Progetto Ambiente

Il progetto si propone di realizzare un sistema open per la condivisione di dati geolocalizzati relativi all'inquinamento ambientale.

Questo progetto nasce con lo scopo di gettare le basi per realizzare un sistema centralizzato per il monitoraggio dello stato di inquinamento del territorio, basi che possono poi essere riproposte alle scuole della zona che possono contribuire attraverso nuovi progetti, per la realizzazione nuove centraline per il monitoraggio o per il potenziamento di quanto costruito.

Struttura

Nella sua prima iterazione, il progetto si compone da quattro moduli essenziali:

Modulo di acquisizione dei dati
Modulo di trasmissione dei dati
Server per il trattamento dei dati
Interfaccia web per la fruizione di tali dati

I quattro moduli sono studiati per essere sviluppati in modo del tutto indipendente, con interfacce di comunicazione preconcordate. In questo modo sara' possibile sostituire un solo modulo per volta per effettuarne eventuali miglioramenti/potenziamenti.

Acquisizione dei dati

L'acquisizione dei dati viene effettuata attraverso un dispositivo Arduino, munito di sensori adeguati e programmato attraverso il codice di Luigi (ancora da far pervenire e da includere nel repository). I dati recuperati da questo software verranno inviati al modulo successivo tramite la relativa interfaccia, descritta nella prossima sezione

Trasmissione dei dati

Per poter trasmettere i valori dei sensori al server si presuppone di avere a disposizione una connessione WiFi, a cui la scheda Arduino potra' collegarsi tramite un modulo wifi connesso tramite porta seriale. Verra' sviluppata una libreria apposita per l'utilizzo di questo modulo, che si proporra' di ricevere i valori dei sensori dal sistema di acquisizione per inviarli al server centrale tramite una chiamata alle API REST disponibili sul server

Stoccaggio e trattamento dei dati

E' necessario sviluppare un server centrale per poter raccogliere tutti i dati trasmessi dai vari dispositivi e poi metterli a disposizione dai software di fruizione (in questo momento, solamente l'interfaccia web, ma in futuro i software potrebbero essere molteplici). Indicativamente, le API da sviluppare dovranno occuparsi delle seguenti funzioni:

API per il salvataggio dei dati (endpoint che andra' condiviso con il modulo di trasimssione dei dati)
API per la geolocalizzazione a l'aggiunta di informazioni ad ogni flusso di dati
API per la ricezione dei dati aggregati, utilizzata per aggiornare regolarmente l'interfaccia web
API per la consultazione storica dei dati

Interfaccia web per la fruizione dei dati

Per poter fruire i dati ci si prepone di utilizzare un'interfaccia web in grado di scaricare i dati dal server centrale e mostrarli, possibilimente abbinati ad una mappa del territorio. Questo e' il modulo che ha il maggior numero di possibili iterazioni: e' possibile partire da una semplice cartina con indicati i valori di inquinamento posizionati geograficamente nelle posizioni piu' corrette per arrivare a veri e propri strumenti di data warehouse per l'analisi andamentale dei valori registrati. Ci sono molti strumenti di analisi open collegabili a questa interfaccia, che andranno valutati in futuro.

Implementazione

Acquisizione dei dati

Nella cartella <device> e' presente il codice da caricare sul device per l'acquisizione

Trasmissione dei dati

TBD - Libreria Arduino da scrivere per il modulo ESP

Stoccaggio e trattamento dei dati

Sotto <server> e' presente il progetto Python Flask che implementa i seguenti endpoints:

Data upload

Endpoint utilizzato dal device per inviare i dati rilevati dai propri sensori. La strategia di questo endpoint consiste nell'inserire direttamente in url l'identificativo del dispositivo, in modo che anche direttamente dai log delle chiamate sia possibile distinguere i vari dispositivi, mentre come parametro PUT va inserita la stringa con tutti i valori dei sensori. Il formato di questa stringa non e' ancora definitivo.

URL: /v0/data
Method:

PUT
URL Params:

Required device=[alphanumeric]
Data Params (URL encoded)

Required values=[alphanumeric]
Success Response:
- Code: 200
  Content: { status: 'ok' }
Error Response:
- Code: 400
  Content: { status: 'fail', reason: 'Invalid values' }

Sample Call:

import requests
r = requests.put('https://your_url_here/v0/data?device=A001', { 'values': 'P25:1929.3P10:992' })

Data fetch (latest)

Endpoint utilizzato dal web client per ottenere l'ultimo valore inviato dai vari dispositivi

URL: /v0/data/last
Method:

GET

Success Response:

Code: 200
Content:

{
"status": "ok",
"devices": [
{
	"id": "A001",
	"meta": {
		"nome": "I.I.S. G.Cena",
		"desc": "Descrizione <b>generica</b>",
		"lat": 45.467,
		"lon": 7.876
	},
	"values": {
		"pm2": 15.2,
		"pm10": 92.2
	}
},
...
]
}

Notes:

Tutto l'oggetto "meta" puo' essere vuoto, se il dispositivo non e' ancora stato geolocalizzato

Aggiornamento metadati

Endpoint utilizzato dal client web per associate metadati ad un dispositivo. Tutti i parametri sono opzionali, in modo che questa API possa essere richiamata per aggiornare anche solo un valore.

URL: /v0/device
Method:

POST
URL Params:

Required id=[alphanumeric]
Data Params (URL encoded)

Optional nome=[alphanumeric] desc=[alphanumeric] lat=[numeric] lon=[numeric]
Success Response:
- Code: 200
  Content: { status: 'ok' }
Error Response:
- Code: 400
  Content: { status: 'fail', reason: 'Invalid values' }

Sample Call:

import requests
r = requests.post('https://your_url_here/v0/device?id=A001', { nome='I.I.S. G.Cena', desc='nuova descrizione' })

Ping

Endpoint utilizzato dai dispositivi per testare la connessione

URL: /v0/ping
Method:

GET
Success Response:
- Code: 200
  Content: { status: 'ok', message: 'pong' }

Tutti i dati sono memorizzati su di un db MySQL, la cui struttura e' ancora in via di definizione.

Fruizione dei dati (WEB)

Sotto <web> e' presente il web client statico in grado di comunicare con il server e di mostrare i dati geolocalizzati tramite OpenStreetMap

Nice to have per il futuro

Meccanismo di sicurezza per autenticare e validare i dati ricevuti dai vari dispositivi
Adozione di shield LoRa per trasmettere i valori dei sensori a distanza, riducendo la necessita' di connettivita' internet tramite reti wifi
Aggiunta di funzioni di storage per permettere la trasmissione dei valori su reti intermittenti senza perdita di informazioni storiche
Potenziamento del server di stoccaggio tramite motori di database scalabili (e.g. sistemi open NoSQL)
Aggiunta di un'interfaccia web protetta da autenticazione per l'aggiunta di metadati ai vari flussi di informazioni (e.g. aggiungere i dati della scuola che sta trasmettendo i valori dell'inquinamento, geolocalizzarla etc. direttamente da web)

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