"أثار استخدام "الأرملة وأجهزة استشعار من المستوى الذي تعمل به البطارية أماكن الإقامة عن بعد

وعلى مدى فترة عشر سنوات، يحقق الحل اللاسلكي وفورات تتراوح بين 60 و80 في المائة، مع توفير تغطية أكثر مرونة وقابلية للتصعيد.

الطلبات المقدمة في مواقع التطهير عن بعد

وقد وجدت أجهزة الاستشعار اللاسلكية ذات المستوى غير المزود بالبطاريات اعتمادا واسع النطاق في مختلف الصناعات حيث تكون الحلول التقليدية اللاسلكية غير عملية أو غير اقتصادية.

عمليات النفط والغاز

وفي مرحلة ما فوق المجرى النفطي والغازي، يعتمد المشغلون على أجهزة الاستشعار اللاسلكية لرصد خزانات المياه المنتجة، وأجهزة الطبول الكيمائية، وأجهزة فصل من مستوى النفط في مواقع الآبار النائية، وتقاوم هذه أجهزة الاستشعار سلفيد الهيدروجين والغازات التآكل الأخرى، وتعمل بشكل موثوق في درجات الحرارة القصوى، وترسل البيانات عبر السواتل أو البعيدة المدى إلى نظم رصد الإنتاج المركزي.

إدارة المياه والمياه المستعملة

وتقوم مرافق المياه البلدية بنشر أجهزة استشعار لاسلكية في أبراج المياه، وخزانات التوزيع، ومحطات الرفع، وأحواض استبقاء مياه العواصف، وتوفر أجهزة الاستشعار بيانات مستمرة للتنبؤ بالطلب، وكشف التسرب، ونظم الإنذار بالفيضانات، وفي المناطق الريفية أو الجبلية التي تكون فيها خطوط الكهرباء والاتصالات متفرقة، تكون أجهزة الاستشعار ذات الطاقة البطارية ذات الوصلات الخلوية الخيار الوحيد القابل للتطبيق في إدارة الموارد المائية الفعالة.

الزراعة والري

وتستخدم الزراعة الدقيقة أجهزة استشعار لاسلكية لرصد تخزين مياه الري، ومستويات الصهاريج لنظم التخصيب، وصناديق مياه الماشية، وتشترك المتغيرات ذات الطاقة الشمسية في بيئات غنية بالشمس، مما يتيح التشغيل إلى أجل غير مسمى دون تغيير في البطاريات، ويتيح تكامل البيانات مع برامجيات إدارة المزارع جداول الضخ الآلي وحفظ الموارد المائية.

الرصد البيئي

وتستخدم الوكالات الحكومية ومعاهد البحوث أجهزة استشعار لاسلكية لرصد مراحل الأنهار ومستويات الخزانات وآبار المياه الجوفية في المناطق البرية النائية، وكثيرا ما تُحمَّل أجهزة الاستشعار بالطاقة الشمسية وتستخدم شبكات السواتل ذات المدار المنخفض، وتوفر بيانات من مواقع لا يوجد فيها اتصال أرضي، وتدعم هذه المعلومات التنبؤ بالفيضانات وتقييم الجفاف والدراسات الصحية للنظم الإيكولوجية.

الاعتبارات التقنية

وعند اختيار جهاز استشعار لاسلكي ذي مستوى محرك بطاري، تؤثر عدة عوامل تقنية على الأداء والموثوقية والطول.

اختيار بروتوكول الاتصالات

ويعتمد اختيار التكنولوجيا اللاسلكية على النطاق، ومعدل البيانات، واستهلاك الطاقة، والهياكل الأساسية، وتشمل الخيارات المشتركة ما يلي:

• LoRaWAN:] Long-range, low-power, ideal for thousands of sensors in a star topology. Limited bandwidth (0.3-50 kbps) but sufficient for periodic level data. Typical urban range 2-5 km, rural up to 15 km.
• Cellular (LTE-M, NB-IoT): Leverages existing mobile networks, offering high reliable and national coverage. Moderate power consumption; bat life 3 - 7 years with daily transmissions.
• Satellite (Iridium, Globalstar): ] Unlimited range but higher cost and power consumption. Suitable for truly remote areas with no other connectivity.
• Mesh protocols (Zigbee, Thread):] Self-healing networks good for dense installations but limited range per node (10-100 m) and higher power usage.

وبالنسبة لمعظم التطبيقات المتعلقة بالمواقع النائية، توفر شركة لورواان أو الخلية (حيث توجد تغطية) أفضل توازن في التكلفة والطاقة والنطاق.

تكنولوجيا الاستشعار والآكورا

ولكل مستوى من تكنولوجيا القياس قوة:

• () Radar: ] Non-contact, unaffected by temperature, pressure, vapor, or debris. Best for liquids in agitated or foamy conditions. Accuracy 2 mm.
• () Ultrasonic:] Non-contact, cost-effective for clean water and non-foaming liquids. Accuracy 0.25% of range.
• Hydrostatic:] Submersible, measures pressure directly. Good for deep wells or tanks, but requires contact with liquid and may be affected by density changes.
• Capacitive:] very accurate in small tanks, but sensitive to dielectric variations.

اختيار التكنولوجيا التي تطابق أفضل خصائص السوائل، الهندسة الصهريجية، وتتطلب الدقة.

Battery Life Optim

ولزيادة عمر البطاريات إلى أقصى حد، ولضبط تواتر قياس جهاز الاستشعار وتواتر نقله بما يتمشى مع ديناميات العمليات، وبالنسبة لمستودع تخزين كبير يتغير ببطء، قد تكون القراءة كل ٤-٦ ساعات كافية، وبالنسبة لمستودع العمليات الذي يطرأ عليه تغيرات سريعة، قد يلزم أن تستغرق فترة تتراوح بين ١ و١٥ دقيقة، كما أن العديد من أجهزة الاستشعار تدعم معدلات التكييف - أي على سبيل المثال، لا يجوز إلا أن تخفض درجة الحرارة عند تحديد درجات الحرارة عند تحديدها.

التحديات والتخفيف من حدة الآثار

ولا توجد تكنولوجيا بدون قيود، وتواجه أجهزة الاستشعار اللاسلكية العاملة بالبطارية تحديات فريدة يجب التصدي لها أثناء تصميم النظم.

ألف - التدخل البيئي

ويمكن أن تؤدي عمليات التوليد مثل النباتات والتضاريس والهياكل المعدنية إلى إذكاء الإشارات الإذاعية، وتشمل الحلول اختيار مجموعات أقل ترددا (مثل 868/915 ميغاهيرتز بدلا من 2.4 غيغاهيرتز) باستخدام الهوائيات الخارجية ذات المكسب أو نشر أجهزة إعادة إرسال/طرق على الهياكل المرتفعة، بالنسبة للبيئات الشديدة، أو أجهزة الإغراق التي تستخدم درجات الحرارة في إي بي 67 أو تحميها.

الحد من حالات الضم والمرض

أما شبكات المناطق الواسعة ذات الطاقة المنخفضة فتتدني معدلات البيانات وارتفاع معدلات الرطوبة مقارنة بالشبكة اللاسلكية أو شبكة الطاقة الكهربائية اللاسلكية، وهذا أمر مقبول عموما بالنسبة للرصد على المستوى، حيث تُرسل البيانات في مجموعات صغيرة (من قبيل 10 إلى 50 بوصة لكل قراءة)، غير أنه إذا كان من الضروري التحكم في الوقت الحقيقي بالاستجابة من خلال الاستجابة من المستوى الثاني، قد يكون من الضروري إيجاد حل سلكي أو خلايا من نوع 4G/5G.

إدارة البطاريات والاستدامة

وتكلف تكاليف بطاريات التبريد في المواقع النائية، إذ أن استخدام البطاريات الأولية لليثيوم ذات الكثافة العالية للطاقة وانخفاض الحمولة الذاتية يمتد فترات تتراوح بين ٥ و ١٠ سنوات، ويقدم بعض البائعين مجموعات بطارية قابلة للاستعمال الساخن أو وصلات خارجية للطاقات الشمسية، ومن أجل الاستدامة، النظر في الكيمياء المتجددة للبطارية وتصميمات الحساسية التي تدعم وحدات البطاريات القابلة للاستبدال في الميدان.

الاتجاهات المستقبلية

ويتسارع تطور أجهزة الاستشعار اللاسلكية ذات المستوى اللاسلكي المزود بالبطارية، ويقوده التقدم في الأجهزة الإلكترونية المنخفضة القوة، والوصلية، والاستخبارات الاصطناعية.

التكامل مع نظام " إيزوت " و " إيدج " للحساب الإلكتروني

ويغذي أجهزة الاستشعار اللاسلكية بصورة متزايدة البيانات في منابر الإنترنت الصناعية للأشياء حيث تؤدي بوابات الحوافات إلى شذوذات محلية - تكتشف التواريخ الفارغة للدبابات أو تُحدّد جداول الضخ على الوجه الأمثل، مما يقلل من التبعية السحابية ويتيح استجابات أسرع حتى عندما تكون الاتصالات متقطعة.

Energy Harvesting Advances

وتشتمل أجهزة الاستشعار الجديدة على خلايا فولتية الضوئية، أو مولدات كهربائية حرارية، أو حتى محصولات الطاقة الحية لتمديد فترة البطاريات إلى أجل غير مسمى، وتشترك مع أجهزة خارقة لتوليد الطاقة المنفجرة، يمكن لهذه أجهزة الاستشعار أن تحقق عملية خالية من الصيانة لحياة المنشأة.

ذاتي الصبغة وأجهزة الاستشعار المعززة

ويمكن أن تعوض تلقائياً خوارزميات التعلم الآلات التي تجري على متحكم جهاز الاستشعار عن التغيرات البيئية )الإنجراف المؤقت، والبناء الإعلامي( وكشف الانجراف المستشعر بمرور الوقت، مما يقلل من الحاجة إلى إعادة التصحيح الدوري ويحسن الدقة على المدى الطويل.

توسيع نطاق الساتل

وتفتح قنوات مثل الساتل " ساكس ستارلينك " (الموجه إلى الاستشعار)، والأمازون كويبر، وشركة إيريديوم إنكست، وصلات بيانات ساتلية منخفضة التكلفة لأجهزة آيوت، مما سيجعل التغطية العالمية حقا سمة موحدة لأجهزة الاستشعار ذات المستوى المزود بالبطارية، ويزيل فجوات التغطية التي تحد حاليا من الانتشار في أكثر زوايا العالم النائية.

خاتمة

وقد نضجت أجهزة الاستشعار اللاسلكية ذات المستوى غير المأمون والبطارية إلى حل موثوق وفعال من حيث التكلفة ومرتقب للرصد على مستوى السوائل في المواقع النائية، كما أن سهولة التركيب تقلل بشكل كبير من جداول المشاريع وتكاليف البنية التحتية، مع التمكين من نشرها في الأماكن التي لا تكون فيها النظم اللاسلكية قابلة للتنفيذ، كما أن الجمع بين حياة البطاريات الطويلة، وتأمين نقل البيانات، والوصول إلى جهات فاعلة في الوقت الحقيقي من أجل اتخاذ قرارات مستنية وثقة وبثقة أكبر.