Eiropas Reģionālā attīstības fonda (ERAF) programmas “Izaugsme un nodarbinātība” 1.2.1. specifiskā atbalsta mērķa “Palielināt privātā sektora investīcijas P&A” 1.2.1.2. pasākums “Atbalsts tehnoloģiju pārneses sistēmas pilnveidošanai” projekts „Industriāli inerciālais bezvadu sensors” (IIBS) identifikācijas Nr. KC-PI-2020/58. Līgums ar Latvijas Investīciju un attīstības aģentūru (LIAA) par dalību tehnoloģiju pārneses pasākumā Nr. KC-L-2017/14.

Priekšvēsture

Jau daudzus gadus pastāv betona konstrukciju uzraudzības dažādi analogie risinājumi, bet tos nav ērti izmatot, jo tas ir laika ietilpīgs process, kas parasti pieprasa, lai būvindustrijas darbinieki ierodas celtniecības objektā uz vietas veikt mērījumus vai nolasīt dažādu sensoru rādījumus. Pastāv arī dažādas attālinātu mērījumu tehnoloģijas, kas nespēj nodrošināt nepieciešamo mērījumu precizitāti. Būvniecības tehnoloģijas attīstās un konkurence arī pieaug – ieguvēji būs tie, kas ieviesīs modernas viedās būvniecības IoT tehnoloģijas, lai iegūtu iespēju ekonomēt līdzekļus un uzlabotu savu konkurētspēju. Tā kā būvniecības nozares tirgus aug ļoti strauji, it sevišķi, industriālo objektu sektorā, tad EDI risinājums perfekti iekļaujas vispārējā būvniecības digitalizācijas procesā, kas pašlaik ir ļoti aktuāls visām būvindustijas kompānijām pasaulē.

Mērķis

Izstrādāt bezvadu IoT risinājumu komunikācijas nodrošināšanai starp sistēmas gala lietotāju un sensoriem, ar kuriem var veikt betona konstrukciju uzraudzību un monitorēt betona cietēšanas procesu. Risinājums iekļauj ērtu grafiskās saskares dizainu un iespēju risinājumu lietot attālināti, izmantojot mākoņpakalpojuma serveri.

Projekta galvenie uzdevumi

Vispirms tiks noskaidrotas prasības šādam risinājumam, sadarbojoties ar pieredzējušiem eventuālajiem klientiem, tiks izstrādāti un notestēti vairāki risinājuma prototipi, lai novērtētu to atbilstību klientu prasībām.
Tiks radīta un notestēta programmatūra, lai nodrošinātu datu savākšanu un apstrādi no dažādiem iebetonējamajiem sensoriem: tiks izstrādāti un integrēti mašīnmācīšanās algoritmi.
Viens no galvenajiem uzdevumiem būs nodrošināt ilglaicīgu iekārtas darbību zema energopatēriņa režīmā lai nodrošināti jaunuzceltas būvkonstrukcijas monitoringu, iekārtai jābūt darbspējīgai apmēram vienu gadu. Iebetonējamā moduļa izmēriem arī ir būtiska nozīme, jo iebetonēt drīkst neliela izmēra moduļus, lai to iebetonēšana neietekmētu konstukcijas integritāti. Gala produktu būs iespējams lietot caur mākoņpakalopjuma serveri, tādējādi būtiski ekonomējot būvindustrijas kompāniju materiālos (degvielas izmaksas, IT speciālista algojums) un laika resursus, lai attālināti reālā laikā kontrolētu celtniecības objekta betona cietēšanas procesus.
Skatoties no ekonomiskā viedokļa, šis modernais IoT risinājums tiks patentēts un piedāvāts tirgū.
EDI izstrātāto IoT risinājumu ir gatavs pielāgot konkrētā pircēja (investora) vajadzībām.

Papildus informācija par izstrādāto tehnoloģiju pieejama šeit: https://conmonity.edi.lv/

Projektā īstenotās aktivitātes

Laika periods: 01.01.2021 – 31.03.2021

Projekta īstenošanas pirmajos trīs mēnešos, balstoties uz iegūto atgriezenisko saiti no celtniecības kompānijām, tika precizētas prasības un izstrādāta sistēmas kopējā arhitektūra svaigi ielieta betona cietēšanas procesa uzraudzības ierīcei – “Lietu interneta platforma betona sacietēšanas procesa reāla laika uzraudzībai”. Sistēmas arhitektūra sastāv no:

  • sensoriem, kas mēra betona mitrumu, temperatūru un deformācijas;
  • perifērijas, kas iegūst datus no sensoriem un tālāk, izmantojot bezvada savienojumu, pārsūta uz vārteju;
  • vārtejas, kas iegūtos datus no vairākām (līdz pat 256) perifērijas iekārtām, izmantojot bezvadu savienojumu, pārsūta uz serveri;
  • servera, kas uzglabā un apstrādā iegūtos datus;
  • aplikācijas (telefonā vai uz datora), kas apstrādā un vizualizē iegūtos datus reālā laikā.

Augstas abstrakcijas līmeņa sistēmas arhitektūras blokshēma ir attēlota zemāk attēlā:

Papildus sistēmas arhitektūras izstrādei tika uzsākta datu savāšanas moduļa spiestās plates projektēšana un dizians, kā arī programmodrošinājuma izstrāde, izmantojot attīstības rīkus. Tika uzsākts darbs arī pie algoritmu un programmatūras izstrādes, kā arī veiktas pirmās sagataves bezvadu komunikācijas testiem betonā.

Paralēli tehniskajām izstrādēm, tika strādāts ar potenciālajiem klientiem, saprotot to vēlmes un prasības ne tikai attiecībā uz aparatūru, sensoru precizitāti un vēlamajiem komunikāciju protokoliem, bet arī programmatūru. Tika izveidota arī prezentācija, kas apraksta kopējo sistēmu, lai to būtu vieglāk prezentēt potenciālajiem interesentiem/klientiem.

Laika periods: 01.04.2021 – 30.06.2021

Šī ceturkšņa ietvaros tika veikta padziļināta pētniecība sensoru jomā, ar mērķi izvēlēties atbilstošākos sensorus, kas atbilstu celtniecības industrijas kvalitātes, precizitātes, veiktspējas un cenas prasībām. Īpaša uzmanība tika veltīta mitruma mērīšanas sensora izpētē, jo dotajā brīdī industrijā šāda risinājuma nebija piejama. Padziļināta izpēte tika veikt arī bezvadu komunikācijas tehnoloģiju jomā – tika veikts dažādu bezvadu komonukāciju moduļu un zinātniskās literatūras salīdzinājums, ņemot vērā signāla izplatīšanos betonā pie dažādām betona mitruma pakāpēm. Balstoties uz iegūtajām zināšanām, tika izvēlēti atbilstoši komunikācijas moduļi un izstrādāts piemērots komunikācijas protokols bezvadu tīklam saziņai starp perifērijām un vārteju.

Tika uzprojektēta un pasūtīta sensoru datu savākšanas (perifērijas) spiestās plates pirmā versija. Tika izanalizēti dažādi tehniskie risinājumi un izvēlēta platforma (izstrādes rīks) un kuras pamata veidot vārtejas aparatūras nodrošinājumu. Sākta bezvadu komunikjācijas protokola implementēšana perifērijā un vārtejā. Vārtejai tika izveidota servisu filtrācija, iespēja savienoties ar vairākām ierīcēm vienlaicīgi, uzlikta ierīču sapārošanas funkcija.

Paralēli, kamēr vēl nav iespējams iegūt datus no reāliem sensoriem, tika izveidots MQTT brokeris uz EDI lokālā tīkla servera, un iepazītas konkrētā borkera darbības, drošības specifika. Izveidota pirmā versija Android aplikācijai, kura spēj realā laikā izsekot serverī ienākošos datus.

Tika identificētas vairākas kompānijas, kas nodarbojas ar betona liešanu un mērījumiem veikšanu gan Latvijā, gan ārzemēs. Ar minētajām komānijām tika veiktas pārrunas, prezentēta izstrādājamā tehnoloģija, iegūta atgriezeniskā saite un pārrunātas sadarbības iespējas.

Laika periods: 01.07.2021 – 30.09.2021

Šī ceturkšņa ietvaros tika turpināta padziļināta mitruma sensoru pētniecība. Tā kā tirgū šādu risinājumu neeksistēja, tad tika pieņemts lēmums izstrādāt savu risinājumu mitruma mērīšanas šūnai,  t.i., izmantojot epoksīdā ielietu sensoru ar keramikas slāni. Tika izstrādātas dažādas mitruma mērīšanas pieejas un veikti vairāki testi sārmainajā betona vidē. Tika uzmodolēta un izgatavota pirmā versija perifērijas korpusam ar iebūvētu mitruma mērīšanas šūnu, un veikti pirmie testi un mērījumi.

Tika veikta programmatūras izstāde deformācijas mērīšanai uz izvēlētā perifērijas mikrokontroliera darbam uz perifērijas. Pieslēdzot deformācijas sensorus pie izveidotās perifērijas un simulējot betona deformācijas, tika veikti pirmie mērījumi un testi, kas ļāva veikt saistītās analogās daļas pieskaņošanu. Papildus tika attīsta vairāku kanālu mērīšanas pieeja. Balstoties uz iegūtajiem mērījumiem un testiem, tika projektēta un izstrādāta nākošā versija perifērijai, optimizējot dažādus elementus un komponentes sistēmā. Tika veikta jaunās perifērijas versijas testēšana.

Turpinājās darbs pie vārtejas. Tika strādāts pie vārtejas darbības algoritma un saziņas protokola ar tīkla mezgliem. Tika izstrādāta stāvokļu mašīna, kas atļauj laikā organizēt komunikāciju, mērījumu veikšanu un perifērijas atrašanos miega režīmā .

Veikta datubāzes servera izveidošana un uzlabošana, datubāzes programmatoriskā interfeisa izveidošana (t.sk. autentifikācijai un datu transportam), un izveidota Android aplikācija šī interfeisa lietošanai. Uz servera uzrakstīti skripti, kas izveido un pārbauda datu struktūras datubāzes servisam. Uz datubāzes servisa papildinātas lietotāja informācijas stuktūras un attiecīgi pielāgoti skripti to informāciju pievienošanai un rediģēšanai. Veikta porogrammatūras izstrāde sensoru mērījumu veikšanai uz perifērijas kontroliera.

Tika izstrādāts izstādes stenda dizains, kā arī izstrādāts logotips un vizuālā identitāte – tehnoloģija sauksies ConMonity. Tika izstrādāta vien-lapīte (one-pager), ar kuras palīdzību tiks informēti potenciālie klienti. Tika sagatavots arī video materiāls par tehnoloģiju. Papildus tika apzinātas vairākas kompānijas – potenciālie intelektuālā īpašuma pircēji un uzzināti kontakti, kuri būtu jāuzrunā. Tika apzināti jauni konkurentu risinājumi. Tika apzinātas arī izstādes un pasākumi, kuros prezentēt tehnoloģiju nākotnē. Tika turpināta komunikācija ar potenciālajiem klientiem, kā arī izstrādāta tehnoloģijas mājas lapas pirmā versija – https://conmonity.edi.lv/.

Laika periods: 01.10.2021 – 31.12.2021

Turpināts testēts perifērijas korpusu jeb mitruma mērīšanas šūnas darbīu ar temperatūras un mitruma cikliem industriālajā klimata kamerā. Tika veikti arī deformācijas mērījumi un risināti izaicinājumi saistībā ar signāla kropļojumiem un paaugstinātu trokšņa līmeni. Veikta dažādu risinājumu testēšana prototipa līmenī.

Uzsākta vārtejas PC simulatora izstrāde algoritmu un mezglu plānotāja pārbaudei. Salīdzināti dažādi iespējamie antenas realizācijas risinājumi (magnētiskā vai elektriskā antena). Nomērīti  antenas kompozītā un antenas gaisā parametri. Tika veikti testi saistībā ar antenu darbību (parametru izmaiņām) eposkīdā. Tika uzlabota mezgla laika plānotāja funkcionalitāte. Papildināta mezgla modēma komandu sistēma. Turpināta vārtejas emulatora PC izstrāde. Tika veikta arī skriptu izstrāde serverim priekš notifikācijas datu filtrēšanas un reģistrēšanas datubāzes servisam, kā arī skriptu izstrāde end-pointam, notifikācijas datu ieguvei.

Tika veikta Google izstrādātā ML modeļa integrācija Android aplikācijā QR koda skenēšanai. Veikta QR koda informācijas struktūras izveide. Turpināta web administratīvā paneļa izstrāde. Uzsākts darbs pie grafiskā lietotāja interfeisa dizaina izveides.

Turpināta iespējamo sadarbības partneru apzināšana un kontaktēšana Latvijā. Piedalīšanās dažādos tiešsaistes pasākumos, lai iegūtu labākus komercializācijas rezultātus. Atjaunoti mārketinga materiāli, papildināta pārdošanas prezentācija, veikta vien-lapas (one-pager) uzlabošana gan no dizaina, gan saturiskās puses. Komercializācijas eksperts piedalījās GITEX izstādē, sagatavojot atbislstošos foto un video materiālus. Tirgus izpētes ietvaros tika pētītas dažādu būvniecības kompāniju piedalīšanās izstādēs Eiropā un ASV. Tika meklēti potenciālie klienti dažādās valstīs. Tika veikta intelektuālā īpašuma portfeļa definēšana. Tika organizēts vebinārs un atbilstoši tika veikta arī satura gatavošana, pasākuma piezemēšanās lapas izveide, e-pastu izsūtīšana, vizuālo materiālu izveide.

Laika periods: 01.01.2022 – 31.03.2022

Veikti pētījumi un atbilstošas izstrādes ar mērķi uzlabot senoru mērījumu precizitāti. Tika veikta shēmtehnisko izmaiņu ieviešana perifērijas spiestās plates dizainā. Veikta arī spiestās plates optimizācija. Papildus, tika veikti stīgas sensora laboratorijas testi un datu ieguves ķēdes optimizācija/uzlabošana, kā arī perifērijas programaparatūras pielāgošana un optimizācija. Veikti arī temperatūras un mitruma sensoru testi un optimizācija/uzlabošana.

Veikta skriptu izstrāde serverim priekš notifikācijas datu filtrēšanas un reģistrēšanas datubāzes servisam. Skriptu izstrāde endpointam, notifikācijas datu ieguvei. Tika veikta skriptu izveide serverim, tīkla datu nodošanai un saglabāšanai. Veikt arī vārtējas koda papildnāšana tīkla datu saņemšanai un nodošanai MQTT brokerim. Implementētas GW-WebAPP API vārtejas struktūras un pamatfunkcijas. Parametru, informācijas sagatavošana Android aplikācijas dizainisko elementu izstrādei. Turpināta web administratīvā paneļa izstrāde. Izveidots sistēmas integrācijas risinājumus mākoņpakalpojumu platformā.

Aprakstīta patenta būtība. Darbs pie tehnoloģijas apraksta izstrādes.

Tika strātāds pie tehnoiloģijas vizuālā tēla un krāsu paletes. Tika sākts darbs pie projekta oficiālās mājaslapas grafiskā dizaina un nepieciešamā teksta ievadīšanas, kā arī, pielāgojām dizainu mobilā telefona, planšetdatora un datora skatos. Paralēli tika integrēti jauno ConMonity ikonu un krāsu paneļi Android aplikācijā.


Laika periods: 01.04..2022 – 30.06.2022

Ar projekta risinājumu piedalījāmies izstādē SENSOR + TEST, kas norisinājās 2022.gada no 10 līdz 12 maijam Nirnbergā.

Tika apzinātas dažādas kompānijas, kas piedalās izstādē, jo viena daļa bija sensoru ražotāji, cita daļa bija integratori, kam ir savs Lietu interneta (IoT) risinājums. EDI demonstrējām ne tikai sensorus, ko izmantojam, bet arī Android aplikāciju (simulāciju) mobilajā telefonā, kur var redzēt visus slāņus: gan celtniecības projektu, gan vārteju, gan sensoru datus. Tika apzinātas vairākas kompānijas un izsūtīta informācija par ConMonity risinājumu. Tika izveidots arī reprezentatīvs video par sistēmas darbību no aplikācijas skatu punkta:

Papildus, tehnoloģija tika prezentēta “EDI dienas” ietvaros. Turpināta komunikācija ar potenciālajiem klientiem, kuriem ir interese atsavināt radīto intelektuālo īpašumu.

Tika turpināta pētniecība saistībā  mērījumu precizitātes uzlabošanu, rupjās kļūdas mērījumu atmešanai. Veikta izvēlētās metodes piemērošana un implementēšana. Veikts programmatūras izstrādes darbs sakarā ar izvēlētās metodes iekļaušanu divpakāpju mērījuma cikla rutīnā. Notika darbs arī pie datu savācēja autokorelācijas algoritma implementēšanas, lai izmantotu gan rupjajās, gan smalkajās mērīšanas fāzēs. Veikta Prototipu testēšana industriālai videi pietuvinātos apstākļos.

Tika papildināta datu savācēja stāvokļa mašīna ar dažiem jauniem stāvokļiem, lai nodrošinātu mezglu rekonfigurāciju, kā arī datu pārsūtīšanu uz serveri, izmantojot ConMonity Androida saskarni. Turpināta sensormezgla aparāt-programmatūras izstrāde: uzlabota plānotāja darbība un papildinātas tā vadības iespējas, optimizēts kods un izmantotās atmiņas apjoms; papildināts vārtejas kods atbilstoši mezgla funkcionalitātei. Tika veikta pilnā vārtejas koda testēšana un atkļūdošana mijiedarbojoties ar MQTT brokeri un tīkla mezgliem. Servera skriptu uzlabošana efektīvākai tīkla datu iegūšanai no datubāzes servisa un nodošanai vārtejai. Datu kopas ievākšana no mērķa sensoriem, reālai videi pietuvinātos apstākļos. Turpināta Web administratīvā paneļa izstrāde. Veikta arī datu aprēķinu un vizulizācijas algoritmu izstrāde un patenta pieteikuma gatavošana.

Iesaistītie zinātnieki

    Dr. sc. ing. Kaspars Ozols

    Direktora vietnieks attīstības jautājumos, vadošais pētnieks

    +371 67558161
    [protected]