האתגרים של פיקוח מרחוק בתנאים סביבתיים חמורים

חומרים קיצוניים וציוד ציוד

מערכות ניטור מרוחקות פרוסות בסביבה קשה להתמודד עם מתח פיזי ללא רחמים באזורים הקוטביים, טמפרטורות מתחת -50 מעלות צלזיוס לגרום רכיבים אלקטרומכניים לחוזה, lubricants כדי לייצב, וכימאים סוללות להיכשל. LCD מסךים קפואים, חותמות הופכות לסלעים מעוקלים, ומכרו מפרקים תחת משטחים תרמיים.

בגובה גבוה, לחץ אטמוספירי מופחת מפחית את העוצמה הדיאלקטרית של האוויר, הגדלת הסיכון של פריקה כלואה בציוד רגיש גבוה.קרינת אולטרה סגולה בגובהים אלה מדגמי פלסטיק ו בידוד כבל, בעוד שסטיות טמפרטורה יכול ליצור הצטברות קרח על מדממטרים ומשקעים, skekeing קוראות כל סביבה ייחודית של מתחים ואסטרטגיות מוצקות על פני זמן, חומרים עיצוביים.

ניהול עמוק באוקיינוסים ובבורות

מערכות ניטור צוללות נתקלות בלחץ קיצוני (עד 1,000 אטמוסמות) וטמפרטורות מנקה כמעט שני קילומטרים למטה. Batteries ואלקטרוניקה חייב להיות שוכנו בתחומים סובלניים לחץ מלא נוזלי אינרטי כדי למנוע נפילה.חוסר קירור מפואר במים עמוקים דורש עיצובים פסיביים - לעתים קרובות באמצעות חומרים של שינוי שלב כדי לספוג גלי חום במהלך שידור נתונים.

Power Autonomy and Energy Harvest Limitations

כוח אמין הוא המגביל המתמשך ביותר עבור ניטור מרחוק.בעוד photovoltaics השמש נפוצים, הפלט שלהם משתנה באופן דרסטי עם רוחב, העונה, ומזג האוויר. במהלך החורף הקוטבי, קרידות השמש מתקרב אפס במשך חודשים. במדברים דליקים אבק, אדמה על לוחות יכול להפחית יעילות על ידי 30% בשבוע ללא ניקוי.

טכנולוגיית סוללות נותרה גורם מגביל.ליתיום-יון תאי מאבד את היכולת בטמפרטורות נמוכות; לדוגמה, סוללה סטנדרטית לי-יון ב -20 מעלות צלזיוס עשויה לספק רק 50% מהאנרגיה של החדר שלה. Lithium thionyl chloride תאים ביצועים טובים יותר -55 מעלות צלזיוס אבל יש צפיפות אנרגיה נמוכה יותר ולא לטעון מחדש.

מצבי שינה חכמים ואנרגיות

כדי להרחיב את החיים התפעוליים, מערכות ניטור מרחוק מודרניות מעסיקות תקציב אנרגיה מתוחכמות.מיקרובקרים עם זרמי שינה תת-מיקרואמפ מתעוררים חיישנים רק כאשר נדרשת קריאה, לעתים קרובות באמצעות גורמים מונעים על ידי אירועים (למשל, סף רטט או שינוי רמת מים) ולא מרווחים קבועים. דחיסת נתונים ותזמון שידור להפחית את צריכת החשמל - הפחתה יומית ולא שעה יכול לחסוך 90% של מערכות חיים.

אמינות תקשורת במקומות מבודדים

העברת נתונים מסביבות קיצוניות היא אתגר לוגיסטי גדול.רשתות סלולריות מכסה רק 10% משטח הקרקע של כדור הארץ; Iridium ו-Inmarsat L-band טרמינלים לספק כיסוי עולמי אבל מציעים רוחב פס נמוך (עשרות קילוביטים לשנייה) וכבדות גבוהה (hunds of מילימטרים של מילימטרים).

מודמים אקוסטיים משמשים מתחת למים אך משיגים את שיעור הנתונים של רק 1-100 kbps על טווחים של קילומטרים ספורים, עם צריכת חשמל גבוהה והתערבות רב-פת חריפה.עבור ניטור קרום עמוק באוקיינוס, החוקרים הפרו observatories כמו ה-FLT:0enPTUturbFLT:1, אבל הנחת סיבים על פני קרקעית הים היא יקר ביותר עבור יישומים אופטיים או לייזרים, למרות שעדיין מוגבל של מים אופטיים, עם מים אופטיים, או עם מים אופטיים, עם מים אופטיים, או מתכתבים, עם מים אלחוטיים, עם מים מוגבלים, או מתכתבים, עם מים אופטיים, עם מים אופטיים, עם מים אופטיים, עם מים אלחוטיים, עם מים אלחוטיים, עם מים מוגבלים, עם מים אופטיים, עם מים אופטיים, או עם מים אופטיים, עם מים אופטיים, עם מים אלחוטיים, עם מים אלחוטיים, עם מים אופטיים, עם מים מוגבלים עם מים אופטיים, עם מים אלחוטיים, עם מים אלחוטיים, 000.

חנות-and-Forward ו-Mesh Networking אסטרטגיות

כדי להתגבר על קישוריות לסירוגין, מערכות ניטור מרחוק לעתים קרובות להשתמש אדריכלות החנות-and-קדימה. נתונים דחוסים על זיכרון הבזק המקומי (גילו להחזיק חודשים של קריאה) ולהעביר באופן ⁇ סטי כאשר חיבור זמין - למשל, כאשר לוויין עובר מעל הראש או כלי מחקר נכנס לטווח. msh רשתות של רדיו כוח נמוך יכול להרחיב על ידי העברת נתונים על פני מספר רבדים; זה יעיל במיוחד בריבועים כגון: רשת רדיו קצר של WAN הוא חסום (L) ו-Fervtial (L) של WAN) לוויינים קצרים של רדיו רדיו רדיו בתדר נמוך של רדיו בתדר נמוך של רדיו בתדרים) יכול להאריך את טווח חשמלי נמוך של לוויינים קצרים של לוויינים קצרים של WAN (L.

חיישנים Accuracy ו-Celbration Drift

חיישנים שנחשפו לסביבות קשות סחף באופן בלתי נמנע מהשקיקה שלהם.לדוגמה, חיישן טמפרטורה מטאורולוגי מוגן מפני קרינה סולארית עדיין עשוי לחוות הזדקנות של אלמנט ההתנגדות הפלטינה שלה, מה שגורם לשגיאות של 0.1 מעלות צלזיוס בשנה - בלתי ניתן להשגה למחקרי אקלים.לחות קפאולית חיישנים חמוצפים ומידרדרים במהירות בערפל או חיישנים גזים (אלקטרוניים, מתכת) דורשים חשיפה תקופתית לסינכרון אוויריבית לסינכרון נקי, אשר אינו מוגדר על ידי הפרעה מכנית, אשר ממחלה מכנית, אשר ממחלה מכנית, אשר ממחלה מרחוק, אשר ממחלה, אשר ממחלה, אשר ממחלה, אשר ממחלה, היא מחלה זו, אשר ממחלה, אשר ממחלה, אשר ממחלה, אשר ממחלה, אשר ממחלה מתקדמת במהירות, אשר ממחלה מרחוק, אשר ממחלה, מקרינה מרחוק, היא מורכבת ממחלה מכנית, אשר ממחלה מכנית, אשר ממחלה מרחוק, אשר ממחלה מרחוק, אשר ממחלה, היא מורכבת ממחלה מכנית, אשר ממין, בתנאי מטושטשת, אשר ממין, ממחלה מתקדמת במהירות מטושטשת, היא מורכבת מערפל אווירית, אשר מערפל אווירית, אשר ממחלה, אשר מערפל,

במקרים מסוימים, חיישנים אדומים עם קורלציה צלביים הם פרוסים; אם שניים משלושת החיישנים מסכימים, השלישי יכול להיות מחוספס עבור סחף.תקופתי ב calibration תוך שימוש בתקן ההתייחסות (למשל, נמל לחץ או מקור קרינה) אפשרי עבור כמה מכשירים אבל מוסיף עלות ומשקל.

טכניקות הגנה פיזית ושיקום

עיצוב קשיח חייב לקחת בחשבון במפורש את הסיכונים הסביבתיים המתוארים. Enclosures מדורג IP68 או NEMA 6P הם סטנדרטיים, עם O-rings ו-Gore-Tex vents כדי להשוות לחץ תוך חסימת לחות.עבור סביבות ימיות קורוזיות, טיטניום או 316L נירוסטה פלדה המועדפת; עבור פריסות רגישות משקל, פחמן עם ייצוב משמש שימוש בגופי דביקה או חסומים עם תואמים עם דביקים.

ניהול תרמי פעיל כולל תנורים עבור רכיבים קריטיים (טיולים, תצוגות) ומעריצים הנשלטים על ידי תרמוסטטי.חלק ממערכות הקוטב משלבות לולאה קטנה של פסולת מתא דלק או תנור קליטי propane Catalytic כדי לשמור על הפנים מעל 20 מעלות צלזיוס במדבר, חומרים של שינוי שלב כי נמס ב 50 מעלות צלזיוס סופגים שיא חום, בעוד צבע לבן רפלק מקטין את הרווח הסולארי על ציפויים על פני כדורעף רוח ומונעים ושקעים; או ציפויים קרח מתוחמים; או מנפחים; או מנפחים.

נגישות ותחזוקה של ריאליזם

גם עם כל אמצעי זהירות, הציוד נכשל.העלות של מסע טכנאי לתחנת מטרופולין מרוחקת או בוקווי offshore יכול לעלות על 10,000 $, וחלונות מזג האוויר עשויים להיות רק כמה שבועות בשנה. לכן, עיצוב עבור שירות הוא חיוני.מודולים שניתן להחליף שדה, סוללות מהירות חיבור מהיר, ואוויריים סטנדרטיים להפחית בזמן תיקון.

נתונים של אמינות שדה מארגונים כמו FLT:0.U.S המחלקה למדידת קרינה אטמוספירית של אנרגיה (ARM) תוכנית חיקויFLT:1 מראה כי כישלונות החיישן נפוצים ביותר בשנה הראשונה (תמותה מעוף) ולאחר השנה החמישית (ללבוש לא נכון) אסטרטגיה תחזוקה טובה כוללת החלפת מלאה של שנתיים של רכיבים לא יעילים ביותר, עם ספסל של יחידות ענן אחוריות יכול כעת להתרחש לפני התמוטטות של נפילה של חיזוי של הדבקה.

אינטגרציית נתונים ותהליכים מקומיים

ניטור מרחוק מייצר כמויות גדולות של נתונים שיש לאמת לפני השימוש.מגבלות תקשורת אומר כי קריאה לא אמינה של חיישן יכול לבזבז רוחב פס יקר. Edge מחשוב - יצירת בדיקות איכות נתונים, averaging, וגילוי אנומלי מקומי - מזין את נפח הנתונים המועברים ומשפר את האמינות.לדוגמה, תחנת מזג אוויר יכול למקם מהירות של 10 דקות מ 10Hz נתונים, ורק לשלוח את הדוגמאות חומר גלם וגילוי, אלא אם כן, אם כן, אם כן, תחנת מזג אוויר יכול לפסל הוא סופה היא סופה.

אחסון מקומי באמצעות כרטיסי SD או NOR פלאש יכול להחזיק שנים של נתונים.עם זאת, שחיתות בשל אובדן חשמל או קרינה בסביבות בעלות יכולת גבוהה דורש מערכות קבצים תיקון שגיאות.ה-FLT:0FatFSLT (הספרייה 1:1 עם בדיקות מחזוריות מחזוריות הוא נפוץ; עבור יישומים קריטיים יותר, cryptocurrencies יש של כל הקבצים להבטיח שלמות.

כיוונים עתידיים ב-Harsh Environment Monitoring

ההתקדמות בחומרים מדע וחיישנים miniaturization מרחיבים את הגבולות. Graphene מבוסס חיישנים להראות הבטחה עבור זיהוי גז עמיד קורוזיה-resistant. סוללות Solid-state עם שיפור פערי זמן נמוך נכנסים לשוק.חיישנים קוונטיים עבור הכבידה ומדידות שדה מגנטיות הם מחוסנים עבור פריסת חורב.מודלים למידה מכונה על נתונים היסטוריים יכולים להתאים לוח זמנים תחזוקה וחיזוי חיים שימושיים עבור רכיבים קריטיים.

(ב) ,0) האינטרנט של הדברים הבאים (Internet of ThingssFLT:1) הוא מרחיב לאט את ההגדרות התובעניות הללו כמו ספקי IoT לווייניים משיקים קבוצות אשר תומכים בתקשורת החיישן-ל-ל-satellite (למשל, FLT:2Swarm TechnologiessimiFLT 3: CLT 3, FLT:4Astronics AeroSatFOVA:5).

שיתוף פעולה בינלאומי, כגון:0. [הארגון המטאורולוגי של הארגון העולמי של הארגון העולמי Cryosphere WatchcioFLT:1, פגיעה בערכת החיישן ובפורמטים נתונים על פני מדינות, המאפשרת השוואות בין אתריות. Open-source עיצובים חומרה (למשל, תחנות מבוססות Arduino) עלויות כניסה נמוכות יותר עבור חוקרים ומדענים אזרחיים, למרות שאמינות עדיין מחלחלת לביקוש המסחרי לפלטפורמות סביבתיות, ולהגדיל את הנתונים הסביבתיים, כדי להאיץ את המשתנים מרחוק, ימשיכו להאיץ את הנתונים.

מחקרים ב-Exitual Monitoring

רכבי תת-קרקעיים טריטוריאליים

ב-C הארקטי, AUVs כמו FLT:0[דרוש מקור] סדרת ה- 1 של HVS פועלת תחת קרח במשך שבועות, תוך שימת חיזוי מת ותחתית נבינר דוללר, הם מעלים רק על פני קרח מוביל לקרח עבור תיקון GPS והנתונים עלו באמצעות Iridium.האתגרים שלהם כוללים יכולת סוללות בטמפרטורות מבהירות, הימנעות מקרח, ואמינות להחלמה של כלי רכב אלה גרינלנד.

האותיות הקטנות של Desert Soil Moisture Networks

המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (FLT:0) הציגה רשת של חיישני לחות באדמה במדבר Mojave עבור החווה הסולארית יושב.במשך שלוש שנים, 40% מהחיישנים נכשלו בשל גננות כבלים על ידי מוטנטים וחול באגרסיביות למרות מחסניות IP67.הפתרון היה להשתמש כבל מחוננים מחוננים ולוחמי מחזורי אוויר כדי לזהות חוטים חשופים.

Ocean Tsunami Detection Buoys

מערכת DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) משתמשת ברשומות לחץ תחתית שמתקשרות באופן אקוסטי ל-Bony משטח, המעביר נתונים באמצעות לוויין. בים גבוהים, buoys capsize או סחף מחוץ לתחנה; חיי סוללה מוגבלים לשתי שנים.

מסקנה

ניטור מרחוק בתנאים קשים הוא משמעת המשלבת הנדסה יצירתית עם ניסיון ללא הרף של בדיקות שדה.אין פתרון אחד מתאים את כל סביבות; העיצובים הטובים ביותר הם אלה שצופים מצבי כישלונות ולבנות התחדשות, יעילות אנרגיה, וזמינות מההתחלה. כמו הטכנולוגיה מתקדמת, הפער בין מסחרי מחוץ ל-של אמינות ודרישות של המקומות הקיצוניים ביותר בעולם הוא קיצוץ איטי של השקעות.

לקריאה נוספת על עיצוב חיישן סלעי, ראה את המדריך של החברה האופטימית של החברה למכשור בעל השפעה על שדה 1 ו-FLT:2EPA איכות אבטחת יד עבור ניטור אווירי FLT 3: