Par Claire Swedberg
7 novembre 2011 — en sierra Nevada, les noeuds sans fil de
sonde transmettent des données indiquant la quantité de neige qui est tombée ou a fondu, aussi bien que la sol-saturation nivelle. Finalement, toute cette information peut être employée pour calculer le volume de l'eau disponible aux dizaines de millions de résidents et d'entreprises localisés en aval.
Une étape en atteignant ce but est programme de
SierraNet-a couru conjointement par des chercheurs de l'
Université de Californie (UC) chez le
Berkeley du système scolaire et les campus de
Merced. Le premier projet de SierraNet a lieu à la région des
Rois River Experimental Watershed, et fait partie de la
sierra du sud observatoire (CZO) — un laboratoire environnemental de
zone critique de Nevada. Les projets de SierraNet sont menés par Steven Glaser, un professeur d'Uc Berkeley de l'ingénierie civile et environnementale, et des balles de Roger, d'un professeur d'UC Merced de l'ingénierie et du directeur de la
sierra institut de recherche de Nevada (SNRI). L'équipe de Glaser lance maintenant une installation beaucoup plus grande des sondes sans fil, diffusion à travers le bassin de la rivière américaine, avec une concession $2 millions du
National Science Foundation (NSF). La concession, attribuée en septembre 2011, sera distribuée au cours de quatre ans.
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Steven Glaser fixe un des noeuds de sonde installé en sierra Nevada. |
L'installation américaine de rivière fournira une vue beaucoup plus grande dans le mouvement de l'eau provenant de la sierra Nevada, afin d'aider à prévoir l'approvisionnement en eau en aval, où les centres urbains emploient l'eau qui vient de ce secteur. En fait, Glaser dit, ce sera le plus grand réseau sans fil écologique dans le monde.
La sierra du sud projet de Nevada CZO est une petite partie d'un « Internet de l'eau » cette des chercheurs à quatre UC campus-Berkeley et Merced, aussi bien que
Davis et
Santa Cruz-tâchent de créer. L'effort plus grand, officiellement connu sous le nom de « initiative intelligente d'infrastructures de l'eau, » prévoit pour dépister le volume et l'écoulement de l'eau dans les montagnes, les couches aquifères et le delta de Sacramento-San Joaquin River de la Californie, et pour rendre toute la cela des données disponibles au public sur l'Internet, en temps réel.
Des projets initiatiques d'infrastructures intelligentes de l'eau sont soutenus par le
centre pour la recherche de technologie de l'information dans l'intérêt de la société (CITRIS), un programme pluridisciplinaire qui enjambe les campus de Berkeley, de Davis, de Merced et de Santa Cruz de l'UC, en plus de plus de 60 associés industriels.
La quantité de neige et d'eau dans les montagnes est d'intérêt à beaucoup d'agences de la Californie et de réunions intimes, y compris des responsables de division de l'eau, des agriculteurs, des générateurs d'hydroélectricité, des gestionnaires de ressources de faune et des planificateurs industriels. Comprenant la profondeur de la neige qui tombe tous les ans dans les montagnes, et quand et de la façon dont cette neige fond, a exigé les mesures manuelles qui sont prises seulement sporadiquement. Typiquement, un chercheur mesurerait des profondeurs de snowpack à de divers sites de montagne, enregistrant manuellement les résultats, jusqu'à quatre fois annuellement. Cependant, une solution automatisée a pu fournir des mesures toutes les 15 minutes tout au long de l'année. Les scientifiques indiquent qu'avec les résultats limités des mesures manuelles de snowpack, ceux qui doivent estimer que quantité de l'eau choisissent souvent d'assumer les pires scénarios, qui peuvent mener à de telles répercussions comme des agriculteurs plantant moins acres de cultures qu'elles pourraient si elles avaient accès à des données plus précises d'eau-ressource.
Avec le CZO existant, aussi bien que d'autres déploiements financés par le NSF, chercheurs emploient l'active les étiquettes de 2,4 gigahertz qui communiquent par l'intermédiaire d'un
protocole de réseaux de la poussière qui construit sur la norme d'IEEE 802.15.4e d'ébauche pour les réseaux de secteur personnel sans fil. Glaser est bien familiarisé avec technologie-il faisait partie de l'équipe d'Uc Berkeley qui l'a développé il y a 10 ans, menant finalement pour épousseter l'établissement des réseaux.
Le CZO SierraNet projet-situé en crique de Providence, au sud de lac shaver, et environ une heure à l'ouest des Fresno-envergures plus de 1,5 kilomètres carrés (0,6 milles carrés). Le réseau maillé en place à ce site inclut un total d'approximativement 60 noeuds sans fil de
sonde (utilisant des données d'un total de 300 sondes qui capturent les données rapportées pour salir et la neige) placés jusqu'à 150 mètres (492 pieds) à part.
Chaque noeud sans fil est établi dans une boîte montée sur un poteau 12 pied-grand. La boîte contient un
transpondeur de 2,4 gigahertz, actionné par une batterie d'aa, une batterie rechargeable de gel-cellule (pour actionner les sondes) et une
puce pour stocker des données de sonde. Les sondes elles-mêmes sont montées au même poteau, ou sont enterrées dans le sol environnant. Les sondes souterraines mesurent l'humidité de sol, la température et l'aspiration de matrice (un paramètre qui sert à indiquer la quantité de l'eau disponible aux usines). Les sondes poteau-montées, placées à une taille suffisamment pour rester au-dessus du snowpack lui-même, de la profondeur de neige de mesure, de la température, du rayonnement solaire et de l'hygrométrie. La batterie de sonde est rechargée par un panneau solaire monté sur un bras s'étendant du poteau, sur lequel est une
antenne pour des données de transmission.
Toutes les 15 minutes, chaque transpondeur transmet les mesures des sondes, avec son propre
identifiant unique, par l'intermédiaire du protocole (TSMP) de la maille synchronisé par temps des réseaux de la poussière, qui construit sur la norme de l'ébauche 802.14.5e. Que l'information est saisie par les transpondeurs adjacents, situés jusqu'à environ 150 mètres de parti, ou par une « trémie » — un
émetteur-récepteur a prévu pour expédier des données quand la force du signal entre les transpondeurs « n'est pas assez forte pour expédier ces transmissions. Les données sont alors envoyées à un passage, installé sur une station centrale attachée 50 à une tour (164-foot-tall) mètre-grande, au-dessus de niveau d'arbre. Le passage reçoit l'information et utilise une connexion cellulaire pour la transmettre logiciel de nouveau à chercheurs », sur un serveur accessible par l'intermédiaire d'un ordinateur ou d'un iPhone d'
Apple. Le logiciel stocke et interprète les mesures, et les chercheurs peuvent regarder ces résultats afin de déterminer des détails concernant l'eau et le snowpack dans les montagnes.
Le projet américain de rivière inclura un réseau des sondes qui couvrent des segments d'un secteur de 2.000 place-milles de la ligne de partage américaine de rivière en sierra Nevada. Glaser dit que les chercheurs installeront 25 réseaux différents de sonde (chaque bâche environ 1 kilomètre carré) dans les parties distinctes du bassin fluvial, y compris des pentes de nord et de sud-revêtement, terrains découverts boisés et, et des terres plates et accidentées, à un grand choix d'altitudes. Chaque réseau inclura un passage et 25 noeuds sans fil basés sur TSMP avec les sondes multiples attachées à lui. Chaque
station de base communiquera avec le logiciel principal au moyen d'un système de transmission bi-directionnel de radio À ONDES MÉTRIQUES, ou par l'intermédiaire d'un cellulaire ou satellite connexion-bien que ceux avec les connexions satellites puissent seulement envoyer des transmissions, ne pas les recevoir.
Dans ce cas, Glaser dit, le
transpondeur de chaque noeud sera enfoncé dans un « panneau de cerveau » qui permettra à des chercheurs de changer à distance des instructions en systèmes l'uns des de
sonde, en transmettant des données de nouveau au transpondeur. Actuellement, il dit, il travaille à concevoir et à mettre en application le panneau de cerveau, aussi bien que sur améliorer le matériel de sonde, tel que déterminer le meilleur emplacement pour câbler des sondes au transpondeur, et disposition de conception optimiser chaque du réseau maillé. En outre, il dit, « nous fera juste ce qu'il faut de programmation de bas niveau, » pour s'améliorer sur le logiciel pour le de large volume des données ces le système se produira. Les chercheurs doivent également travailler avec le
Service Forestier des États-Unis pour que l'autorisation installe la technologie sur la terre fédérale.
Une fois que la neige fond, au printemps 2012, chercheurs et étudiants universitaires prévoient d'installer les noeuds et les sondes, qui sont attendus pour commencer immédiatement à rassembler et transmettre des données. Les scientifiques anticipent partager l'information au commencement avec le
secteur de service municipal de Sacramento, qui pourra employer l'information pour optimiser sa stratégie pour actionner les barrages locaux. Le public et d'autres entités pourront également accéder aux données par l'intermédiaire du site Web de SierraNet.
En fin de compte, Glaser dit, le groupe de recherche a l'intention d'installer des réseaux de sonde sur d'autres couches aquifères, afin de créer un système par état de volume calculateur de l'eau de sorte que ceux utilisant l'eau puissent améliorer le plan leurs activités. Quand le système par état serait en place a pour être déterminé encore.
