. Rewitalizacja powoli staje się dla samorządów priorytetem numer jeden. Na ulicach, nawet tych najbardziej ruchliwych, pojawia się coraz więcej zieleni. Po wielu latach zrozumieliśmy, że w miastach brakuje nam zieleni. Okazuje się jednak, że posadzenie nawet najmniejszego drzewa to długi proces, który wymaga dużej wiedzy. Przykładów urbanizacji i rewitalizacji nie musimy szukać daleko. Nasz rodzinny Lublin właśnie rozpoczął przebudowę jednej z głównych ulic miasta. Droga była stara i zniszczona, ale wciąż bardzo ważna dla większości mieszkańców. Przed remontem władze miasta rozmawiały z mieszkańcami o zmianach. Skonfrontowanie planów z opinią mieszkańców było bardzo ważne – w końcu zmiany są dla nich. Przebudowa ulicy Racławickiej obejmuje posadzenie 170 drzew i ponad 5,5 tysiąca krzewów. Wykonawca zabezpieczy rabaty i misy wokół drzew przed nadmiernym parowaniem specjalnymi matami przykrytymi warstwą kompostowanej, rozdrobnionej kory drzew iglastych. Dolne części pni zostaną osłonięte specjalnymi plastikowymi osłonami, które chronią korę przed uszkodzeniem, np. podczas koszenia. To standardowe zabiegi przy nowych nasadzeniach w mieście. 

Ale co, jeśli brakuje miejsca na rośliny, zwłaszcza na drzewa, które z czasem urosną wysokie i rozłożyste? 

Pojawiają się wyzwania

Wszystko wydaje się proste, ale trudno sobie wyobrazić, ile rozwiązań trzeba znaleźć przed inwestycją. Planowanie rewitalizacji w mieście wiąże się z wieloma wyzwaniami. Żeby drzewo wyrosło wysokie i zdrowe, nie wystarczy wykopać dołu, posadzić drzewa i przysypać go ziemią. Najbardziej oczywiste problemy to ograniczona przestrzeń między budynkami i utwardzone nawierzchnie. Trudno stworzyć warunki, w których drzewo będzie mogło bez przeszkód rosnąć pod powierzchnią, bez wpływu czynników zewnętrznych. Dlatego, żeby posadzić drzewo, trzeba przygotować specjalne konstrukcje, które utrzymują twardą nawierzchnię nad korzeniami. Dzięki temu roślina nie jest przygniatana i może normalnie rosnąć. Według firmy TreeBuilders, która ma doświadczenie w przekształcaniu przestrzeni miejskiej, są sposoby, żeby uniknąć tego problemu. Firma stosuje system TreeParker , który łączy zieloną, niebieską i szarą infrastrukturę. Co to oznacza? Podziemny system strukturalnych komórek glebowych daje korzeniom nieograniczoną przestrzeń do rozrostu i maksymalnie wykorzystuje miejsce pod ziemią. Wszystko dzięki specjalnym wspornikom. System czerpie z doświadczeń zebranych w licznych testach, projektach i rozmowach z architektami krajobrazu, klientami, wykonawcami i szkółkami, żeby zapewnić opłacalne i dopasowane do potrzeb rozwiązanie problemów z uprawą dużych drzew w mieście. Pojawia się jednak kolejne pytanie: jak sprawdzić, co dzieje się w glebie? 

Rozwiązanie

Poza konstrukcją trzeba też zbadać glebę. W tym przypadku gleba jest najważniejszą częścią całego projektu. Drzewo wyrośnie wysokie i zdrowe tylko wtedy, gdy gleba będzie w dobrym stanie i odpowiednio nawilżona. Są metody, które nie tylko usprawniają sadzenie drzew, ale też pozwalają dbać o rośliny przez wiele lat. Rozwiązanie zakłada zbieranie informacji ukrytych pod ziemią. Celem jest mierzenie stanu gleby i roślin przez całe życie drzewa bez wymiany czujników co kilka lat. Dzięki dedykowanym czujnikom wiemy, kiedy podlać drzewo, a kiedy gleba jest dobrze nasycona wodą – kontrola wilgotności jest bardzo ważna, bo zbyt dużo wody w glebie oznacza brak tlenu, a wtedy drzewa nie rosną. Do zbierania danych przez wiele lat można użyć sond wilgotności gleby PICO, przeznaczonych do monitorowania wilgotności objętościowej gleby i niektórych innych materiałów porowatych. Rozwiązanie zakłada użycie dwóch czujników, dzięki czemu informacje o wilgotności i temperaturze można odczytywać nawet przez 20 lat. Przez ten czas nie trzeba wymieniać ani ładować czujnika. 

Podejście bezprzewodowe

Jeden z pomysłów dotyczy połączenia między czujnikiem a serwerem. Koncepcja zakłada umieszczenie w ziemi autonomicznych czujników z długowieczną baterią. Jak zebrać odczyty z ukrytego czujnika? Odpowiedź jest prosta: przez transmisję bezprzewodową LoRaWAN – odczyty trafiają do bramki LoRaWAN z odległości kilkuset metrów. Architektura serwerowa składa się z 2 serwerów. Jeden z nich to agregator, który przechowuje wszystkie dane i odpowiada za komunikację między serwerem a czujnikiem. Drugi, serwer aplikacji, odpowiada za zarządzanie, konfigurację i monitorowanie danych z odczytów, z których powstają alerty i statystyki. 

Zalety: łatwa instalacja (bez kabli, wystarczy zamontować czujnik), samodzielność (rozwiązanie nie wymaga obsługi przez cały czas życia baterii), odporność na uszkodzenia z zewnątrz. 

Wady: koszt baterii (te o długiej żywotności są dość drogie). 

Podejście przewodowe

To nie wszystko. Inny pomysł to wykorzystanie PoE. Ta koncepcja nieco różni się od pierwszej: zakłada sieć czujników umieszczonych w ziemi, połączonych i zasilanych przez Power over Ethernet (PoE). Sieć jest podłączona do bramki, w której przełącznik zasila czujniki i w dowolnej chwili uruchamia odczyty. Bramka ma dodatkowe mechanizmy przetwarzania odczytów, które przygotowują pakiety danych do wysłania na serwer w chmurze przez łącze WAN w module GSM. 

Zalety: stabilność (brak zakłóceń radiowych), stosunkowo niska cena urządzenia (bez baterii, dane trafiają bezpośrednio do internetu), mniejsze zużycie energii (można je odłączyć, gdy nie jest używane). 

Wady: bardziej złożona instalacja, a w trakcie użytkowania ryzyko przecięcia przewodu.

Przykłady zastosowania czujników

To tylko jeden przykład tego, jak usprawnić rewitalizację miasta z korzyścią dla nas wszystkich. W Chile na drzewach montuje się specjalne czujniki. Urządzenie stale monitoruje powietrze i przesyła dane do systemu, który wykrywa początek pożaru lasu. Dzięki temu strażacy szybciej dowiadują się o zagrożeniu w lesie. 

Źródło: Fastcompany.com

Źródło: Entel

Jest też firma z Bergen, która pracuje nad projektem miejskiej uprawy w kształcie drzewa. Glasir to projekt rozwijany od 2018 roku. Zakładał, że na ulicach Brooklynu staną specjalne drzewa ukryte w szkle. Według założeń Glasir miał być wyposażony w czujniki ze sztuczną inteligencją, które monitorowałyby wzrost roślin i warunki środowiskowe.

Źródło: FramLab

Dobry przykład z naszego rodzinnego miasta to miejski program Smart Mobility. Inteligentny System Transportowy usprawnia ruch samochodów na ulicach. Pomaga zapobiegać korkom i dba o bezpieczeństwo mieszkańców. System odpowiada za zarządzanie ruchem, zarządzanie mobilnością, pobieranie opłat i informację, a także może współpracować z podobnymi systemami w innych rodzajach transportu.

Źródło: lublin.eu

Wygląda więc na to, że technologia oparta na czujnikach może być nie tylko nowoczesna, ale też bardzo przydatna na co dzień i korzystniejsza dla budżetu miasta. 

Lepsze jutro dla nas wszystkich

To rozwiązanie przynosi wiele korzyści i można z niego korzystać przez lata. Celem jest zbieranie przez długi czas danych o drzewach, ich kondycji i wilgotności gleby. Może się sprawdzić nie tylko przy drzewach sadzonych dziś w mieście, ale też przy przyszłych nasadzeniach, gdy stare drzewa będą wymieniane. Dotąd najpopularniejsze czujniki wilgotności działały tylko kilka lat albo krócej, co rodziło problemy i dodatkowe koszty. Budując taki innowacyjny system, dbamy o przyszłość naszych ulic. Opisane w artykule rozwiązania są długoterminowe i elastyczne. W zależności od potrzeb i budżetu oba projekty można modyfikować. W końcu celem każdego projektu smart city jest poprawa jakości życia mieszkańców. Technologia staje się podstawowym narzędziem każdego decydenta i ma duży wpływ na świat, jaki widzimy.