Un dron basado en sensores para la detección de contaminantes en ciudades ecológicas: diseño de hardware y aplicación de análisis de datos
Autores: De Fazio, Roberto; Dinoi, Leonardo Matteo; De Vittorio, Massimo; Visconti, Paolo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un dron basado en sensores para la detección de contaminantes en ciudades ecológicas: diseño de hardware y aplicación de análisis de datos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Aumento
Desperdicio
Contaminación
Nodo sensor
Monitoreo
Dron
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 46
Citaciones: Sin citaciones
El aumento de los residuos producidos es un síntoma de un uso ineficiente de los recursos, los cuales deberían ser mejor aprovechados como recursos para energía y materiales. La contaminación del aire generada por los residuos provoca impactos que son percibidos por una gran parte de la población que vive en y alrededor de las principales áreas urbanas. Este documento presenta un nodo sensor móvil para monitorear la contaminación del aire y del ruido; de hecho, el sistema desarrollado está instalado en un dron RC, monitoreando rápidamente grandes áreas. Se basa en una placa Raspberry Pi Zero W y un amplio conjunto de sensores (es decir, NO, CO, NH, CO, COV, PM y PM) para muestrear el parámetro ambiental en intervalos de tiempo regulares. Se desarrolló un algoritmo de clasificación adecuado para cuantificar el nivel de tráfico a partir del nivel de ruido (NL) adquirido por el micrófono incorporado. Además, el dron está equipado con una cámara e implementa un algoritmo de reconocimiento visual (Fast R-CNN) para detectar incendios de residuos y marcarlos con un receptor GPS. Además, se desarrolló el firmware para gestionar la operación de la unidad de detección, así como la sección de suministro de energía. En particular, se analizó el consumo del nodo en dos casos de uso, y se dimensionó la capacidad de la batería necesaria para alimentar el dispositivo diseñado. Las pruebas en campo demostraron el correcto funcionamiento del sistema de monitoreo desarrollado. Finalmente, se desarrolló una aplicación en la nube para monitorear de forma remota la información adquirida por el dron basado en sensores y cargarla en una base de datos remota.
Descripción
El aumento de los residuos producidos es un síntoma de un uso ineficiente de los recursos, los cuales deberían ser mejor aprovechados como recursos para energía y materiales. La contaminación del aire generada por los residuos provoca impactos que son percibidos por una gran parte de la población que vive en y alrededor de las principales áreas urbanas. Este documento presenta un nodo sensor móvil para monitorear la contaminación del aire y del ruido; de hecho, el sistema desarrollado está instalado en un dron RC, monitoreando rápidamente grandes áreas. Se basa en una placa Raspberry Pi Zero W y un amplio conjunto de sensores (es decir, NO, CO, NH, CO, COV, PM y PM) para muestrear el parámetro ambiental en intervalos de tiempo regulares. Se desarrolló un algoritmo de clasificación adecuado para cuantificar el nivel de tráfico a partir del nivel de ruido (NL) adquirido por el micrófono incorporado. Además, el dron está equipado con una cámara e implementa un algoritmo de reconocimiento visual (Fast R-CNN) para detectar incendios de residuos y marcarlos con un receptor GPS. Además, se desarrolló el firmware para gestionar la operación de la unidad de detección, así como la sección de suministro de energía. En particular, se analizó el consumo del nodo en dos casos de uso, y se dimensionó la capacidad de la batería necesaria para alimentar el dispositivo diseñado. Las pruebas en campo demostraron el correcto funcionamiento del sistema de monitoreo desarrollado. Finalmente, se desarrolló una aplicación en la nube para monitorear de forma remota la información adquirida por el dron basado en sensores y cargarla en una base de datos remota.