Sieci czujników

Sieć czujników to zestaw czujników, z których każdy monitoruje dane w innym miejscu i wysyła je do centralnej lokalizacji w celu przechowywania, udostępnienia i analizy.

Istnieje wiele zastosowań dla sieci czujników, od monitorowania pojedynczego domu, przez nadzór nad dużym miastem, po wykrywanie trzęsień ziemi na całym świecie.

Podstawowym zadaniem sieci czujników bezpieczeństwa w domu jest wykrycie intruza. Wiele różnych typów czujników może pomóc w zbieraniu danych w tym celu, np. magnetyczne czujniki otwarcia drzwi i okien, akustyczne czujniki zbicia szyby, kamery bezpieczeństwa i czujniki ruchu.

Wszystkie czujniki wysyłają swoje dane do systemu centralnego, który zazwyczaj przechowuje je przez pewien okres i daje właścicielom domu możliwość ich przeglądania. Bardziej zaawansowany system może przeanalizować dane i wysłać alarm do właścicieli domu, gdy zobaczy wystarczające dowody na włamanie.

Naukowcy, rolnicy i rządy muszą monitorować środowisko naturalne pod kątem różnych czynników, takich jak zanieczyszczenie powietrza, jakość wody, warunki glebowe i meteorologiczne. Tradycyjne podejście do monitorowania polega na zebraniu próbki, przesłaniu jej do laboratorium, przeanalizowaniu i zapisaniu wyników. Nie trzeba dodawać, że takie podejście jest żmudne i wymaga wkładu pracy ludzkiej, więc tradycyjny monitoring nie dostarcza wielu danych.

Bardziej zautomatyzowane i przez to skalowalne podejście polega na wykorzystaniu sieci czujników. Czujniki mogą być rozmieszczone na całym obszarze, gromadzić dane środowiskowe i wysyłać je do centralnego serwera w celu przetworzenia.

Na obszarze Wielkich Jezior w Stanach Zjednoczonych dziesiątki boi używają czujników do zbierania danych o prędkości wiatru, temperaturze wody, temperaturze powietrza i wysokości fal. Niektóre z boi są własnością prywatną, podczas gdy inne są wspierane przez grupy badawcze, ale wszystkie wysyłają swoje dane do tego samego serwera, gdzie są zbierane i analizowane.${}^1$‍

Dane z czujników są udostępniane publicznie w Internecie, więc każdy może odwiedzić portal Great Lakes Buoy Portal i zobaczyć panujące warunki. W przypadku niektórych boi na jeziorze Erie można nawet wysłać wiadomość tekstową do boi, a ona odpowie, przesyłając najnowsze dane.

W mieście przestępstwo może zdarzyć się w każdym miejscu, a dzięki rozbudowanej sieci transportu przestępcy mogą pojawić się nagle i równie nagle zniknąć. Policjanci nie mogą być wszędzie naraz, więc jak mogą wytropić sprawców przestępstwa?

Jednym z rozwiązań jest sieć kamer obserwacyjnych rozrzuconych po okolicy i połączonych ze sobą. Kamery te przesyłają obraz do komisariatu policji.

Policja w Chicago korzysta z sieci ponad 30 000 kamer bezpieczeństwa. Do tego dochodzą kamery zainstalowane w samochodach policyjnych, łodziach i pojazdach dowodzenia.${}^{2,3}$‍

Niektóre z kamer bezpieczeństwa na ulicach i autostradach Chicago są wyposażone w automatyczne czytniki tablic rejestracyjnych, technologię, która robi zdjęcie tablicy rejestracyjnej samochodu i przekształca zdjęcie w tekstową reprezentację. Wielkie bazy danych śledzą każdą tablicę rejestracyjną: gdzie została zauważona, czy jest powiązana z kradzionym samochodem i czy kierowca ma wystawione nakazy aresztowania.${}^4$‍

Aby pomóc w reagowaniu na przemoc z użyciem broni, Chicago zainstalowało również sieć detektorów wystrzałów, które wykorzystują zarówno akustyczne, jak i podczerwone czujniki do wykrywania strzałów z broni i triangulacji ich lokalizacji. Dźwięk wystrzałów może przemieszczać się w nocy na odległość około 3 kilometrów, więc czujniki te często mogą zapewnić bardziej precyzyjną lokalizację niż zgłoszenia na numer alarmowy policji.${}^5$‍

Kamery nadzorujące, czytniki tablic rejestracyjnych i czujniki broni dają departamentom policji nową technologię do chwytania przestępców, a także profilaktyki zapobiegania zbrodniom.

🤔 Sieci czujników zainstalowane w przestrzeniach publicznych rodzą jednak pytania o etykę i prywatność. Jakie są zagrożenia związane z nagraniami audio i wideo? Jaki poziom nadzoru jest wart ryzyka? Jak rządy mogłyby zapewnić etyczne wykorzystanie danych z czujników?

Czy kiedykolwiek obudziło Cię w nocy trzęsące się łóżko? Jeśli mieszkasz w pobliżu linii uskoku, twoją pierwszą myślą może być „Trzęsienie ziemi!”. Kiedy mi się to zdarza, natychmiast szukam w Internecie zgłoszonych trzęsień ziemi w mojej okolicy. Jednym ze sposobów weryfikacji moich podejrzeń jest przeszukanie lokalnych wpisów na Twitterze, ale bardziej naukowym sposobem jest sprawdzenie danych z sieci czujników trzęsienia ziemi.

Globalna Sieć Sejsmograficzna składa się z ponad 150 stacji sejsmicznych, z których każda wyposażona jest w czujniki sejsmologiczne i geofizyczne.

Stacje sejsmiczne przesyłają swoje dane w czasie rzeczywistym przez Internet, dzięki czemu naukowcy mogą je natychmiast przeanalizować i wyciągnąć wnioski na temat tego, co w danej chwili dzieje się w skorupie ziemskiej na całym świecie.

Oto zapis ze stacji sejsmicznej na Filipinach:

Zauważ charakterystyczny zapis drgań między 6:00 a 7:00. Mniej więcej w tym czasie trzęsieni ziemi o sile 5,5 w skali Richtera dotknęło wybrzeża Indonezji.

Naukowcy nie oczekują oczywiście, że laicy będą odczytywać i interpretować zapisy sejsmografów. Zamiast tego możemy sprawdzić strony internetowe takie jak USGS Latest Earthquakes, które podają wielkość, lokalizacje i czas wystąpienia niedawnych trzęsień ziemi.

Raporty o trzęsieniach ziemi są oparte na danych napływających z wielu czujników: globalnej sieci czujników, amerykańskiego Advanced National Seismic System, oraz regionalnych sieci czujników w punktach, w których trzęsienia ziemi zdarzają się stosunkowo często, takich jak Alaska, Hawaje i Kalifornia.

Regionalne sieci czujników są często dość gęste. Southern California Seismic Network zbiera dane z setek stacji.

Globalna sieć czujników rejestrują trzęsienia ziemi o dużej sile, takie, które są odczuwalne w wielu krajach, natomiast czujniki regionalne rejestrują również słabsze trzęsienia ziemi, takie, które Twój sąsiad może przespać, niczego nie zauważając.

Dzięki tysiącom czujników dostarczających dane, komputery mogą wskazać epicentrum trzęsienia ziemi, przewidzieć intensywność wstrząsów gruntu w regionie i automatycznie wysłać ostrzeżenia do ludzi i infrastruktury w niebezpieczeństwie.${}^6$‍ Ten zysk kilku sekund może nie wydawać się istotny, ale kiedy w ten sposób automatycznie zatrzymujemy pociągi i zamykamy zawory gazowe, te kilka sekund może uratować życie.