DE202023100666U1

DE202023100666U1 - Ein IoT-basiertes Frühwarn- und Erkennungssystem für Tsunami und Erdbeben in Küstengebieten

Info

Publication number: DE202023100666U1
Application number: DE202023100666.3U
Authority: DE
Original assignee: Iimt Univ; Iimt University
Current assignee: Iimt Univ; Iimt University
Priority date: 2023-02-12
Filing date: 2023-02-12
Publication date: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2033-02-13

Abstract

IoT-basiertes System zur Erkennung von Frühwarnung und Naturkatastrophen, dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst:
eine Vielzahl von Sensoren,
einen zentralen Server in Kommunikation mit der Vielzahl von Sensoren, wobei der zentrale Server einen Speicher und einen Mikrocontroller umfasst, der mit einer Vielzahl von Modulen konfiguriert ist, umfassend:
ein Eingabeempfangsmodul, das Eingaben von der Vielzahl von Sensoren empfängt;
ein Datenübertragungsmodul, das die empfangenen Daten von den Sensoren an den zentralen Server überträgt;
ein Datenverarbeitungsmodul, das von den Sensoren gesammelte Daten verarbeitet;
ein Speichermodul, das eine Sammlung historischer Daten definiert, die darauf trainiert sind, die Wahrscheinlichkeit eines Tsunami- oder Erdbebenereignisses basierend auf aktuellen Bedingungen zu bestimmen;
ein Datenanalysemodul, das die historischen und verarbeiteten gesammelten Daten analysiert;
ein Benachrichtigungsmodul, das Aktualisierungen in Echtzeit benachrichtigt und Warnungen an registrierte Parteien sendet; und
eine Kommunikationseinheit, um ein Medium bereitzustellen, durch das die Sensoren und der zentrale Server miteinander kommunizieren, und das Benachrichtigungsmodul mit registrierten Parteien kommuniziert.

Description

Tsunami und Erdbeben sind Naturkatastrophen, die Ereignisse verursachen, die zur Zerstörung von Gebäuden, gewerblichem Eigentum und zum Tod von Lebewesen führen. Diese Ereignisse stören den gesamten Aufbau des Gebiets, in dem solche Ereignisse auftreten. Es gibt viele Gebiete wie Küstengebiete, die anfällig für Tsunami- und Erdbebenereignisse sind und durch solche Ereignisse regelmäßig Schäden und schwere Verluste erleiden. Es gibt viele Systeme, die Tsunamis und Erdbeben in solchen Küstengebieten vorhersagen. Sie sind jedoch nicht zuverlässig und sehr teuer.
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, einen oder mehrere Nachteile zu überwinden, die mit herkömmlichen Mechanismen verbunden sind.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein IoT-System bereitzustellen, um eine Frühwarnung und Erkennung für Naturkatastrophen zu erkennen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, das leicht einsetzbare IoT-System bereitzustellen, um Frühwarnungen und Erkennung von Naturkatastrophen zu erkennen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Verfahren zur Erkennung von Frühwarnungen und zur Erkennung von Naturkatastrophen bereitzustellen.
Die vorliegende Offenbarung betrifft IoT-basierte Systeme. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein IoT-basiertes System zur Erkennung von Frühwarnungen und Naturkatastrophen. Die vorliegende Offenbarung offenbart ein Verfahren zur Erkennung von Frühwarnung und Naturkatastrophen.
In diesem Aspekt wird ein IoT-basiertes System zur Erkennung von Frühwarnungen und Naturkatastrophen offenbart. Das System umfasst eine Vielzahl von Sensoren. Ein zentraler Server kommuniziert mit der Vielzahl von Sensoren. Der zentrale Server umfasst einen Speicher und einen Mikrocontroller, der mit mehreren Modulen konfiguriert ist. Das System umfasst ein Eingabeempfangsmodul, das Eingaben von der Vielzahl von Sensoren empfängt; ein Datenübertragungsmodul, das die empfangenen Daten von den Sensoren an den zentralen Server überträgt; ein Datenverarbeitungsmodul, das von den Sensoren gesammelte Daten verarbeitet; ein Speichermodul, das einen Speicher historischer Daten definiert, die darauf trainiert sind, die Wahrscheinlichkeit eines Tsunami- oder Erdbebenereignisses basierend auf aktuellen Bedingungen zu bestimmen; ein Datenanalysemodul, das die historischen und verarbeiteten gesammelten Daten analysiert; ein Benachrichtigungsmodul, das Aktualisierungen in Echtzeit benachrichtigt und Warnungen an registrierte Parteien sendet; und eine Kommunikationseinheit, um ein Medium bereitzustellen, durch das die Sensoren und der zentrale Server miteinander kommunizieren, und das Benachrichtigungsmodul mit registrierten Parteien kommuniziert.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung wird durch die Offenlegung eines IoT-basierten Systems zur Frühwarnung und Erkennung von Naturkatastrophen erreicht. Zu den Naturkatastrophen gehören unter anderem Erdbeben und Tsunamis in Küstengebieten. In einigen Aspekten wird das IoT-basierte System in jedem Gebiet implementiert, das für solche Naturkatastrophen anfällig ist.
Die folgende Diskussion stellt viele beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands bereit. Obwohl jede Ausführungsform eine einzelne Kombination von erfinderischen Elementen darstellt, wird davon ausgegangen, dass der erfinderische Gegenstand alle möglichen Kombinationen der offenbarten Elemente umfasst. Wenn also eine Ausführungsform die Elemente A, B und C umfasst und eine zweite Ausführungsform die Elemente B und D umfasst, dann wird davon ausgegangen, dass der erfinderische Gegenstand auch andere verbleibende Kombinationen von A, B, C oder D umfasst, selbst wenn dies nicht der Fall ist ausdrücklich offengelegt. Die Ausführungsformen hierin und die verschiedenen Merkmale und vorteilhaften Details davon werden vollständiger unter Bezugnahme auf die nicht einschränkenden Ausführungsformen erläutert, die in der folgenden Beschreibung detailliert sind. Beschreibungen wohlbekannter Komponenten und Verarbeitungstechniken werden weggelassen, um die Ausführungsformen hierin nicht unnötig zu verschleiern. Die hierin verwendeten Beispiele sollen lediglich ein Verständnis der Wege erleichtern, auf denen die Ausführungsformen hierin praktiziert werden können, und es dem Fachmann weiter ermöglichen, die Ausführungsformen hierin zu praktizieren.
Dementsprechend sollten die Beispiele nicht als Einschränkung des Umfangs der Ausführungsformen hierin ausgelegt werden.
Viele Modifikationen werden Fachleuten offensichtlich sein, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie sie hierin zuvor beschrieben wurde.
In dieser Beschreibung und den folgenden Ansprüchen sind das Wort „umfassen“ und Variationen wie „umfassen“ und „umfassend“ so zu verstehen, dass sie die Aufnahme einer angegebenen ganzen Zahl oder Stufe oder Gruppe von ganzen Zahlen implizieren, es sei denn, der Kontext erfordert etwas anderes oder Schritte, aber nicht der Ausschluss irgendeiner anderen ganzen Zahl oder eines anderen Schritts oder einer Gruppe von ganzen Zahlen oder Schritten.
Wie hier verwendet, umfassen die Singularformen „ein“, „eine“, „der/die/das“ Bezüge im Plural, es sei denn, der Kontext schreibt eindeutig etwas anderes vor. Ferner sollen die Begriffe „wie“, „als solche“, „zum Beispiel“, „einschließlich“ Beispiele einführen, die einen allgemeineren Gegenstand weiter verdeutlichen, und sollten für den Fachmann in Betracht gezogen werden, um den Gegenstand zu verstehen.
Gruppierungen von alternativen Elementen oder Ausführungsformen der hierin offenbarten Erfindung sind nicht als Beschränkungen aufzufassen. Auf jedes Gruppenmitglied kann einzeln oder in beliebiger Kombination mit anderen Mitgliedern der Gruppe oder anderen hierin gefundenen Elementen Bezug genommen und beansprucht werden. Ein oder mehrere Mitglieder einer Gruppe können aus Zweckmäßigkeitsgründen und/oder aus Gründen der Patentierbarkeit in eine Gruppe aufgenommen oder daraus entfernt werden. Wenn eine solche Aufnahme oder Löschung auftritt, wird davon ausgegangen, dass die Beschreibung die Gruppe in der modifizierten Form enthält, wodurch die schriftliche Beschreibung aller Markush-Gruppen erfüllt wird, die in den beigefügten Ansprüchen verwendet werden.
Das IoT-basierte System zur Frühwarnung und Erkennung von Naturkatastrophen. Das System umfasst mehrere Sensoren, die entlang der Küsten und in den Ozeanen eingesetzt werden. Mehrere Sensoren umfassen unter anderem Meeresspiegelsensoren, Temperatursensoren und seismische Sensoren. Die Sensoren sind in der Technik gut bekannt.
Das System enthält auch einen zentralen Server, der mit den Sensoren kommuniziert. Der zentrale Server umfasst einen Speicher und einen Mikrocontroller, der mit mehreren Modulen konfiguriert ist.
Der Mikrocontroller enthält einen nichtflüchtigen Speicher, der mit einem oder mehreren Prozessoren gekoppelt ist. Zum Beispiel Arduino Uno basierend auf dem ATmega328. Es verfügt über 14 digitale Ein-/Ausgangspins (von denen 6 als PWM-Ausgänge verwendet werden können), 6 analoge Eingänge, einen 16-MHz-Quarzoszillator, einen USB-Anschluss, eine Strombuchse, einen ICSP-Header und eine Reset-Taste. Der ATmega328 bietet eine serielle UART-TTL-Kommunikation (5 V), die an den digitalen Pins 0 (RX) und 1 (TX) verfügbar ist. Ein ATmega16U2 auf dem Board kanalisiert diese serielle Kommunikation über USB und erscheint als virtueller COM-Port für die Software auf dem Computer. Die '16U2-Firmware verwendet die Standard-USB-COM-Treiber, und es wird kein externer Treiber benötigt. Unter Windows ist jedoch eine INF-Datei erforderlich. Die Arduino-Software enthält einen seriellen Monitor, mit dem einfache Textdaten an und von der Arduino-Platine gesendet werden können. Die RX- und TX-LEDs auf der Platine blinken, wenn Daten über den USB-to-Serial-Chip und die USB-Verbindung zum Computer übertragen werden (jedoch nicht für die serielle Kommunikation an den Pins 0 und 1).
Der nichtflüchtige Speicher (z. B. Halbleiterspeicher wie ROMs, PROMs, Direktzugriffsspeicher (RAMs) usw.) zum Speichern verschiedener Software oder Firmware oder ausführbarer Anweisungen und/oder Daten, ein oder mehrere Prozessoren, eine Batterie (d. h. ein wiederaufladbare Li-Ionen-Batterie, eine Festkörperbatterie usw.), um eine oder mehrere Komponenten des Systems mit elektrischer Energie zu versorgen, ein Ladesystem zum Laden der Batterie, andere elektronische Komponenten, Daten-Sendeempfänger/Datenübertragungsmittel, die angeordnet werden können zum Empfangen und Übertragen von Daten an eine oder mehrere andere Komponenten des Systems. Alle vorgenannten Elemente/Komponenten des Systems können operativ miteinander gekoppelt werden.
Der Mikrocontroller, der, wenn er mit dem Speicher gekoppelt ist, dazu konfiguriert ist, ein oder mehrere Module zu betreiben. Die Module können beispielsweise ein Eingangsempfangsmodul, ein Datenübertragungsmodul, ein Datenverarbeitungsmodul, ein Speichermodul, ein Datenanalysemodul und ein Benachrichtigungsmodul umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt.
Das Eingabeempfangsmodul empfängt Eingaben von den Sensoren. Jeder der Sensoren misst Daten von verschiedenen Ressourcen, zum Beispiel ist der Meeresspiegelsensor ein Wasserpegelsensor, der dazu konfiguriert ist, Änderungen des Meeresspiegels wie etwa Flutwellen im Wasser zu messen und zu überwachen. Der Temperatursensor ist konfiguriert, um die Temperatur des Wassers zu messen. Der seismische Sensor überwacht im Wasser erzeugte seismische Wellen. Das System umfasst die kontinuierliche Sammlung von Daten von den Sensoren und die Übertragung der Daten an einen zentralen Server.
Das Datenübertragungsmodul ist konfiguriert, um die empfangenen Daten von den Sensoren an den zentralen Server zu übertragen. Das Datenverarbeitungsmodul ist konfiguriert, um von den Sensoren gesammelte Daten zu verarbeiten.
Das Speichermodul definiert eine Ablage historischer Daten. Die historischen Daten umfassen frühere Daten von seismischen Aufzeichnungen des Wassers. Das Speichermodul ist dazu konfiguriert, darauf trainiert zu werden, die Wahrscheinlichkeit eines Tsunami- oder Erdbebenereignisses basierend auf aktuellen Bedingungen zu bestimmen.
Das Datenanalysemodul ist konfiguriert, um die historischen und verarbeiteten gesammelten Daten zu analysieren.
Das Benachrichtigungsmodul ist konfiguriert, um Aktualisierungen in Echtzeit zu benachrichtigen und Warnungen an registrierte Parteien zu senden. Die Benachrichtigung erfolgt in Form einer SMS, E-Mail oder App.
Die Kommunikationseinheit ist so konfiguriert, dass sie ein Medium bereitstellt, über das die Sensoren und der zentrale Server miteinander kommunizieren. Die Kommunikationseinheit ist konfiguriert, um das Benachrichtigungsmodul bereitzustellen, um mit registrierten Parteien zu kommunizieren.
Das System ist skalierbar und einfach in mehreren Küstengebieten einsetzbar.
Die vorliegende Offenbarung offenbart auch ein Verfahren zur Frühwarnung und Erkennung von Naturkatastrophen in Küstengebieten. Das Verfahren umfasst das Empfangen von Eingaben von der Vielzahl von Sensoren, gefolgt vom Übertragen der empfangenen Daten von den Sensoren an den zentralen Server. Das Verfahren umfasst ferner das Verarbeiten von Daten, die von den Sensoren gesammelt wurden, gefolgt von einem Trainieren der historischen Daten, um die Wahrscheinlichkeit eines Tsunami- oder Erdbebenereignisses basierend auf aktuellen Bedingungen und historischen Daten zu bestimmen. Die Methode beinhaltet die Analyse der historischen und verarbeiteten gesammelten Daten. Das Benachrichtigungsmodul ist konfiguriert, um Aktualisierungen in Echtzeit zu benachrichtigen und Warnungen an registrierte Parteien zu senden.
Das in diesem Patent beschriebene System und Verfahren stellt eine umfassende Lösung zur Frühwarnung und Erkennung von Tsunamis und Erdbeben in Küstengebieten bereit. Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit des maschinellen Lernens und des IoT kann das System relevante Behörden und betroffene Gemeinden in Echtzeit mit Updates und Warnungen versorgen, sodass rechtzeitig Evakuierungs- und Vorsorgemaßnahmen ergriffen werden können. Das System ist skalierbar, kostengünstig und kann problemlos in mehreren Küstengebieten eingesetzt werden und bietet umfassenden Schutz vor Tsunamis und Erdbeben.
Das System ist skalierbar und kann problemlos in mehreren Küstengebieten eingesetzt werden, um eine umfassende Abdeckung und Schutz vor Tsunamis und Erdbeben zu bieten. Das System ist zudem kosteneffizient ausgelegt und kann mit minimalen Ressourcen gewartet werden.

Claims

IoT-basiertes System zur Erkennung von Frühwarnung und Naturkatastrophen, dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst: eine Vielzahl von Sensoren, einen zentralen Server in Kommunikation mit der Vielzahl von Sensoren, wobei der zentrale Server einen Speicher und einen Mikrocontroller umfasst, der mit einer Vielzahl von Modulen konfiguriert ist, umfassend: ein Eingabeempfangsmodul, das Eingaben von der Vielzahl von Sensoren empfängt; ein Datenübertragungsmodul, das die empfangenen Daten von den Sensoren an den zentralen Server überträgt; ein Datenverarbeitungsmodul, das von den Sensoren gesammelte Daten verarbeitet; ein Speichermodul, das eine Sammlung historischer Daten definiert, die darauf trainiert sind, die Wahrscheinlichkeit eines Tsunami- oder Erdbebenereignisses basierend auf aktuellen Bedingungen zu bestimmen; ein Datenanalysemodul, das die historischen und verarbeiteten gesammelten Daten analysiert; ein Benachrichtigungsmodul, das Aktualisierungen in Echtzeit benachrichtigt und Warnungen an registrierte Parteien sendet; und eine Kommunikationseinheit, um ein Medium bereitzustellen, durch das die Sensoren und der zentrale Server miteinander kommunizieren, und das Benachrichtigungsmodul mit registrierten Parteien kommuniziert.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Sensoren Meeresspiegelsensoren, Temperatursensoren und seismische Sensoren umfassen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Sensoren entlang der Küsten und in den Ozeanen eingesetzt werden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Sensoren kontinuierlich Daten sammeln.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System das Trainieren des Datensatzes durch maschinelles Lernen umfasst.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System das Trainieren des Datensatzes durch maschinelles Lernen umfasst.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit Cloud-Berechnung umfasst.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die registrierten Parteien öffentliche und Wetterbehörden umfassen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Naturkatastrophen Erdbeben und Tsunami in Küstengebieten umfassen.