REFlex Water : um framework de IoT para gerenciamento inteligente de sistemas de abastecimento de água

Abstract

O crescimento da população mundial e as mudanças climáticas aumentam a de- manda por água de alta qualidade. Este fato força a humanidade a criar novas es- tratégias de gestão da água. A utilização generalizada de Tecnologias da Informação e da Comunicação (Information and Communication Technologies (TICs)) nos espa- ços urbanos criou, na década de 90, uma nova era denominada Cidades Inteligentes (Smart Cities), que conceitua o desenvolvimento urbano dependente da tecnologia, da inovação e da globalização em diversas áreas de gestão e se baseia no paradigma tecnológico conhecido como Internet das Coisas (Internet of Things (IoT)). Com a utilização da IoT e diversas tecnologias aplicadas às Cidades Inteligentes, diversos setores (e.g., saneamento), possuem acesso às informações de contexto (e.g., umi- dade) de maneira facilitada e em tempo real, possibilitando uma ação mais eficaz e integrada. Na atualidade, pesquisadores estão criando Sistemas de Água Inteligente (Smart Water System (SWS)) que usa sensor, dispositivos e sistemas, com a capaci- dade de gerenciar a água com mais eficiência fornecendo monitoramento em tempo real de dados (e.g., vazão de água) com a capacidade de detectar quaisquer anorma- lidades. No entanto, para analisar e processar grandes conjuntos de dados produzidos por sensores da IoT e expressar o comportamento dinâmico dos sistemas de abas- tecimento de água é necessário a utilização de tecnologias de ponta que auxiliem na gestão do trabalho. Diante do exposto, esta tese reúne as tecnologias IoT, Pro- cessamento de Eventos Complexos (Complex Event Processing (CEP)) e Processos Declarativos para criar uma arquitetura eficiente e flexível (REFlex Water) inspirada no FIWARE, que impulsiona o desenvolvimento de soluções inteligentes interoperáveis e orientado a inovação para gerenciar sistemas de abastecimento de água. Para o conhecimento do autor, REFlex Water é a primeira solução que combina estas tec- nologias no contexto de sistemas de abastecimento de água. O trabalho descreve a arquitetura REFlex Water e demonstra seu funcionamento através de uma Proof of Concept (PoC). Os componentes da arquitetura do REFlex Water foram avaliados em laboratório através da ferramenta computacional de simulação hidráulica de siste- mas de abastecimento de água, a EPANET. Largamente aplicada no campo do pla- nejamento, projeto e do diagnóstico de funcionamento de sistemas de abastecimento, EPANET é um complemento na tomada de decisão do projetista e gestores de água. O EPANET permite o desenvolvimento de modelos de simulação confiáveis. Sendo útil o modelo de simulação EPANET, para a exploração e diagnóstico desses siste- mas, melhoria no planejamento de expansões hidráulicas e/ou outras intervenções nas redes de abastecimento. EPANET na sua forma original não dispõe de integra- ção com infraestrutura de IoT. Para isso, foi desenvolvida a extensão EPANET-RWX para EPANET que permite integrá-lo ao REFlex Water, e possibilita a avaliação da arquitetura proposta antes de implantar no sistema real. Por fim, o REFlex Water foi submetido a avaliação por especialistas do setor de água, realizado por meio de entre- vistas individuais. Na discussão dos resultados, demonstra-se que o REFlex Water se mostra promissor para ser aplicado a sistemas de abastecimento de água, segundo análise dos especialistas que apresentaram percepção positiva na sua utilização, cor- roborando, assim, com o nível de desenvolvimento de novas soluções tecnológicas para sistemas de abastecimento de água.