Asynchronous sensor systems as the next generation of urban monitoring systems for resource consumption, air pollution, and meteorological parameters

Abstract

The aim of this study is to examine the feasibility of establishing urban monitoring systems to support the energy transition. To achieve this aim, the following tasks were addressed: analyzing the limitations of traditional synchronous Advanced Metering Infrastructure (AMI) systems; demonstrating the advantages of shifting to asynchronous systems—which utilize a unified technology and set of rules to collect granular data not only on resource consumption but also on weather conditions and indoor/outdoor air pollution, with adjustable granularity for each parameter; and identifying the initial stepin deploying urban monitoring systems—the international ASMI pilot project—while outlining its goals, objectives, and expected outcomes. Key results include moving away from complex "smart meters" in favor of extremely simple, low-cost sensors; standardizing data transmission protocols across all monitored parameters; and reducing the costs associated with establishing and operating the monitoring system. The significance of these results lies in the fact that lower costs and enhanced data value pave the way for a new market—a market for urban resource consumption and environmental data—thereby attracting private-sector investment and laying the groundwork for future research involving artificial intelligence, the directions of which are outlined in the article.

Scopul acestui studiu este de a examina fezabilitatea construirii unorsisteme urbane de monitorizare care să furnizeze date pregătite pentru aplicații de inteligență artificială privind consumul de resurse, parametrii meteorologici șipoluarea aerului în interiorul și exteriorul clădirilor, în sprijinul tranziției energetice. Pentru atingerea acestui scop au fost realizate următoarele sarcini: au fost analizate limitările sistemelor sincrone convenționale de tip Advanced Metering Infrastructure (AMI); a fost descrisă o infrastructură alternativă de monitorizare senzorială asincronă (ASMI), bazată pe tehnologia brevetată Smart Monitoring, prin arhitectura senzor-ruter-centru de monitorizare și principiul de achiziție a datelor bazat pe eveniment; au fost comparate avantajele și principala limitare a abordării ASMI cu sistemelesincrone și cu metodele NILM (Non-Intrusive Load Monitoring); a fost conturat un prim pas practic către implementare, un proiect-pilot internațional numit ASMI, cu obiectivele și rezultatul așteptat. Cele mai importante rezultate arată că abordarea asincronă permite un protocol unificat de colectare pentru parametri eterogeni, un nivel de detaliere reglabil independent pentru fiecare variabilă, o simplificare și reducere a costului senzorilor, o comunicare unidirecțională senzor-ruter care elimină accesul la distanță la senzor, și o scalabilitate practic nelimitată, cu prețul unei limitări reziduale în dezagregarea consumului pe aparate individuale, comparativ cu NILM. Semnificația rezultatelor constă în demonstrarea faptului că reducerea costului senzorilor, împreună cu un protocol unificat de transmisie, poate face monitorizarea urbană viabilă economic pentru investitorii privați, deschizând o nouă piață a datelor despre consum și mediu. Aceasta creează o bază pentru cercetări bazate pe inteligență artificială în domeniul climei, sănătății și reabilitării fondului locativ, în acord cu prioritățile din cel de-al șaselea ciclu de evaluare IPCC și din programul Orizont Europa al UE.

Целью работы является рассмотрение возможности построения городских систем мониторинга в интересах энергетического перехода. Для достижения этой цели были решены следующие задачи: проанализированы ограничения традиционных синхронных систем учета ресурсов (AMI); показаны преимущества перехода к асинхронным системам, позволяющим по единой технологии и единым правилам собирать детализированные данные не только о потреблении ресурсов, но и о параметрах погоды и загрязнении воздуха внутри и вне помещений, с регулируемой для каждого параметра степенью детализации; определен первый шаг в развертывании городских систем мониторинга -международный пилотный проект ASMI-с указанием его целей, задач и ожидаемого результата. Наиболее важными результатами являются: отказ от сложных «интеллектуальных счетчиков» в пользу предельно простых и дешевых сенсоров; унификация протокола передачи данных для всех видов контролируемых параметров; снижение затрат на создание и эксплуатацию системы мониторинга. Значимость полученных результатов состоит в том, что снижение затрат и повышение ценности собираемых данных открывают возможность формирования нового рынка -рынка данных о потреблении ресурсов и параметрах окружающей среды в городе, что способствует привлечению частного бизнеса в эту область и создает основу для дальнейших исследований с применением искусственного интеллекта, направления которых перечислены в статье.