Kemampuan untuk memantau ketinggian sungai dan sungai dari jarak jauh sangat penting untuk pengelolaan air yang efektif dan mengurangi dampak banjir dan bahaya lingkungan. Berkat teknologi Internet of Things (IoT), pemantauan terus menerus terhadap ketinggian sungai atau anak sungai di berbagai lokasi menjadi lebih mudah diakses dan efisien.

Dengan data real-time yang ditransmisikan secara nirkabel, pemangku kepentingan dapat membuat keputusan untuk melindungi masyarakat, infrastruktur, dan lingkungan. Posting blog ini mempelajari komponen dan sensor yang diperlukan untuk memantau ketinggian sungai atau anak sungai, dengan fokus pada sensor ultrasonik.

Tiga sensor yang paling umum digunakan untuk mengukur ketinggian sungai dengan IoT adalah sensor ultrasonik, radar, dan kedalaman. Dalam posting ini, kita akan fokus pada penggunaan sensor ultrasonik.

Untuk memberikan penjelasan sederhana, kami telah memecah solusi menjadi Sensor, Jaringan, dan Cloud.

Sensor

• Libelium Plug dan Sense (Smart Water Xtreme atau Smart Cities), dengan Sensor Ultrasonik ( Maxbotix MB7040 ). Sensor radar dapat digunakan sebagai pengganti sensor ultrasonik, dengan manfaat tambahan berupa peningkatan akurasi dan jangkauan.
• Sensor Milesight EM500-UDL menggabungkan sensor Maxbotix, baterai 19.000mAh, dan LoRaWAN. Sensor IP67 dapat digunakan dengan cepat dan cocok untuk lingkungan yang keras.
• Jaringan.  Libelium Plug & Sense mendukung LoRaWAN dan seluler 3G/4G. Untuk lokasi yang jauh, ada juga pilihan untuk menggunakan gateway LoRaWAN-Satellite.
• Cloud. Berbagai platform cloud didukung. Platform paling umum yang kami gunakan termasuk Microsoft Azure, AWS, aplikasi web khusus, dan sistem basis data konvensional.

Sensor
Untuk skenario ini, kami akan menggunakan sensor jarak ultrasonik. Anda mungkin juga ingin menyertakan suhu, kelembaban dan tekanan, stasiun cuaca, dan pengukur aliran air untuk aplikasi sungai. Sensor ultrasonik memancarkan suara ke arah objek dan mendeteksi pantulan suara untuk menentukan jarak. Sensor kemudian mengukur waktu antara setiap titik untuk menentukan jarak antara sensor dan objek yang diukur. Suara yang dipancarkan oleh sensor berfrekuensi tinggi, tidak terdengar oleh telinga manusia, tetapi memungkinkan 'pancaran' terfokus (42KHz).

Bagaimana cara menyalakan sensor?
Sebuah sensor ultrasonik tipikal dapat mengukur jarak dari 30cm hingga 10 m – dengan akurasi 1 cm di seluruh rentang ini. Interval pengambilan sampel bisa hanya satu menit, tetapi sepuluh menit lebih umum. Libelium Plug dan Sense menyertakan baterai 6000mAH bawaan dan dukungan untuk panel surya eksternal . Menggunakan baterai dan energi terbarukan memungkinkan node sensor untuk ditempatkan di lingkungan yang jauh. Milesight UDL-5000  sepenuhnya bertenaga baterai, tanpa memerlukan panel surya atau daya eksternal.

Jaringan
Teknologi nirkabel seperti LoRaWAN dan 3G/4G didukung oleh Libelium Plug dan Sense. Rentang opsi yang fleksibel memungkinkan Anda memilih teknologi nirkabel yang tepat untuk mengirim data kembali ke sistem atau server aplikasi Anda. Untuk lokasi yang sangat terpencil, teknologi seperti LoRaWAN (didukung oleh node) dan gerbang LoRaWAN-Satelit memungkinkan pemantauan air dari mana saja di dunia.

Cloud
Data dari sensor (setelah ditransmisikan) perlu diproses dan disimpan. Penggunaan platform cloud seperti Microsoft Azure sangat cocok untuk IoT. Namun, platform ini mendukung pengiriman data ke Azure, AWS, dan server aplikasi/database yang sudah dikenal.

Jika Anda lebih suka solusi yang mudah digunakan dan dapat disesuaikan – kami juga mendukung Datacake dan Milesight Cloud. Setelah berada di cloud, Anda dapat mengembangkan fungsionalitas tambahan seperti peringatan dan pemberitahuan (yaitu jika level sungai melebihi level tertentu atau ada tren naik/turun yang signifikan).

Solusi pemantauan ketinggian air jarak jauh
Node sensor dipasang secara strategis pada struktur sungai, seperti jembatan, atau dipasang pada tiang yang ditempatkan di dekat sungai yang memerlukan pemantauan. Terhubung ke node ini, sensor ultrasonik dipasang pada ketinggian tertentu di atas badan air, di mana ia terus mengukur jarak antara dirinya dan permukaan air. Setiap fluktuasi pembacaan sensor dapat diinterpretasikan secara akurat dengan menetapkan titik referensi kedalaman sungai di lokasi pemantauan. Misalnya, penurunan nilai sensor (misalnya 25 cm) akan menandakan penurunan ketinggian air, sedangkan peningkatan (misalnya +15 cm) akan menyatakan kenaikan ketinggian air.

Penentuan Posisi
Untuk memastikan data yang akurat, pemilihan lokasi pemasangan yang tepat untuk node sensor yang meminimalkan potensi gangguan dari serpihan atau penghalang sangatlah penting. Selain itu, pemeliharaan rutin dan kalibrasi sensor ultrasonik sangat penting untuk menjamin keandalan pengukuran.

Pertimbangan
Saat menyiapkan sistem pemantauan ketinggian sungai, penting untuk mempertimbangkan faktor-faktor seperti laju aliran sungai, variasi musiman, dan potensi perubahan mendadak akibat peristiwa cuaca. Pertimbangan ini dapat membantu para pemangku kepentingan menetapkan ambang peringatan yang tepat untuk pengelolaan banjir proaktif dan perencanaan sumber daya air.

Interval Pengambilan Sampel
Node sensor akan mengirimkan pengukuran ini kembali ke platform cloud. Interval pengukuran bisa beberapa detik, tetapi rentang praktisnya adalah setiap 15 menit. Untuk sungai yang berisiko lebih tinggi atau di mana deteksi dini banjir diperlukan – Anda mungkin ingin mengukur level air setiap menit.

Satu-satunya kelemahan dari interval pengambilan sampel yang lebih agresif adalah masa pakai baterai node sensor. Lebih banyak pengukuran berarti lebih banyak konsumsi daya – pertimbangan penting jika baterai dan panel surya memberi daya pada node sensor.

Lansiran dan pemberitahuan
Setelah data berada di platform cloud, aplikasi dapat dikembangkan yang melakukan hal berikut:

• Visualisasikan data ketinggian air di dasbor.
• Kirim pesan teks saat ketinggian air melebihi nilai yang diberikan.
• Hasilkan peringatan (teks atau email) ketika ketinggian air meningkat pada gradien tertentu.
• Kirim pesan melalui Slack, Microsoft Teams, atau WhatsApp saat ambang batas terlampaui.
• Gabungkan laporan dengan data cuaca untuk memahami korelasi dan faktor risiko yang terkait dengan ketinggian air dan cuaca.

Menggunakan data untuk pengelolaan air yang efektif
Data yang diperoleh dari sistem pemantauan tingkat sungai berbasis IoT dapat dianalisis dan divisualisasikan melalui perangkat lunak khusus atau platform web, memberikan informasi yang mudah diakses dan dicerna kepada pemangku kepentingan.

Data real-time ini memungkinkan pembuat keputusan untuk segera menanggapi perubahan ketinggian air, seperti menyesuaikan aliran air di bendungan atau mengeluarkan peringatan banjir kepada masyarakat yang terkena dampak.

Selain itu, data historis yang dikumpulkan dari waktu ke waktu dapat digunakan untuk analisis tren, pengelolaan sumber daya air jangka panjang, dan perencanaan infrastruktur untuk mitigasi potensi risiko dan meningkatkan strategi pengelolaan air secara keseluruhan.

Pemantauan banjir peringatan dini
Sangat mudah untuk melihat bagaimana pemantauan ketinggian air jarak jauh juga dapat digunakan dalam skenario pemantauan banjir dan perlindungan banjir:

• Sensor dapat digunakan di seluruh Profil Panjang sungai atau jaringan sungai (yaitu aliran bawah, tengah dan atas).
• Sensor IoT dapat memantau tingkat sungai, danau, dan sungai di seluruh jaringan.
• Sensor sungai dapat digabungkan dengan stasiun cuaca untuk memantau curah hujan.
• Laju peningkatan level sungai di seluruh jaringan dapat dipantau secara real-time.

Pemantauan laju aliran
Pemantauan kecepatan dan aliran sungai menggunakan teknologi gelombang mikro radar planar dengan teknologi radar doppler dimungkinkan.

Pemantauan aliran/aliran sungai
Ketika sensor ketinggian digabungkan dengan sensor aliran, dimungkinkan untuk menghitung volume air yang mengalir ke sungai. Pemantauan aliran sungai dibahas dalam artikel berikut.

Digital Twins-Sungai
Digital Twins dapat menggunakan data yang muncul dari sensor untuk membuat model terperinci dari sistem sungai. Teknologi IoT dapat menjadi dasar dari solusi Digital Twin jika dipadukan dengan analisis data, pembelajaran mesin, kecerdasan buatan (AI), dan alat visualisasi.

Digital Twins dapat memasukkan sensor tambahan ke dalam pemodelannya:

• Sensor kelembaban tanah pada kedalaman berbeda memungkinkan Anda memantau status tabel air.
• Stasiun cuaca  memungkinkan analisis data yang akurat seperti curah hujan, tekanan, suhu, angin, dan radiasi matahari.
• Sumber data eksternal  seperti data topografi dan medan.

Visualisasi dan pelaporan data
Data yang dikumpulkan dari sensor IoT dapat digunakan untuk analisis dan pelaporan data terperinci. Bergantung pada pilihan platform, data dapat dibawa ke platform database umum seperti Microsoft SQL Server atau MySQL. Data dapat divisualisasikan menggunakan alat Power BI, Tableau, dan Zoho Analytics. Untuk kasus penggunaan yang lebih sederhana, data dapat diunduh dalam format CSV atau Excel.

Ringkasan Sensor

• Sensor level sungai – Sensor ultrasonik, radar, dan tekanan.
• Stasiun cuaca – Curah hujan, angin, radiasi matahari, tekanan dan suhu.
• Kekeruhan , ORP, Oksigen Terlarut
• Sensor kelembaban tanah – tersedia pada kedalaman yang berbeda
• Sensor aliran dan kecepatan sungai – Sensor Radar/Doppler

Apalagi yang bisa saya pantau?
Selain ketinggian air, kami dapat memantau berbagai parameter yang terkait dengan air, seperti pH, ORP, Oksigen Terlarut, BOD/COD, dan konduktivitas. Untuk mempelajari lebih lanjut, tinjau entri blog berikut:

• Air Cerdas dengan IoT
• Pemantauan aliran sungai dan aliran sungai dengan IoT
• Memantau Kekeruhan dengan IoT
• Memantau kualitas air dengan IoT dan Microsoft Azure

Kesimpulan
Teknologi IoT telah merevolusi cara kami memantau ketinggian sungai dengan menyediakan solusi pemantauan presisi tinggi jarak jauh yang andal dan hemat biaya. Sensor ultrasonik, dipadukan dengan sistem canggih seperti Milesight dan Libelium Plug dan Sense, menawarkan solusi teruji lapangan dan andal yang kompatibel dengan berbagai teknologi komunikasi.

Untuk melindungi komunitas, infrastruktur, dan lingkungan kami dari dampak fluktuasi ketinggian air, pemangku kepentingan perlu berinvestasi dan merangkul sistem pemantauan berbasis IoT. Dengan demikian, mereka dapat memastikan akses ke data real-time, memfasilitasi pengambilan keputusan proaktif, dan pada akhirnya mendorong praktik pengelolaan air yang lebih berkelanjutan.

Jangan menunggu banjir atau krisis air berikutnya melanda; ambil tindakan hari ini dengan menerapkan solusi IoT yang dapat meningkatkan pemantauan tingkat sungai secara signifikan dan berkontribusi untuk masa depan yang lebih tangguh.