Το Έργο
To έργο ΕΑRLΥ στοχεύει στον σχεδιασμό και την ανάπτυξη ενός καινοτόμου και ολοκληρωμένου συστήματος πολυτροπικής επιτήρησης και έγκαιρης πρόγνωσης σφαλμάτων σε απομακρυσμένες κρίσιμες υποδομές, εστιάζοντας σε υποδομές που αφορούν μετεωρολογικούς σταθμούς και εξοπλισμούς σε απομακρυσμένα και δύσβατα σημεία. Η αδιάλειπτη και εύρυθμη λειτουργία υποδομών, όπως απομακρυσμένοι ή φορητοί μετεωρολογικοί σταθμοί αποτελεί ζήτημα μέγιστης σημασίας που πρέπει να εξασφαλίζεται με κάθε τρόπο, ειδικά δεδομένης της παρατηρούμενης αύξησης των κατά τόπους ακραίων καιρικών φαινομένων, τόσο στην Ελλάδα όσο και στην Ευρώπη.
Πιο συγκεκριμένα, το έργο EARLY επικεντρώνεται στην ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου συστήματος παρακολούθησης και πρόγνωσης σφαλμάτων σε απομακρυσμένες υποδομές, το οποίο δύναται να συλλέγει πολυαισθητηριακά δεδομένα σχετικά με την λειτουργία των υποδομών, τόσο από επιτόπιους, στατικά ενσωματωμένους αισθητήρες, όσο και από Μη-Επανδρωμένα Αεροσκάφη (ΜΕΑ) τα οποία φέρουν πλατφόρμες πολυαισθητηριακής παρατήρησης, να πραγματοποιεί ανάλυση των προσληφθέντων δεδομένων με χρήση καινοτόμων αλγόριθμων βαθειάς μηχανικής μάθησης, με στόχο την πρόβλεψη πιθανών αστοχιών εξοπλισμού και με έμφαση στην επι τόπου και κατανεμημένη επεξεργασία των δεδομένων, και, τέλος, να υποστηρίζει τον επιχειρησιακό σχεδιασμό δράσεων απομακρυσμένης επίβλεψης, συντήρησης και αποκατάστασης μέσω μιας κεντρικής πλατφόρμας υποστήριξης λήψης αποφάσεων.
Το ευφυές ενσωματωμένο σύστημα θα ενσωματώνει διάφορους αισθητήρες (ενδεικτικά ακουστικούς, δονήσεων, επιτάχυνσης, ισχύος κ.α.), έτσι ώστε να μπορεί να συλλέγει μια πληθώρα δεδομένων-χρονοσειρών, ικανών να δώσουν μία ολοκληρωμένη εικόνα της λειτουργίας και της γενικότερης κατάστασης της υποδομής. Στις εξαγόμενες χρονοσειρές θα πραγματοποιείται επεξεργασία και ανάλυση μέσω αλγορίθμων βαθειάς μηχανικής μάθησης1,2 για την πρόβλεψη πιθανών βλαβών και ανωμαλιών με έμφαση σε ανάλυση σε κατανεμημένο, τοπικό επίπεδο (edge computing), για ελαχιστοποίηση των δεδομένων που μεταδίδονται μέσω ασύρματου δικτύου, ενώ θα εφαρμοστούν και καινοτόμες μέθοδοι ανάλυσης τάσεων (βασιζόμενες σε slop statistic profiles), οι οποίες μπορούν να συνδυάζουν δεδομένα τόσο από τα μηχανικά και ηλεκτρονικά μέρη, όσο και από τα ιστορικά δεδομένα που συλλέγονται από τους εκάστοτε εξοπλισμούς.
Παράλληλα, το σύστημα παρακολούθησης προβλέπεται να συμπληρωθεί με κατάλληλα εξοπλισμένα ΜΕΑ τα οποία θα φέρουν θερμικές κάμερες υπερύθρων, κάμερες RGB και αισθητήρες βάθους, όπως επίσης και ενσωματωμένους επεξεργαστές που θα αναλαμβάνουν την τοπική επεξεργασία των δεδομένων, με τη χρήση των οποίων θα μπορεί να πραγματοποιηθεί πλήρης ανακατασκευή του εποπτευόμενου εξοπλισμού και εντοπισμός πιθανών αστοχιών, τόσο σε υλικά όσο και σε ηλεκτρονικά μέρη.
Τέλος, τα κατάλληλα επεξεργασμένα δεδομένα των αισθητήρων και ΜΕΑ θα μεταδίδονται σε ένα κεντρικό σύστημα υποστήριξης λήψης αποφάσεων, το οποίο θα δύναται να υποστηρίζει επιχειρησιακά τις μονάδες συντήρησης του εξοπλισμού, μέσω τεχνικών οπτικής αναλυτικής, όπου θα μπορούν να ομαδοποιούνται και να οπτικοποιούνται κατάλληλα οι βλάβες που σχετίζονται με τον εκάστοτε εξοπλισμό και τα επιμέρους εξαρτήματα (π.χ. μηχανικά και ηλεκτρονικά), ενώ θα μπορεί να υποστηρίζεται σε πραγματικό χρόνο η ανάλυση της κατάστασης του δικτύου, με βάσει τις αναφορές από τα αποκεντροποιημένα ευφυή ενσωματωμένα συστήματα.
Σκοπιμότητα – Αναγκαιότητα
Σύμφωνα με πρόσφατη έκθεση του Οργανισμού Ηνωμένων Εθνών, οι ακραίες καιρικές συνθήκες έπληξαν περισσότερα από 62 εκατομμύρια ανθρώπους το 2018, ενώ τα τελευταία χρόνια παρατηρείται μια αύξηση των ακραίων καιρικών φαινομένων όχι μόνο στην Ελλάδα αλλά και στην Ευρώπη. Η αυξημένη ανάγκη για έγκαιρη τοπική πρόγνωση ακραίων καιρικών φαινομένων με στόχο την προστασία της ανθρώπινης ζωής, καθώς και κρίσιμων επιχειρησιακών υποδομών, απαιτεί αδιάλειπτη λειτουργία των μετεωρολογικών σταθμών.
Με τη σειρά της, η αδιάλειπτη λειτουργία τέτοιων εγκαταστάσεων, μεγάλης κλίμακας και εξωτερικού χώρου, απαιτεί τη διαρκή, ενδελεχή επιτήρηση της κατάστασης μιας σειράς από κρίσιμα στοιχεία, μηχανικά μέρη κλπ, και αντίστοιχη, έγκαιρη επέμβαση σε περίπτωση προβλημάτων, κάτι που όμως στο συγκεκριμένο είδος υποδομών έχει ιδιαίτερη δυσκολία και κόστος όταν πραγματοποιείται με συμβατικά μέσα, συγκεκριμένα με επιτήρηση που πραγματοποιείται αποκλειστικά από ανθρώπινο δυναμικό.
Στο πλαίσιο αυτό, είναι απαραίτητες καινοτόμες τεχνολογίες για τη διαρκή παρακολούθηση τέτοιων υποδομών και την έγκαιρη πρόγνωση πιθανών δυσλειτουργιών σε αυτές, καθώς και για την ακριβή διάγνωση τυχόν προβλημάτων των εγκαταστάσεων, με νέες τεχνολογίες που δεν απαιτούν την ανθρώπινη παρέμβαση, ειδικά σε δύσβατες και απομακρυσμένες περιοχές. Αναμφισβήτητα, η δυνατότητα αυτή αποτελεί έναν ιδιαίτερα κρίσιμο παράγοντα για τη βέλτιστη διαχείριση των διαθέσιμων ανθρώπινων πόρων. Η παρακολούθηση των πολυάριθμων και πολύπλοκων απομακρυσμένων υποδομών από ανθρώπινα μέσα αποτελεί πρόκληση, δεδομένου του πλήθους των μονάδων και των πολυάριθμων παραμέτρων λειτουργίας που χρήζουν παρακολούθησης. H δυσκολία του εγχειρήματος αυξάνεται αν αναλογιστεί κανείς την ανάγκη για ανάλυση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, με στόχο την έγκαιρη προ-διάγνωση σφαλμάτων, κάτι το οποίο απαιτεί σημαντική τεχνική εμπειρία η οποία είναι δυσεύρετη στην κλίμακα που είναι απαραίτητη, ενώ εισάγει και ένα δυσβάσταχτο κόστος σε εργατικό δυναμικό. Δεν είναι εξάλλου τυχαίο, το ολοένα και αυξανόμενο διεθνές ερευνητικό ενδιαφέρον σε τεχνολογίες ΜΕΑ για την αυτοματοποίηση της επιτήρησης εγκαταστάσεων μεγάλης κλίμακας εξωτερικού χώρου και με δύσκολη πρόσβαση σε εργατικό δυναμικό, όπως είναι τα αιολικά πάρκα.
Το έργο EARLY εστιάζει στην παρακολούθηση και επιτήρηση απομακρυσμένων μετεωρολογικών υποδομών, συμπεριλαμβανομένων μετεωρολογικών ραντάρ. Οι εν λόγω υποδομές παρουσιάζουν σημαντικές προκλήσεις όσο αφορά την αυτοματοποίηση της επιτήρησής τους. Συγκεκριμένα, τα μετεωρολογικά ραντάρ αποτελούν έναν ιδιαίτερο τύπο ανυψωμένης θολωτής κατασκευής, της οποίας η αποτελεσματική επισκόπηση είναι ιδιαίτερα δύσκολη, λόγω της ιδιαιτερότητας της γεωμετρίας της. Επίσης, υποδομές τέτοιου είδους βρίσκονται σε απομακρυσμένες τοποθεσίες και είναι κατανεμημένες σε μεγάλες εκτάσεις, παρουσιάζοντας προκλήσεις όσον αφορά την κατανομή καθηκόντων ρομπότ επιτήρησης. Τέλος, είναι αναπόφευκτο ότι η επιθεώρηση μετεωρολογικών υποδομών συχνά συμβαίνει υπό αντίξοες καιρικές συνθήκες, επιβάλλοντας επιπλέον περιορισμούς στην χρήση ρομπότ για επιθεώρηση.
Με βάση τα παραπάνω, η επιτήρηση, παρακολούθηση και έγκαιρη διάγνωση με στόχο την προγνωστική συντήρηση των εν λόγω υποδομών, αποτελεί ένα καίριας σημασίας, πολύπλοκο και δύσκολο εγχείρημα. Ως εκ τούτου, κρίνεται επιτακτική η ανάγκη για την εξέλιξη των μεθόδων, τεχνικών και εργαλείων ολοκληρωμένης επιτήρησης, καθώς και αυτοματοποιημένης διάγνωσης και υποστήριξης λήψης επιχειρησιακών αποφάσεων μέσα από τη σύντηξη πολυπαραμετρικών δεδομένων πολυτροπικών αισθητήρων, που περιλαμβάνουν επίγεια συστήματα παρακολούθησης και ΜΕΑ, αντικείμενο που πραγματεύεται επακριβώς το έργο EARLY.
Καινοτομίες
Το όραμα για το έργο EARLY είναι να αναπτυχθεί ένα καινοτόμο, αξιόπιστο και πρωτοπόρο ολοκληρωμένο σύστημα επιτήρησης απομακρυσμένων υποδομών μετεωρολογικών σταθμών, έγκαιρης διάγνωσης πιθανών σφαλμάτων και υποστήριξης λήψης αποφάσεων επιχειρησιακών δράσεων σε περιπτώσεις όπου η επισκευή ή συντήρηση καθίσταται απαραίτητη. Προς αυτή την κατεύθυνση, το EARLY παρουσιάζει μια σειρά καινοτομιών σε σχέση με υπάρχουσες τεχνολογικές προσεγγίσεις.
Το EARLY σχεδιάστηκε ώστε να προσφέρει ολοκληρωμένη επιτήρηση και διάγνωση σε ένα γενικευμένο φάσμα απομακρυσμένων υποδομών, καθιστώντας διαχειρίσιμη τη συντήρηση μεγάλου αριθμού μονάδων με μειωμένο κόστος και αυξημένη αξιοπιστία. Η συνδυασμένη παρακολούθηση από επιτόπιους αισθητήρες και φυσική επιθεώρηση από ρομπότ είναι ικανή να εντοπίζει στοχευμένα σφάλματα ή πιθανές αστοχίες, πριν την πραγματοποίηση της φυσικής επιθεώρησης, ελαχιστοποιώντας την ανάγκη για συνεχή παρουσία ΜΕΑ ή επίγειων ρομπότ, και ως εκ τούτου μεγιστοποιώντας τη διαθεσιμότητά τους. Επιπλέον, η συνδυασμένη χρήση ΜΕΑ και επίγειων ρομπότ για επιθεώρηση είναι ικανή να παράγει παρατηρήσεις μεγαλύτερης ακρίβειας χωρίς αύξηση του χρόνου επιθεώρησης.
Δεδομένων των ιδιαιτεροτήτων της παρούσας εφαρμογής παρακολούθησης μετεωρολοικών σταθμών και ραντάρ, όπως παρουσιάστηκαν στην προηγούμενη ενότητα, οι παραπάνω δυνατότητες κρίνονται καίριας σημασίας για την αποτελεσματική και οικονομικά συμφέρουσα αυτοματοποίηση της παρακολούθησης υποδομών και έγκαιρης διάγνωσης σφαλμάτων, όσο και της υποστήριξης λήψης αποφάσεων του ανθρώπινου δυναμικού που επιβλέπει τις υποδομές.
Η αποτελεσματικότητα του συστήματος θα επικυρωθεί στην πράξη μέσω της εφαρμογής του ολοκληρωμένου συστήματος σε πραγματικούς μετεωρολογικούς σταθμούς, όπου θα διαπιστωθούν τα εξής συγκεκριμένα στοιχεία καινοτομίας:
Το Early σε αριθμούς:
3
Τεχνολογικοί Φορείς
1
Ερευνητικό Κέντρο
Γνωρίστε μας
Συνεργαζόμενοι Φορείς
Το έργο EARLY υλοποιείται στο πλαίσιο της Δράσης ΕΡΕΥΝΩ – ΔΗΜΙΟΥΡΓΩ – ΚΑΙΝΟΤΟΜΩ και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση και εθνικούς πόρους μέσω του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα, Επιχειρηματικότητα & Καινοτομία (ΕΠΑνΕΚ).
Το έργο ξεκίνησε τον Ιούλιο του 2021 και αναμένεται να ολοκληρωθεί τον Ιανουάριο του 2024.
Επιστημονικός υπεύθυνος και συντονιστής είναι ο Δρ. Δημήτριος Τζοβάρας από το EKETA / ΙΠΤΗΛ.
Επικοινωνία
-
Ινστιτούτο Τεχνολογιών Πληροφορικής και επικοινωνιών
Εθνικό Κέντρο Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης,
6o χλμ Χαριλάου - Θέρμης, 57001, Θεσσαλονίκη - Dimitrios.Tzovaras@iti.gr
- +30 2311 257 701-3