IoT-boj för övervakning av vattenkvalitet

Although water is incredibly abundant on Earth, only 2.5 % of the water reserve is freshwater, and one third of the world’s population lacks safe drinking water. Water quality monitoring (WQM) is thus a crucial asset to safeguard this invaluable resource. Gaining popularity in the 1960s, WQM has since evolved from a lab-based, labour-intensive program to an increasingly automated operation. Today, autonomous sensors automatically assess water quality, albeit with surpassed technology, complex procedures, and expensive equipment. This thesis presents a next-generation, IoT-based WQM system, capable of unparalleled high-frequency data collection at a fraction of the cost of present-day solutions, that operates via The Thing Network’s public LoRaWAN connectivity. The system is validated through a lightweight prototype buoy, which is deployed on a 14-days-long campaign in the lakes of Stockholm. The study concludes that (i) The Things Network is a promising backbone for monitoring applications in the smart city, with an estimated current 57 % coverage of Stockholm; (ii) IoT devices can harvest sufficient solar energy to deliver 30–60 messages/h all year round even at high latitudes; (iii) IoT-based WQM has the potential for unprecedented resolution, energy-efficiency, and cost-effectiveness compared to traditional industrial-grade, cellular-based systems. Även om vatten är otroligt rikligt på jorden, är bara 2,5 % av vattenreserven sötvatten, och en tredjedel av världens befolkning saknar säkert dricksvatten. Water quality monitoring (WQM) är således en avgörande tillgång för att skydda denna ovärderliga resurs. WQM blev allt populärare på 1960-talet och har sedan dess utvecklats från ett labbaserat, arbetskrävande program till en alltmer automatiserad verksamhet. Idag bedömer autonoma sensorer automatiskt vattenkvaliteten, om än med överträffad teknik, komplexa förfaranden och dyr utrustning. Denna avhandling presenterar ett nästa generations, IoT-baserade WQM-system, som kan möta högfrekvent datainsamling utan motstycke till en bråkdel av kostnaden för dagens lösningar, som fungerar via The Things Network offentliga LoRaWAN-anslutning. Systemet valideras genom en lätt prototypboj, som används på en 14 dagar lång kampanj i Stockholms sjöar. Studien drar slutsatsen att (i) The Things Network är en lovande ryggrad för övervakning av applikationer i den smart city, med en uppskattningsvis 57 % täckning av Stockholm; (ii) IoT-enheter kan skörda tillräckligt med solenergi för att leverera 30-60 meddelanden/timme året runt även på höga breddgrader; (iii) IoT-baserat WQM har potential för oöverträffad upplösning, energieffektivitet och kostnadseffektivitet jämfört med traditionella, industriella, cellbaserade system