本文由日經BP社日經技術在線logo提供

森林在全世界陸地面積中所占的比例高達約30%,但各國都存在森林遭到破壞、山火、洪水等困擾。做為保護森林的有效手段,活用IoT(物聯網)的時機正日漸成熟。歐美已經啟動了在森林中設置感測器,通過收集地表的照度和溫度數據管理森林,以及通過早期檢測山火和洪水來預防災害的項目。

在利用IoT保護森林的項目方面,最積極的當屬美國。因為美國正面臨著占國土3成的廣闊森林地區的氣候發生變化、空氣汙染、生態系統變化、亂開發等問題,推進森林保護措施成為了緊要課題。

美國農業部下屬的林務局(United States Forest Service)從2015年3月開始,改變了過去的書面彙報的方式,啟動了使用IoT、通過無線感測器網路採集森林的所有數據,並且進行電子化的「智慧森林」(Smart Forest)項目。

美國利用IoT管理20處森林

林務局在美國管理著共80處森林,其中的20處成為首批智慧森林。

能預警火災或洪水!美國出現20處「智慧森林」,用物聯網保護樹木們
圖1:美國林務局的「智慧森林」地圖。發射電波的綠樹標誌和藍色方塊是設置了通信功能和感測器的智慧森林,全美共20處。紅點是林務局管理的其他森林 (出處:美國林務局)

智慧森林採集的數據包括氣候(溫度、降水量、相對濕度和風速等)、空氣污染(臭氧、NOx、SOx等)、水質、CO2(二氧化碳)、動植物的圖像和音頻等多種類型,這些數據在經過分析後,將用於森林保護。今後還將建設火災、洪水、乾旱等災害的預警系統。

該項目正在設置各種感測器、電源、數據記錄器、感測器到基地台的通信系統、連接網際網路的基地台等。2015年設置了檢測物理數據的溫度、濕度、降水量、風速等各類感測器,以及查看森林情況的網路攝影鏡頭。電源使用與通常的商用電源和系統網路彼此獨立的光伏發電系統等。

IoT基礎設施採用的系統,由美國國立科學財團(NSF)出資的項目「National Ecological Observatory Network (NEON)」負責開發,計劃將該系統做為標準,提高採集的數據的相容性和項目費用的投資效果。

西班牙利用IoT防災

在歐洲,在積極推進IoT在森林中的應用的是西班牙。一個具有代表性的例子,是在約有5萬人口的郊外小鎮拉加羅查實施的項目。這座小鎮位於巴塞隆納的東北方向,地處加泰羅尼亞州的赫羅納省。拉加羅查因為森林多,所以發生山火的風險高,而且在河流氾濫的時候,還有可能受到洪水侵襲,因此,為了防範山火和洪水,當地推行了使用IoT的智慧化。

感測器收集的資訊包括火災資訊、CO2和空氣汙染等環境資訊、河流水位等,多達40種。感測器節點設置有太陽能電池板和蓄電池,能多年維持獨立運轉。設備為模組結構,可嵌入不同種類的感測器,從而降低了成本。感測器和感測器網路由西班牙的風險企業Libelium Comunicaciones開發。

為了獲得火災資訊,該項目在樹木及其他地方,設置了11處測量溫度、濕度、CO2、CO(一氧化碳)的感測器節點,通過分析傳回的資訊,判斷是否發生了火災。

能預警火災或洪水!美國出現20處「智慧森林」,用物聯網保護樹木們
圖2:拉加羅查的森林中設置的用來監控山火的無線感測器節點 (出處:Libelium Comunicaciones)

為獲得各種環境資訊,在房屋的屋頂等位置設置了7處檢測CO2、NO2(二氧化氮)、空氣污染物〔NH3(氨)、H2S(硫化氫)、乙醇、甲苯〕和石油成分的感測器節點。為獲得洪水資訊,在跨越河流的橋上,設置了16處配備超音波感測器的感測器節點,用來監控河流的水位。

能預警火災或洪水!美國出現20處「智慧森林」,用物聯網保護樹木們
圖3:拉加羅查的橋樑上設置了洪水警報用感測器節點 (出處:Libelium Comunicaciones)

還準備了清楚明白的界面

各個感測器發回的資訊,首先經由WiFi發送至各地設置的通訊閘,然後再通過長距離傳輸匯集到數據中心。感測器網路方面,除WiFi外,還支援3G/GPRS、藍牙和ZigBee等。

數據中心負責即時監控火災和洪水的發生,一旦出現問題,資訊將立即上報給地方政府的相關部門,實施滅火活動和洪水對策。

該平台還準備了讓用戶能夠清楚明白地查看這些資訊的界面。這些資訊還有助於從長期改變城市的結構、制定出更有效的措施。