Smart ESI: Yeni bir Okul modeli

Yazan: Soledad Escolar Akademik Planlama ve Smart ESI Direktör Yardımcısı.

80'lerde, her yerde bulunan bilgi işlemin babası olarak kabul edilen Mark Weiser, onu ilk kez teknolojiyi insanların günlük yaşamlarına entegre etme eğilimi olarak tanımladı, böylece her yerde (herhangi bir yerde), formatta ve zamanda) ve ayırt edilemez hale geldi. teknolojiden açık insanların kullandıkları (cep telefonları, tabletler, dizüstü bilgisayarlar vb.) [1]. Bu, gömülü bir sistemle, yani televizyon, buzdolabı veya scooter gibi başka bir büyük cihaza gömülü bir elektronik cihazla etkileşime izin verecek kullanıcı arayüzleri arayışına giden yolu açtı. Her yerde bulunan bilgi işlemi destekleyen temel teknolojiler, diğerlerinin yanı sıra mikroelektronik, iletişim, dağıtılmış sistemler ve kullanıcı arayüzlerini içerir.

Yirmi yıl sonra, küresel RFID (Radyo Frekansı Tanımlama) tanımlama sistemini yaratmasıyla tanınan Kevin Asthon, cihazlara atıfta bulunmak için Nesnelerin İnterneti (IoT) terimini icat etti (işler) onlara dünyayı görme, duyma ve koklama olanağı vererek güçlenenler [2]. Temsil eden bu vizyonda çok önemli bir değişiklik var. teknoloji insansız insanların hizmetinde. Etkileşime gerek yok açık Her yerde bulunan teknolojiye sahiptir, ancak özerktir (terimin çok geniş olduğu göz önüne alındığında, az ya da çok, kendi kendini yönetme, kendi kendine uyum sağlama, kendini koruma, kendi kendini onarma ve kendi kendini optimize etme) ve bilgi işlem kapasitesine sahiptir. , işleme, veri analizi, iletişim, akıl yürütme, karar ve eylem. Ev otomasyonu bize klasik bir örnek sunuyor: Eğer evdeysem, kışsa, saat 18.00:XNUMX'se ve dışarıdaki ışık seviyesi bir eşiğin altına düşerse, ışıklar etkinleştirilecek, panjurlar indirilecek ve ısıtma başlatılacaktır. açılacaktır. yanacaktır. Bu vizyonu destekleyen temel teknolojiler, daha önce bahsedilenlere ek olarak artık birden fazla kaynaktan gelen büyük miktardaki verilerin işlenmesini, bilgisayar ortamında bilgi işlem yapılmasını da kapsamaktadır. kenar veya bulutta, Yapay Zeka (AI) teknikleri veya Veri Bilimi.

Nesnelerin İnterneti şehirler, tarım, evler veya sanayi gibi birden fazla dikey alana bölünmüş durumda; Bunların hepsinde, çok sayıda olgunun gözlemlenmesi ve uygun eylem yoluyla insanların o ortam hakkında sahip olduğu bilgi düzeyini arttırmak yer almaktadır. Aynı zamanda enerji verimliliği veya dijitalleşme gibi çapraz alanlara da bölünmüştür. Bu alanlar atanır varsayılan olarak “akıllı” öneki: Akıllı şehir, akıllı endüstri, akıllı ev, vesaire. Ancak bilimsel topluluk, hangi özellik veya özelliklerin Nesnelerin İnterneti'ne zeka kazandırdığı konusunda bir fikir birliğine sahip değil. Alanında Akıllı şehirÖrneğin, durumu akıllılık satın alınabilir basitçe Örneğin, kirletici arabaların değiştirilmesi için sübvansiyon verilmesi, sokak lambalarının LED'lerle değiştirilmesi veya daha fazla kilometre bisiklet yolu inşa edilmesi gibi girişimler gibi kentsel gelişim düzeyini artırmayı amaçlayan eylemlerin benimsenmesiyle [3]. Bu girişimler alana akıllı karakter kazandırmak için yeterli mi? Şehir? Açıkça hayır: Bilgi ve İletişim Teknolojilerinin (BİT) akıllı alanın hayata geçirilmesinin bir parçası olarak dahil edilmesi gerekiyor. Bu konuda bilim camiasında bir fikir birliği var gibi görünüyor.

Akıllı şehirler alanında olduğu gibi akıllı üniversite kavramının tanımı konusunda da bir fikir birliği bulunmamaktadır.akıllı üniversite) ve kurumun misyonunu yerine getirmek için otomasyon, kontrol ve yönetim sistemleri, yapay zeka veya IoT dahil olmak üzere BİT kullanımında geleneksel üniversiteden farklı olduğu da genel olarak kabul edilmektedir. Bir başka örnek ise akıllı binalar alanında görülüyor (akıllı binalar). Benavente-Peces'e göre akıllı bina, bir binanın farklı nesnelerinin, sensörlerinin ve işlevlerinin birbirleriyle iletişim kurmasına ve etkileşime girmesine ve aynı zamanda kontrollü ve otomatik bir şekilde bir noktadan yönetilmesine olanak tanıyan bir dizi teknolojidir. mesafe. Binaların yönetimi, hem şehirlerde hem de üniversitelerde en kritik altyapılardan birini temsil etmeleri nedeniyle son derece önemlidir; çünkü en büyük harcamayı elektrik, su veya gaz gibi kamu hizmetlerine yoğunlaştırmaktadırlar. 4/2010/EU Direktifine göre [31] binalardaki enerji tüketimi, AB'de yaklaşık %5 ile toplam tüketimin en büyük paylarından birini temsil etmektedir; bu sorunu hafifletmek amacıyla son 40 yılda aşağıdaki politikaları desteklemiştir: İngilizce'de Neredeyse Sıfır Enerjili Binalar konseptine giderek yakınlaşıyoruz Enerji Sıfır Binalara Yakın (NEZB), enerji performansı çok yüksek olan ve sıfıra yakın ya da çok düşük miktarda enerji gerektiren, büyük oranda yenilenebilir kaynaklardan elde edilen enerjiyle karşılanabilen binalardır.

NEZB konseptine yaklaşmak için, son teknolojide [6], örneğin aydınlatma, HVAC (Isıtma ve Havalandırma İklimlendirme), otomasyon ve optimizasyon yoluyla akıllı binalarda enerji tasarrufu için birden fazla strateji önerilmiştir. Yangın önleme ve hava kalitesi sistemleri. Bu tür sistemler tipik olarak birden fazla sensörü entegre eden cihazlardan oluşur (örn. PIR[CB1] [MD2] , sıcaklık, nem, CO₂, PM'ler veya asılı parçacıklar, LED'ler) ve aktüatörler (örn. solenoid valfler)[CB3] [MD4]  ve çevre koşullarına ve kurulumun durum parametrelerine bağlı olarak hangi kullanıcı davranışlarının enerji tüketimine yol açtığını ve sistem ayarlarının buna göre nasıl ayarlanacağını belirlemek için sinir ağları, aracılar veya bulanık mantık gibi yapay zeka tekniklerine dayalı kullanıcı hizmetleri uygulayan. Kullanıcı güvenliğini ve konforunu korurken tüketimini optimize edin. Çok basit bir örnek, bir odadaki ışıkların ne zaman açılıp kapatılması gerektiğini belirlemek için alanların doluluğunu gözlemlemek ve kullanıcıları izlemekten ibaret olabilir.

proje akıllı ESI Seçim programında Bilişim Yüksek Okulu'nun (ESI) akıllı bir okula dönüştürülmesini öneren Merkez Müdürü Crescencio Bravo'nun bir girişimi olarak ortaya çıktı (akıllı fakülteMerkezin tüm altyapısını model olarak kullanarak, Okul ve çevresi hakkındaki bilgimizi arttırmayı amaçlayan, üzerinde bir dizi gelişmiş ve uzmanlaşmış hizmetin tanımlandığı akıllı bir üniversite merkezi modeli oluşturacak ve Nihai hedef, işleyişini, sürdürülebilirliğini ve verimliliğini artırmaktır. Böylece Akademik Planlama ve Akıllı ESI Alt Müdürlüğü liderliğinde yürüttüğümüz Smart ESI projesi ile; akıllılaştırma Yüksekokulumuzun konseptini hayata geçirebilmesi için gerekli teknolojik olanakları sağlamak, akıllı üniversite. Tasarımında bu akıllılaştırma sürecinin şöyle olmasını önerdik:

1. enineAkıllı ESI ve Dijital Hizmetler Komisyonu aracılığıyla temsil edilen ESI araştırma gruplarının işbirliğine dayalı; [CB5] [MD6] 
2. şeffafüniversite topluluğunun (profesörler, PAS, öğrenciler) danışabileceği açık verilerin kullanılması yoluyla;
3. ölçeklenebilirprojeye kolayca entegre edilebilen mikro dağıtımlar yoluyla kademeli olarak büyüyebilmesi için;
4. iyibir dizi gösterge sayesinde ilerlemenin ölçülmesine olanak tanıyan;
5. hiper teknolojik, en son teknolojilerden yararlanan (ESI'nin teknoloji okulu olması boşuna değil) ve
6. Heterojen kullanıcılar için katma değer, ilgili, gelişmiş ve spesifik hizmetler sağlayan hizmetler paradigmasına dayanmaktadır.

Akıllı ESI projesinin tasarımında, her biri Okul için stratejik bir alanı ele alan aşağıdaki iki akıllı boyut dikkate alınmıştır:

• akıllı ortam: Daha verimli, sürdürülebilir ve temiz bir çevreyi amaçlayan Okul kaynaklarının kullanımını optimize etmeyi amaçlayan hizmetler. Bu, elektrik, su veya gaz tüketimi, sınıf sıcaklığı ve nemi ve CO seviyeleri gibi ilgi duyulan değişkenlerin izlenmesine olanak tanıyan cihazlar aracılığıyla binaların akıllı binalara dönüştürülmesini içerir.₂vb. ve ayrıca solenoid valfler aracılığıyla sıcaklığı kontrol etmek için radyatörler üzerindeki etki.
• akıllı yönetim: Park yerlerinin yönetimi de dahil olmak üzere Okulumuzun işleyişini ve işleyişini iyileştirmeyi amaçlayan hizmetler (akıllı park[CB7] [MD8] ), kullanıcıların olayların iletilmesine katılımı, konum hizmetlerinin tanıtılması, binalardaki kişilerin doğru sayılması ve sınıflardaki mevcudiyet.

Bu satırların yazıldığı sırada ESI'ye toplam 59 cihaz kurulmuştu (Şekil 1):

1. 4 Elsys ERS CO₂ sıcaklık ve nem, CO seviyesini ölçen modül B sınıflarında (A1.1, A1.2, A2.1, A2.2)₂parlaklık, hareket. elsys Bu bilgiyi her 10 dakikada bir LoRa teknolojisi aracılığıyla, LoRa alıcı antenine (Milesight LoRaWAN Gateway UG67) iletin. Asma tavan [CB9] [MD10] Fermín Caballero Binasının bir parçasıdır ve aynı zamanda LoRa ile Ethernet arasında bir ağ geçidi görevi görür.
2. Her saat başı sıcaklık ve nemi ölçen ve verilerini MQTT protokolünü kullanarak Wi-Fi üzerinden kablosuz olarak aktaran 14 Shelly Plus H&T. shelly F0.1, F0.2 ve F1.1 sınıflarına, LD1, LD2, LD3 ve LD4 laboratuvarlarına, Toplantı Salonuna, Derece Salonuna, Anita Borg odasına, Hesaplama Merkezine ve 1, 2. katların koridorlarına kurulmuştur. ve Fermín Caballero Binasının 3'ü.
3. 4 Shelly TRV, LD2, LD3 ve LD4 laboratuvarlarında ve F1.1 sınıfında bulunan sıcak su radyatörlerine yakında kurulacaktır. Bu solenoid valfler veya termostatik valfler, sıcaklığın kontrol edilebilmesi için radyatörde dolaşan suyun akışını düzenleme kapasitesine sahiptir.
4. Fermín Caballero binasının üçüncü katının terasında bulunan İtalyan üretici Enginko'nun dış ortam sıcaklığını ve nemini, barometrik basıncı ve kirlilik düzeyine (PM12, PM1) bağlı parçacık konsantrasyonunu ölçen bir MCF-LW2.5TERPM hava durumu istasyonu ve PM10). İstasyon küçük bir güneş paneli içerdiğinden pil gerektirmez, her 15 dakikada bir veri toplar ve LoRa aracılığıyla alıcı antene aktarır. Ölçümler, hassasiyetlerini kontrol etmek için AEMET'inkilerle karşılaştırılır (Figura [CB11] 2).
5. Bir ölçüm yoğunlaştırıcı veya veri kaydedici Sennet IoT DL271 artı iki genişleticiler [CB12] [MD13] Sennet IoT Xtend M6, İspanyol Satel Ibérica şirketi tarafından tasarlanıp üretilmiştir. Bunlar, üçüncül ve endüstriyel binalar için tasarlanmış ve çoklu arıza durumlarında çalışacak şekilde tasarlanmış, çok profesyonel, çok yönlü ve sağlam cihazlardır. Onlarla birlikte, A ve B binalarındaki, Fermín Caballero binasındaki (dört katını ayrı ayrı izleyen) ve ESI'den biri olan Hesaplama Merkezindeki tüketimi tamamen izlememize olanak tanıyan toplam 15 üç fazlı analiz cihazından veri alabiliyoruz. En çok enerji tüketen mekanlar.
6. Park yerlerinin doluluğunu (en dış sırada, ortada) ölçen ve bunu LoRa aracılığıyla alıcıya ileten 4 adet Bosch marka park sensörü.
7. Fermín Caballero Binasının giriş kapısından geçen insan akışını ölçmemize olanak tanıyan ve LoRa aracılığıyla 2 dakikalık bir sıklıkta veri aktaran kızılötesi tabanlı bir Parametrik PCR15 kişi sayma sensörü.
8. Her biri 28 etiketlik şeritler halinde dağıtılan 7 NFC etiketi, 4 olası olayı temsil edecek şekilde modül B'nin 7 sınıfına yerleştirildi (Şekil 3): öğretim bilgisayarı, termostat, mobilya, ekran, projektör, sensör elsys veya diğerleri. Bir sağlandı uygulamayı yükleyeceğiz Tespit edilen olaya karşılık gelen etiketi okumak ve erken çözüm için teknik personele gerçek zamanlı olarak bildirmek.

Sensörler tarafından yakalanan tüm veriler sunucuda saklanır akıllı Hesaplama Merkezinde bulunmaktadır. Sunucu, farklı ağlardan gelen verilerin entegrasyonunu, kalıcılığı ve görselleştirmeyi sağlamak için Chirpstack+MQTT+MariaDB+Home Assistant yazılım yığınını uygular. Home Assistant, birden fazla teknoloji aracılığıyla çift yönlü iletişime olanak tanıyan ve bir kontrolör olarak görev yapmak üzere seçtiğimiz otomasyon yazılımıdır. gösterge tabloları bilgileri herhangi bir web tarayıcısı aracılığıyla görüntülemek için özelleştirilmiştir. Web sayfasında  http://smartesi.uclm.es:8123/ Farklı amaçlarla kullanabileceğiniz çok değerli bilgileriniz elinizin altındadır (eduroam'a veya VPN'ye bağlanmanız ve verilen kullanıcı adını/şifreyi kullanmanız gerekir).

La akıllı ESI büyümeye devam ediyor: 2023'ün sonundan önce iki sensörü daha devreye alacağız: gaz tüketimimizi ölçmek için EM300-DI nabız sensörü ve hem Milesight üreticisinden hem de LoRa teknolojisini temel alan iç mekan hava kalitesini ölçmek için AM107 sensörü. Dersliklerin doluluğu, sınıfların sıcaklığını doğru bir şekilde yönetebilmek ve enerji tüketiminde artış anlamına gelen gereksiz harcamalardan kaçınmak için çok faydalı bilgiler sağlar. Ayrıca görev listemizde tüketimi azaltmak için armatürlerin programlara ve doluluk durumuna göre kontrolü de yer alıyor: bu, bu yılki önceliklerimizden biri olacak. Şu anda hem dışarıdan gelen ziyaretçilere hem de öğretmen ofisi bulmak isteyen öğrencilere yönelik bir lokasyon uygulaması üzerinde çalışıyoruz. Bunlar devam eden çalışmalardan sadece birkaç örnek.

Uzun zaman önce düşündüğümüz, fotovoltaik altyapının ağaç şeklinde yerleştirilmesinden oluşan, elektrik enerjisi üretiminin bir göstergesi olması amaçlanan çok güzel bir proje olan güneş ağacını da unutmak istemiyorum. Herkes için bir izleme sistemi ve dinlenme alanı. Bu projeden vazgeçilmedi ancak yeterli finansman bulunması beklenirken ertelendi.

Akademik alanda, 2022/23 akademik yılında, temaları akıllı ESI projesiyle uyumlu olan çeşitli TFG'ler başlatıldı. Bu çalışmalardan biri yakın zamanda Turing Machine Ödülleri'nin Üçüncü Edisyonunda gömülü sistemler alanında en iyi TFG ödülüne layık görüldü ve Aula Ubótica-UCLM tarafından ödüllendirildi.

Son olarak akıllı ESI projesinin ESI topluluğunun katılımına açık bir proje olduğunu ve bu yeni akıllı ESI modelini oluşturmak için fikirlerinizle katkıda bulunabileceğinizi hatırlatmak isterim. Okul hepimizin sahip olmasını isteyeceğimiz şey.

Bu görüş makalesi yakın zamanda Buildings dergisinde yayınlanan makaleye dayanmaktadır [7].

--------------

Teşekkürler: Akıllı ESI projesi, birkaç çalışma grubunun ortak çabasıdır ve bu olmadan geliştirilmesi mümkün olmazdı: Okulun teknik ekibine, projeye, tüm altyapı yönetimi ve bakım görevlerine katılımlarından dolayı teşekkür etmek istiyorum; Zemper şirketi tarafından ücretsiz olarak sağlanan 200 akıllı ışığın konuşlandırılmasını sağlayan Fernando Rincón'a; meslektaşımız Pepe Bravo'ya, ESI topluluğu için çok sayıda yararlı işlevsellik sağlayan NFC teknolojisine dayalı çeşitli uygulamalar aracılığıyla akıllı ESI'yi "büyütme" yönündeki işbirliği ve girişimi için; Altyapı Yönetimi Ofisine (OGI) ve UCLM'nin BİT Hizmetlerine.

[1] Mark Weiser. 1999. 21. yüzyılın bilgisayarı. SIGMOBILE Çetesi. Hesapla. İletişim Rev. 3, 3 (Temmuz 1999), 3–11. https://doi.org/10.1145/329124.329126

[2] Ashton, K. Şu 'Nesnelerin İnterneti' Şeyi. RFID J. 1999, 22, 97–114.

[3] Escolar, S., Villanueva, FJ, Santofimia, MJ, Villa, D., Toro, XD ve López, JC (2019). Akıllı şehir sıralama tasarımı için Çok Nitelikli Karar Vermeye dayalı bir yaklaşım. Teknolojik Tahmin ve Sosyal Değişme.

[4] Benavente-Peces, C. Yeni Nesil Akıllı Binalarda Enerji Verimliliği Üzerine - Destekleyici Teknolojiler ve Teknikler. Enerjiler 2019, 12, 4399.

[5] Binaların Enerji Verimliliğine ilişkin 2010 Mayıs 31 tarih ve 19/2010/AB sayılı Avrupa Parlamentosu ve Konsey Direktifi. Çevrimiçi olarak mevcuttur: https://www.boe.es/doue/2010/153/L00013-00035.pdf

[6] Metallidou, C.K.; Psannis, K.E.; Egyptiadou, EA Akıllı Binalarda Enerji Verimliliği: Nesnelerin İnterneti Yaklaşımları. IEEE Erişimi 2020, 8, 63679–63699

[7] Escolar, S.; Rincon, F.; Barba, J.; Caba, J.; de la Torre, JA; Lopez, JC; Bravo, C. Bir Üniversite Kampüsünün Akıllılaştırılmasına Yönelik Metodolojik Bir Yaklaşım: Akıllı ESI Kullanım Örneği. Binalar 2023, 13, 2568. https://doi.org/10.3390/buildings13102568