BETTAIR® : 高解像度で都市の空気品質をマッピングするというミッションに関するソフトウェアによるソリューション

Bettair® は、1つの単純な理由で生まれました。それは、世界で高まりつつある大気質の問題に対するソリューションを提供することです。Bettair® はサービスとしてのプラットフォーム (PaaS) であり、高度な後処理アルゴリズムを使用することにより、都市が、非常に正確なガス・センサの大規模な配置に基づいて、初めて想像を絶する規模で大気汚染をマッピングできます。

なぜ都市の大気質なのか？

都市の大気質を測定するための新しいソリューションの必要性は明らかです。ますます多くの人々が世界の都市 (世界人口の50％以上) に住んでいます。そして大気汚染は急速に世界中の公衆衛生上の緊急事態になりつつあります。

歴史的に、大気質モニタリングは2つの主な目的のために行われてきました。立法監視と科学的研究です。現在、大気汚染濃度は、一酸化炭素、窒素酸化物、オゾン、および粒子状物質などの規制汚染物質を測定するための公認リファレンス機器を備えた静的監視ステーションを使用して専門職員 (すなわち政府当局、科学者、医療専門家) によってモニタされています。伝統的に使用されている大気汚染物質分析計は比較的大きく、重く、そして高価であり、価格は装置ごとに5.000ユーロから30,000ユーロの範囲です。

Bettair® は、街路灯、または街の備品に設置され、ノード間の距離が0.5kmから1kmの密集した行列で設置された自律型デバイスのネットワークです。この情報により、都市計画者は大気質を改善し、大気汚染を軽減するための賢明でより適切な決定を下すために適切な都市計画を立てることができます。

Bettair® と FIWARE

FIWARE Con​​text Broker は、Bettair® Static Nodes によって送信された大気汚染情報を管理します。ノードは外部電源を必要とせず、クラウド処理のためにデータを直接サーバーに送信します。

FIWARE を使用する前は、Bettair® プラットフォームはモノリシック・アーキテクチャで開発されていました。当時は、すべてのシステムの実行中のサービスが単一の統合ソリューションとして展開されていました。そのようなアプリケーションは、それらが大きすぎず、ネットワーク・ロード・バランサの背後でアプリケーションの複数のインスタンスを実行することによってスケーラビリティが達成される場合、開発が容易です。しかしながら、そのようなスケーラビリティは一次元でのみ可能であり、モノリシック・アプリケーションは理解し修正することが困難です。スケーラビリティが私たちの最優先事項であるため、新しいアプローチが必要でした。

FIWARE を追加して、マイクロ・サービス・アーキテクチャを使用して新しいプラットフォームを設計しました。このアーキテクチャでは、いくつかのコンポーネントがそのまま使用できる FIWARE Generic Enabler であり、さらに重要なのは、各サービスが他のサービスから完全に独立しているため、それらを個別に展開できることです。

メリット

FIWARE を組み込んだおかげで、Bettair® プラットフォームには3つの主な利点を見つけました :

• 私たちのプラットフォームの新しいアーキテクチャでは、マイクロ・サービス間の相互作用をモニタリングすることで、コード・レベルの可視性を必要とせずに、パフォーマンスのボトルネックを簡単に検出できます。これらは簡単に修正できます。
• パフォーマンスの観点からは、各サービスは特定のテクノロジを組み合わせた特定のプログラミング言語で記述されており、それぞれが独自の特殊なインスタンスを実行しています。これにより、追加の不要なオーバーヘッドなしに各コンポーネントをデプロイできます。
• 最後に、私たちのアーキテクチャでは、プラットフォームのパフォーマンスを向上させるために、コンポーネント間にサブネットワークを作成することができます。特定のコンポーネントのみが外部ネットワークに公開されるため、セキュリティも向上します。

バルセロナ実験

現在、電気化学センサは、伝統的な大気質監視機器と比較した場合、精度が低いことが知られています。これが都市が依然として都市大気汚染の正確な表現を提供しないモニタリング・システムに頼っている主な理由です。長年の研究の末、Bettair Cities は、カスタマイズされたハードウェアと組み合わせることで、高い精度を実現する堅牢な処理アルゴリズムを開発しました。

FIWARE 搭載のプラットフォームを使用して、バルセロナ (Gràcia Sant Gervasi) にある Generalitat de Catalunya の大気質モニタリング・ステーションと同じ場所に、3つの電気化学センサー (NO2, O3, NO) を持つ2つのノードを設置する研究を行いました。主な目的は、長期間にわたって、NO2, O3, NO のノード測定値を校正済み基準機器と比較することでした。

実地試験の結果

1年間の実地試験の後、Bettair® システムは、それらが配置されていた従来の大気質モニタリングステーションと一貫して匹敵する結果を返しました。

下の画像の右側に表示されている散布図から、従来の AQM ステーションと比較したときのノードの結果の高い相関が観察できます。これらは、夏季を含む年間を通じてのシステムの性能を含むため、最新の代替大気質モニタリング・システムでこれまでに達成された中で最も包括的な結果です。これは、しばしば正確に測定することが最も困難な期間であることを証明し、それは新しい大気質測定システムによって発表された結果ではめったに表されません。

図1. 批准された AQM ステーションと比較した、1つの Bettair® スタティック・ノードの二酸化窒素測定の1時間平均の時系列 (左) と相関プロット (右)

図2. 批准された AQM ステーションと比較した、1つのBettair® スタティック・ノードのオゾン測定の1時間平均の時系列 (左) と相関プロット (右)

図3. 批准された AQM ステーションと比較した、1つのBettair® スタティック・ノードの硝酸酸化物測定の1時間平均の時系列 (左) と相関プロット (右)

この実験の結果は、NO2, O3, NO を測定するために使用された Bettair® 技術が、これらの汚染物質について承認された大気質モニタリング・ステーションと正確に一致することを示しています。

Bettair Cities は、都市部のように複雑で可変性の高い排出源のある環境を理解し、空間的に監視するために不可欠な高い空間的および時間的な、解像度測定を都市に提供するために低コストの大気質センサ・ネットワークの使用が可能であることを実証しました。

Bettair® ノードからの大量のデータを処理するために、信頼性の高い IoT プラットフォームも必要でした。FIWARE は、当社のスマート・ソリューションの開発を加速するために、Bettair® にコア・コンポーネントを提供してきました。さらに、FIWARE NGSI のオープン・スタンダードな性質は、私たちのソリューションを他の既存の “Powered by FIWARE” プラットフォームと接続する機能を提供します。

Leonardo Santiago (CTO, Bettair Cities) によるゲスト投稿

FIWARE Marketplace で Bettair® の詳細をご覧ください。