Aan de rand van de campus van Virginia Tech, op een stuk landbouwgrond dat maar weinig studenten ooit bezoeken, kleine dozen dwarrelen door de seizoenswisseling naar de winter, het verzamelen en verzenden van gegevens die het voor wetenschappers gemakkelijker zullen maken om gegevens over landschappen te monitoren en te verzamelen.

Deze veldtest van een omgevingsdetectiesysteem is een stap in een project tussen het College van Natuurlijke Hulpbronnen en Milieu; Innovatieve draadloze technologieën, een toonaangevend bedrijf voor draadloze mesh-netwerken met het hoofdkantoor in Lynchburg, Virginia; en het Pacific Northwest National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie. Het project werd gefinancierd door een subsidie ​​van het Department of Energy Small Business Innovation Research, bedoeld om te verfijnen, ontwikkelen, en nieuwe technologieën te bevorderen.

"De oproep voor deze subsidie ​​was gericht op ondergrondse milieumonitoring en de ontwikkeling van nieuwe sensornetwerken en communicatieplatforms, " legde Daniel McLaughlin uit, assistent-professor bij het Department of Forest Resources and Environmental Conservation en hoofdonderzoeker van Virginia Tech bij het project. "Het primaire doel is om de manieren te verbeteren waarop we het lot en het transport van bepaalde milieubestanddelen en verontreinigingen kunnen volgen."

Het geïntegreerde detectiesysteem voor de omgevingskwaliteit, genaamd Envōk, is een door de gebruiker geïmplementeerd netwerk dat bestaat uit draadloze microverwerkingsknooppunten die verbinding kunnen maken met een breed scala aan omgevingssensoren. Een raster van deze knooppunten communiceert via een draadloze gateway met een server waarmee operators de sensoren op afstand kunnen bedienen.

Het testen van dit systeem vindt plaats langs Stroubles Creek op land dat is bestemd voor het StREAM Lab van het Department of Biological Systems Engineering. Naast McLaughlin, Universitair hoofddocent Kevin McGuire en universitair hoofddocent Brian Strahm, zowel van het Department of Forest Resources and Environmental Conservation, en assistent-professor Ryan Stewart van de School of Plant and Environmental Sciences van het College of Agriculture and Life Sciences nemen deel aan het project.

Matthijs Visser, de hoofdonderzoeker voor innovatieve draadloze technologieën, beschreef de site als een ideale locatie om de capaciteiten van het systeem te testen. "We hebben een eerste versie van ons eindproduct, en we wilden dat product evalueren in een veldsimulatie, " zei hij. "Virginia Tech levert die evaluatie. Ze nemen het systeem over en, met steun van ons, ze gaan het evalueren en kijken of het voldoet aan de criteria die we voor het project hebben gesteld."

Voor Virginia Tech-onderzoekers, het testen en evalueren van het Envōk-systeem ging van kleine softwarevoorkeuren tot brede overwegingen van detectiecapaciteiten en monitoringstructuren.

"We beoordelen en stemmen het systeem af op de behoeften van de gebruikers, variërend van softwareontwerp en installatieopties tot wat voor soort uitgangen en sensoren het nuttigst zijn in veldtoepassingen, "Zei McLaughlin. "We hebben onderzocht wat voor soort triggers en communicatiemogelijkheden er zouden moeten zijn en wat voor soort geheugen en batterijconfiguratie het systeem zou moeten hebben."

Een cruciaal onderdeel van het systeem, verder dan installatiegemak en de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van gegevensbewaking, stelt gebruikers in staat een breed scala aan sensoren in één systeem te integreren. "Er zijn nu veel sensoren beschikbaar, en wat achterblijft, is een eenvoudig inzetbaar sensornetwerk waarmee een team sensoren van elke leverancier en voor een breed scala aan parameters kan gebruiken, ' legde McLaughlin uit.

Een ander doel van het project is het ontwerpen van een systeem waarmee gebruikers met het monitoringnetwerk kunnen "spreken" met behulp van mobiele apparaten of pc's en de door sensoren verzamelde gegevens kunnen wijzigen als de omstandigheden variëren.

"We richten ons op gebruiker-naar-netwerkcommunicatie, maar ook op communicatie tussen knooppunten, waar metingen op één knooppuntlocatie gespecificeerde meetprotocollen op verre knooppunten kunnen activeren, "Zei McLaughlin. "Laten we zeggen dat één meetlocatie zich in een stroom bevindt, en een vooraf gedefinieerde toestand, zoals een stijgend waterpeil, wordt geactiveerd. We willen dat dat knooppunt de capaciteit heeft om knooppunten verderop in het netwerk te vertellen dat bijvoorbeeld, beginnen met het opnemen van gegevens in een sneller tempo."

Op het terrein van Stroubles Creek, sensoren meten het waterpeil, bodemdynamiek, koolstof fluxen, en stroomomstandigheden in de komende drie maanden. Virginia Tech-onderzoekers zullen de hardware en duurzaamheid van het systeem testen, de communicatiemogelijkheden tussen knooppunten en naar de server, en realtime aanpassingen aan sensormetingen die adaptieve modellering en data-analyse mogelijk maken.

De volgende fase van het project, gepland voor lancering in het voorjaar van 2019, zal een grotere veldtest zijn langs de Columbia River in de staat Washington, waar het Pacific Northwest National Laboratory het voortouw zal nemen bij het verifiëren van het Envōk-product terwijl het op weg is naar commercialisering.

"We zullen een volledig functionerend systeem inzetten op de Hanford-site, een voormalige nucleaire productiefaciliteit langs de rivier, met vijf keer zoveel knooppunten en extra sensortechnologieën, Fisher zei. "Dat zal de evaluatieperiode van de productie zijn, de laatste test van het systeem voordat we met de productie beginnen."

Het project heeft de potentie om het verzamelen en verwerken van veldgegevens dynamischer en gemakkelijker te maken voor wetenschappers.

"Dit project gaat niet alleen over wat we kunnen meten, maar het ontwikkelen van nieuwe manieren om die metingen uit te voeren en te communiceren. "Zei McLaughlin. "Ons doel is een gemakkelijk inzetbaar sensornetwerk dat flexibel is en met communicatiemogelijkheden voor realtime metingen over parameters en over grote studiegebieden."