Ricerca

Sistema di Monitoraggio Integrato

Il sistema di monitoraggio TreeTalker

Il dispositivo TreeTalker è tipicamente montato sul tronco di un albero a circa 1.2 metri di altezza dal suolo ma può essere anche installato su rami secondari purché il ramo abbia un diametro di almeno 5 cm.

Cuore del TreeTalker (TT) è un microcontrollore con processore ATMega328 racchiuso in un box di 11,5x6,5x6 cm che acquisisce segnali da un numero di sensori progettati per la misurazione di variabili eco-fisiologiche tra cui: trasporto del flusso xilematico nel tronco (sap flow), firma multispettrale della luce trasmessa attraverso la chioma dell’albero, temperatura e umidità relativa dell’aria. Le acquisizioni dei sensori avvengono con frequenza oraria, sono registrate nella memoria interna del TT (16MB) e allo stesso tempo inviate in modalità wireless via radio, mediante protocollo LoRa, ad un nodo centrale (TT-Cloud) installato su un albero al centro del campo che funge da gateway per il cluster dei singoli dispositivi TT. Il gateway memorizza i dati ricevuti in un file di testo di tipo CSV (Comma-separated Values) e, con frequenza oraria, li inoltra al Cloud Data Server tramite connessione GPRS.

Il Cloud Data Server conserva un file di testo per ogni TT-Cloud e, con frequenza oraria (tranne in caso di assenza di connessione), consente che siano aggiunti i nuovi dati rilevati dai sensori in campo trasmessi al gateway. In assenza di segnale GPRS, i dati sono inviati dal TT-Cloud non appena il segnale torna nuovamente disponibile.

Ogni microcontrollore contenuto nei TT è dotato di convertitore analogico-digitale (ADC) capace di leggere i segnali analogici, come la temperatura dell'aria e l'umidità relativa, e convertirli in record digitali. L'ADC legge la tensione effettiva del sensore, che a sua volta è influenzata dal voltaggio di alimentazione (3.7V) e dalle condizioni ambientali circostanti, e la mappa all'interno di una scala discreta di valori determinati dalla risoluzione dell'ADC. I TT installati nel campo di Santa Maria di Cerrate sono dotati di un ADC a 17 bit di risoluzione che li rende in grado di discriminare 131072 (ovvero 2^{17}) intervalli discreti di variazioni di tensione del sensore. Di conseguenza, molte variabili misurate dai sensori e salvate nel master log (raw data) sono valori digitali di senso elettronico che variano generalmente tra 0 a 131071 ma che non hanno ancora nessun significato fisico o eco-fisiologico. Tali valori digitali necessitano di essere convertiti nel valore e nell'unità di misura fisica/ecofisiologica di pertinenza. Altre variabili, come la temperatura e l'umidità relativa dell'aria, sono già calcolate nell'unità di misura pertinente e successivamente salvati nel master log già dal firmware presente nel TT.

Nel complesso, i raw data sono quelli contenuti nel file di CSV incrementato e aggiornato con frequenza oraria nel Cloud Data Server.

Piattaforma di analisi dei dati

La piattaforma di analisi dei dati è ospitata presso il CMCC Supercomputing Center ed ha come obiettivo quello di collezionare i dati dal Cloud data server e, dopo opportune elaborazioni, metterli a disposizione dell’interfaccia web. La piattaforma è composta da una serie di moduli che, orchestrati opportunamente, consentono l’accesso alle informazioni rilevanti che possono essere estrapolate dai valori grezzi misurati dai TreeTalker in campo. Nella figura seguente è visualizzato il modello schematico del sistema, costituito da tre livelli: procedura di ETL (Extraction - Transformation - Loading), database spazio-temporale e RESTful API service.

**Figura 2.** Architettura distribuita del sistema di monitoraggio integrato.