ในยุคสมัยที่ทรัพยากรธรรมชาตินั้นเริ่มลดลง โลกของเราอาจต้องเผชิญกับปัญหาขาดแคลนทรัพยากรธรรมชาติที่เริ่มหายากขึ้นเรื่อย ๆ ในอนาคต การจัดการทรัพยากรให้สามารถใช้ประสิทธิภาพและประโยชน์สูงสุดนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ไม่อาจมองข้ามได้อีกต่อไป แต่ในปัจจุบันการมาถึงของเครื่องมือที่ช่วยให้มนุษย์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการทรัพยากรอย่างเทคโนโลยี IoT (Internet of Things) ด้วยการเชื่อมต่อข้อมูลกับอุปกรณ์ต่าง ๆ ทำให้มีแหล่งข้อมูลขนาดใหญ่ (Big Data) สำหรับการวิเคราะห์แนวโน้มในอนาคตเพื่อเตรียมความพร้อมในการวางแผนรับมือกับปัญหาที่อาจเกิดขึ้น
- ‘Smart City for Sustainability’ บทเรียนและกรณีศึกษาจากทั่วโลก
- โครงสร้างพื้นฐานและการลงทุนสีเขียวสร้างอนาคตที่ยั่งยืนให้ประเทศ
IoT และ Big Data คืออะไร?
- IoT (Internet of Things) คือ เครือข่ายของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อถึงกันผ่านอินเทอร์เน็ต อุปกรณ์เหล่านี้สามารถส่งข้อมูลและรับคำสั่งจากระบบคอมพิวเตอร์ โดยการใช้เซนเซอร์และตัวกระตุ้น (Actuators) ซึ่งทำให้เราสามารถควบคุมและตรวจสอบสิ่งต่าง ๆ ได้จากระยะไกล ตัวอย่างของอุปกรณ์ IoT ได้แก่ เซนเซอร์ตรวจวัดความชื้นในดิน เครื่องใช้ไฟฟ้าอัจฉริยะ หรือระบบควบคุมอุณหภูมิในอาคาร
- Big Data คือ ชุดข้อมูลขนาดใหญ่ที่มีความหลากหลายและเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ข้อมูลเหล่านี้มักมีปริมาณมากจนไม่สามารถวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือแบบดั้งเดิมได้ การนำ Big Data มาวิเคราะห์สามารถช่วยให้เรามองเห็นภาพรวมที่ชัดเจนขึ้นเกี่ยวกับพฤติกรรมและแนวโน้มต่าง ๆ ซึ่งนำไปสู่การตัดสินใจที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
ตัวอย่างการนำเทคโนโลยี IoT มาประยุกต์ใช้ในการจัดการด้านต่าง ๆ
การจัดการทรัพยากรน้ำ
น้ำเป็นทรัพยากรที่สำคัญและมีจำกัด การใช้งานเทคโนโลยี IoT ในการจัดการน้ำสามารถช่วยให้การบริหารจัดการน้ำมีประสิทธิภาพมากขึ้น เช่น การใช้เซนเซอร์ในการตรวจวัดระดับน้ำในแหล่งน้ำต่าง ๆ หรือการใช้ระบบส่งจ่ายน้ำอัตโนมัติที่สามารถปรับปริมาณน้ำตามความต้องการของพืชในเวลาที่เหมาะสม การใช้งาน IoT ในการจัดการน้ำยังสามารถช่วยลดการสูญเสียน้ำและการใช้น้ำเกินจำเป็นได้
โครงการตัวอย่าง: โครงการส่งจ่ายน้ำอัจฉริยะด้วยเทคโนโลยี IoT ภาคการเกษตร
แหล่งที่มา : IoT and Cloud Based Sustainable Smart Irrigation System
ระบบส่งจ่ายน้ำอัจฉริยะที่ใช้ IoT และการประมวลผลด้วยคลาวด์เพื่อปรับปรุงการจัดการน้ำในเกษตรกรรม ส่วนประกอบและฟังก์ชันหลักของระบบประกอบด้วย
- เซนเซอร์และการเก็บข้อมูล : เซนเซอร์ความชื้นในดินถูกติดตั้งในสนามเพื่อเฝ้าตรวจสอบระดับความชื้น
- การควบคุมการน้ำอัตโนมัติ : กำหนดเวลาที่จะเริ่มปั๊มน้ำและเปิดวาล์วโซลินอยด์สำหรับการส่งจ่ายน้ำ
- การรวมข้อมูลสภาพอากาศ : พยากรณ์อากาศเพื่อปรับตารางส่งจ่ายน้ำให้เหมาะสม
- แพลตฟอร์มคลาวด์ : ข้อมูลเซนเซอร์และคำสั่งต่าง ๆ ถูกส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์คลาวด์ ทำให้เกษตรกรสามารถตรวจสอบและปรับระบบการส่งจ่ายน้ำจากระยะไกลผ่านแอปพลิเคชัน
- ประสิทธิภาพและความยั่งยืน : ระบบมีเป้าหมายเพื่อประหยัดน้ำ เพิ่มผลผลิตพืชผล และปรับปรุงความยั่งยืนโดยระบบส่งจ่ายที่แม่นยำ
วัตถุประสงค์และแรงจูงใจหลัก
- การอนุรักษ์น้ำ การใช้น้ำอย่างมีประสิทธิภาพโดยการตรวจสอบสภาพแวดล้อมและระดับความชื้นในดิน
- การเพิ่มระบบอัตโนมัติ การทำกระบวนการส่งจ่ายน้ำทั้งหมดโดยไม่ต้องพึ่งพามนุษย์
- ตรวจสอบสุขภาพของพืช ตรวจสอบพืชว่าได้รับน้ำในปริมาณและเวลาที่เหมาะสม เพื่อป้องกันความเครียดและโรคที่เกิดจากการรดน้ำที่ไม่เหมาะสม
- การรดน้ำอย่างแม่นยำ มุ่งเน้นไปที่โซนรากโดยเฉพาะ ปรับความถี่และระยะเวลาของการรดน้ำตามข้อมูล
- การเฝ้าติดตามและควบคุมระยะไกล ให้ผู้ใช้สามารถเฝ้าติดตามและควบคุมระบบจากระยะไกล
- ประสิทธิภาพพลังงาน การใช้พลังงานให้น้อยลงโดยการเปิดปั๊ม วาล์ว และระบบส่งจ่ายน้ำเฉพาะเมื่อจำเป็น
ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิจัยครั้งนี้
- การประหยัดน้ำ การประหยัดน้ำอย่างมากโดยการเพิ่มประสิทธิภาพการส่งจ่ายน้ำตามข้อมูลที่แม่นยำ
- การประหยัดค่าใช้จ่าย ลดการใช้น้ำและกระบวนขนส่งน้ำแบบดั้งเดิม นำไปสู่การประหยัดค่าใช้จ่าย
- สุขภาพและผลผลิตของพืชที่ดีขึ้น พืชจะได้รับน้ำในปริมาณที่เหมาะสม ส่งเสริมการเติบโตของพืช
- ประสิทธิภาพเวลา ฟีเจอร์อัตโนมัติช่วยประหยัดเวลาและลดปริมาณกำลังคนที่ใช้
- ความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม มีส่วนช่วยในการอนุรักษ์น้ำและความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อม
- ข้อมูลเชิงลึกที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล ให้ข้อมูลเชิงลึกที่ช่วยในการตัดสินใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับกลยุทธ์การส่งจ่ายน้ำและการจัดการทรัพยากร
การจัดการทรัพยากรด้านพลังงาน
การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสิ่งสำคัญในการลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยี IoT สามารถใช้ในการตรวจวัดและควบคุมการใช้พลังงานในอาคารหรือโรงงานได้ เช่น การใช้เซนเซอร์ในการตรวจวัดการใช้พลังงานของเครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละชนิด และการใช้ระบบควบคุมอัจฉริยะในการปรับการใช้พลังงานตามความต้องการ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ IoT ในการจัดการพลังงานหมุนเวียน เช่น การใช้เซนเซอร์ในการตรวจวัดการผลิตพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนและการเก็บข้อมูลเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต
โครงการตัวอย่าง: ระบบจัดการพลังงานภายในบ้านอัจฉริยะ
แหล่งที่มา : A Review of Smart Homes – Past, Present, and Future
- การอนุรักษ์พลังงาน บ้านอัจฉริยะมุ่งลดการสิ้นเปลืองพลังงาน โดยใช้ระบบอัจฉริยะที่ตรวจสอบและควบคุมการใช้เครื่องใช้ไฟฟ้า ระบบเหล่านี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยการปิดเครื่องใช้ไฟฟ้าเมื่อไม่ได้ใช้งานและปรับการทำงานของอุปกรณ์ตามนิสัยและความชอบของผู้ใช้
- อุปกรณ์และเครื่องใช้ไฟฟ้าอัจฉริยะ มีบทบาทสำคัญในการจัดการพลังงาน อุปกรณ์เหล่านี้ติดตั้งเซนเซอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ที่สามารถสื่อสารกับระบบจัดการพลังงานภายในบ้าน เพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับการใช้พลังงานและรับคำสั่งในการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน
- ระบบอัตโนมัติในบ้าน ใช้กลไกและวิธีการต่าง ๆ เพื่อจัดการการใช้พลังงาน ตัวอย่างเช่น ANN (Artificial Neural Network) ถูกใช้ในการพยากรณ์และควบคุมสภาพแวดล้อมของบ้านในอนาคตเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้แสงสว่าง การทำความร้อนและความเย็น
- โปรโตคอลและการสื่อสาร เช่น X10, Zigbee และ KNX ในการเชื่อมต่อและควบคุมอุปกรณ์ในบ้าน โปรโตคอลเหล่านี้ช่วยให้การแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างอุปกรณ์และระบบกลางเป็นไปอย่างราบรื่น ทำให้สามารถตรวจสอบและควบคุมการใช้พลังงานได้แบบเรียลไทม์
- การตรวจสอบและการแจ้งเตือนพลังงาน บ้านอัจฉริยะมักมีระบบตรวจสอบการใช้พลังงานที่ติดตามการใช้พลังงานแบบเรียลไทม์ ข้อมูลนี้นำเสนอผ่านอินเตอร์เฟซให้ผู้ใช้เข้าใจได้ง่ายขึ้น ช่วยให้เข้าใจรูปแบบการใช้พลังงานและมีข้อมูลในการตัดสินใจเพื่อลดการใช้พลังงานได้
การจัดการของเสีย
การจัดการของเสียเป็นปัญหาที่สำคัญในการรักษาสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยี IoT สามารถใช้ในการตรวจวัดและติดตามการจัดการของเสีย เช่น การใช้เซนเซอร์ในการตรวจวัดปริมาณขยะและการใช้ระบบติดตามการเก็บขยะในพื้นที่ต่าง ๆ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ IoT ในการจัดการการรีไซเคิลและการลดปริมาณขยะที่ส่งไปยังที่ทิ้งขยะได้
โครงการตัวอย่าง: ระบบติดตามและจัดการขยะอัจฉริยะ
แหล่งที่มา : IoT-based intelligent waste management system
ระบบการจัดการขยะอัจฉริยะ (Intelligent Waste Management System – IWMS) ที่ใช้เทคโนโลยี IoT จะช่วยให้การจัดการขยะมีประสิทธิภาพมากขึ้น และมีการใช้พลังงานที่ต่ำลง เนื่องจากมีการใช้โปรโตคอลอย่าง LEACH ที่ช่วยยืดอายุการใช้งานของเซนเซอร์ไร้สาย และปรับสมดุลให้กับถังขยะอัจฉริยะเพื่อยืดอายุการใช้งานของเครือข่ายขยะอัจฉริยะ นอกจากนี้ ยังมีการใช้ The Artificial Hummingbird Algorithm (AHA) มาทดแทนอัลกอริทึมรูปแบบดั้งเดิมทำให้ระบบมีความแม่นยำมากขึ้นเมื่อเทียบกับระบบอื่น ๆ
การกำหนดเส้นทางที่มีประสิทธิภาพ เพื่อกำหนดเส้นทางที่ดีที่สุดสำหรับรถขนขยะ ช่วยลดการใช้เชื้อเพลิงและเวลาในการเดินทาง ซึ่งทำให้การจัดการขยะมีประสิทธิภาพมากขึ้น ผลการวิจัยที่ได้รับ ระบบ IWMS ที่เสนอสามารถประหยัดพลังงานได้ 34% สำหรับเครือข่ายถังขยะอัจฉริยะเมื่อเปรียบเทียบกับระบบอื่น ๆ และมีอัตราความผิดพลาดเฉลี่ยที่ต่ำกว่าเมื่อจัดการกับค่าข้อมูลที่หายไป
การจัดการอากาศ
การตรวจวัดคุณภาพอากาศเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาสุขภาพของประชาชนและสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยี IoT สามารถใช้ในการตรวจวัดและติดตามคุณภาพอากาศในพื้นที่ต่าง ๆ เช่น การใช้เซนเซอร์ในการตรวจวัดปริมาณฝุ่นละอองหรือสารมลพิษในอากาศ ข้อมูลที่ได้จากเซนเซอร์สามารถใช้ในการวิเคราะห์และปรับปรุงคุณภาพอากาศในพื้นที่ที่มีปัญหาได้
โครงการตัวอย่าง: ระบบตรวจวัดและปรับปรุงคุณภาพอากาศ
แหล่งที่มา : IoT based Real-time Air Quality Monitoring and Control System
ขั้นตอนการติดตั้งอุปกรณ์ ขั้นตอนที่ 1 การเก็บรวบรวมข้อมูลเซนเซอร์เหล่านี้ จะทำการตรวจวัดสภาพแวดล้อมและเก็บข้อมูลแบบเรียลไทม์ โดยจะได้รับข้อมูลในรูปแบบของสัญญาณแอนะล็อก
- เซนเซอร์ MQ135 ตรวจจับความเข้มข้นของก๊าซที่เป็นอันตราย
- เซนเซอร์ SDS011 ตรวจจับปริมาณฝุ่นละอองขนาดเล็ก PM10 และ PM2.5
- เซนเซอร์ BME280 วัดระดับความชื้นและอุณหภูมิ
ขั้นตอนที่ 2 การประมวลผลข้อมูล สัญญาณแอนะล็อกที่ได้รับจากเซนเซอร์จะถูกแปลงเป็นสัญญาณดิจิทัลแส่งต่อไปยังโมดูล ESP32 ซึ่งเป็นหน่วยประมวลผลหลักESP32 จะประมวลผลข้อมูลและคำนวณค่า Air Quality Index (AQI) โดยอิงตามข้อมูลที่ได้รับจากเซนเซอร์ ข้อมูลที่ได้รับการประมวลผลจะถูกส่งไปยังแพลตฟอร์มคลาวด์ ThingSpeak เพื่อการเก็บรักษาและการวิเคราะห์เพิ่มเติม
ขั้นตอนที่ 3 การแสดงผลข้อมูลและการแจ้งเตือน ข้อมูลคุณภาพอากาศที่ได้รับการประมวลผลแล้วจะถูกแสดงผลผ่านแอปพลิเคชัน จะช่วยให้ผู้ใช้สามารถตรวจสอบข้อมูลคุณภาพอากาศแบบเรียลไทม์ผ่านสมาร์ตโฟนหรือแท็บเล็ตหากค่ามลพิษในอากาศเกินเกณฑ์ที่กำหนด ระบบจะส่งการแจ้งเตือนไปยังผู้ใช้งานผ่านแอปพลิเคชันหรืออีเมล
ขั้นตอนที่ 4 การควบคุมมลพิษ เมื่อระบบตรวจพบว่าระดับมลพิษในอากาศเกินเกณฑ์ที่กำหนดโมดูล ESP32 จะเปิดใช้งานพัดลมระบายอากาศหรือระบบดูดฝุ่นเพื่อควบคุมปริมาณมลพิษให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย และระบบจะทำงานอย่างต่อเนื่องเพื่อรักษาคุณภาพอากาศในพื้นที่ให้ดีขึ้น
ขั้นตอนที่ 5 การบำรุงรักษาและการปรับปรุงระบบ รักษาเซนเซอร์และอุปกรณ์ต่าง ๆ อย่างสม่ำเสมอ เพื่อให้มั่นใจว่าระบบสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
การจัดการทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพกลายเป็นสิ่งสำคัญที่ไม่สามารถมองข้ามได้อีกต่อไป แต่ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยี Internet of Things (IoT) และ Big Data ทำให้เรามีเครื่องมือที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น การใช้งาน IoT และ Big Data ในการจัดการด้านต่าง ๆ เช่น การจัดการทรัพยากรน้ำ พลังงาน การจัดการของเสีย และการควบคุมคุณภาพอากาศ ไม่เพียงช่วยลดการสิ้นเปลืองทรัพยากร แต่ยังช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และปรับปรุงคุณภาพชีวิตของประชาชนอีกด้วย
ตัวอย่างโครงการที่นำเสนอทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นถึงการใช้เทคโนโลยี IoT และ Big Data เพื่อการจัดการทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืน ในอนาคตการผสมผสานเทคโนโลยี IoT และ Big Data จะมีบทบาทสำคัญในการพัฒนากระบวนการจัดการทรัพยากรที่สามารถตอบสนองต่อความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปของสังคม และเป็นแนวทางสำคัญในการพัฒนาประเทศไทยสู่การเป็นประเทศที่อยู่ร่วมกับสิ่งแวดล้อมได้อย่างมีประสิทธิภาพ
