I utkanten av Virginia Techs campus, på en sträcka av jordbruksmark som få studenter någonsin besöker, små lådor virvlar igenom säsongens förändring till vinter, samla in och överföra data som kommer att göra det lättare för forskare att övervaka och samla in data över landskap.

Detta fälttest av ett miljöavkänningssystem är ett steg i ett projekt mellan College of Natural Resources and Environment; Innovativ trådlös teknik, ett ledande trådlöst mesh-nätverksföretag med huvudkontor i Lynchburg, Virginia; och det amerikanska energidepartementets Pacific Northwest National Laboratory. Projektet finansierades av ett anslag från Department of Energy Small Business Innovation Research, avsett att förfina, utveckla, och utveckla ny teknik.

"Utlysningen av detta anslag var fokuserad på miljöövervakning under jord och utvecklingen av nya sensornätverk och kommunikationsplattformar, " förklarade Daniel McLaughlin, biträdande professor vid institutionen för skogsresurser och miljövård och Virginia Techs ledande utredare för projektet. "Det primära målet är att främja sätten på vilka vi kan övervaka ödet och transporten av vissa miljöbeståndsdelar och föroreningar."

Det integrerade miljökvalitetsavkänningssystemet, kallas Envōk, är ett användardistribuerat nätverk som består av trådlösa mikrobearbetningsnoder som kan ansluta till ett brett utbud av miljösensorer. Ett rutnät av dessa noder kommunicerar via en trådlös gateway till en server som tillåter operatörer att fjärrstyra sensorerna.

Testningen av detta system deltar längs Strubles Creek på mark som är tillägnad Institutionen för biologiska systemtekniks StREAM Lab. Förutom McLaughlin, Docent Kevin McGuire och docent Brian Strahm, både av Department of Forest Resources and Environmental Conservation, och assisterande professor Ryan Stewart från College of Agriculture and Life Sciences School of Plant and Environmental Sciences deltar i projektet.

Matthew Fisher, huvudutredaren för Innovative Wireless Technologies, beskrev platsen som en idealisk plats för att testa systemets kapacitet. "Vi har en första version av vår färdiga produkt, och vi ville utvärdera den produkten i en fältsimulering, ” sade han. ”Virginia Tech tillhandahåller den utvärderingen. De tar systemet och, med stöd från oss, de kommer att utvärdera det och se om det uppfyller kriterierna som vi satt upp för projektet."

För Virginia Tech-forskare, testningen och utvärderingen av Envōk-systemet har sträckt sig från små mjukvarupreferenser till breda överväganden om avkänningskapacitet och övervakningsstrukturer.

"Vi utvärderar och skräddarsyr systemet för att möta användarnas behov, allt från mjukvarudesign och installationsalternativ till vilken typ av utgångar och sensorer som är mest användbara i fälttillämpningar, "McLaughlin sa. "Vi har undersökt vilken typ av triggers och kommunikationsförmåga som ska finnas och vilken typ av minne och batterikonfiguration systemet ska ha."

En avgörande komponent i systemet, utöver enkel installation och noggrannheten och tillförlitligheten för dataövervakning, tillåter användare att integrera ett brett utbud av sensorer i ett system. "Det finns många sensorer tillgängliga nu, och det som släpar efter är ett enkelt distribuerbart sensornätverk som skulle göra det möjligt för ett team att använda sensorer från vilken leverantör som helst och för ett brett spektrum av parametrar, " förklarade McLaughlin.

Ett ytterligare mål med projektet är att designa ett system som tillåter användare att "tala" till övervakningsnätverket med hjälp av mobila enheter eller persondatorer och ändra data som samlas in av sensorer när förhållandena varierar.

"Vi fokuserar på kommunikation mellan användare och nätverk men också kommunikation mellan noder, där mätningar på en nodplats kan utlösa specificerade mätprotokoll vid avlägsna noder, " sa McLaughlin. "Låt oss säga att en mätplats är i en bäck, och något fördefinierat tillstånd som en stigande vattennivå utlöses. Vi vill att den noden ska ha kapacitet att berätta för noder längre fram i nätverket till, till exempel, börja spela in data i en snabbare takt."

På platsen för Stroubles Creek, sensorer kommer att mäta vattennivåer, markens dynamik, kolflöden, och strömningsförhållanden under de kommande tre månaderna. Virginia Tech-forskare kommer att testa systemets hårdvara och hållbarhet, kommunikationsmöjligheterna mellan noder och till servern, och realtidsjusteringar av sensormätningar som skulle möjliggöra adaptiv modellering och dataanalys.

Nästa fas av projektet, lanseras våren 2019, kommer att vara ett större fälttest längs Columbia River i delstaten Washington, där Pacific Northwest National Laboratory kommer att ta ledningen för att verifiera Envōk-produkten när den går mot kommersialisering.

"Vi kommer att distribuera ett fullt fungerande system på Hanford-platsen, en före detta kärnkraftsproduktionsanläggning längs floden, med fem gånger antalet noder och ytterligare sensorteknologier, " sa Fisher. "Det kommer att vara produktionsutvärderingsperioden, det sista testet av systemet innan vi börjar produktionen."

Projektet har potential att göra insamling och bearbetning av fältdata mer dynamisk och enklare för forskare.

"Detta projekt handlar inte bara om vad vi kan mäta utan snarare att utveckla nya sätt att göra och kommunicera dessa mätningar, "McLaughlin sa. "Vårt mål är ett lätt deployerbart sensornätverk som är flexibelt och med kommunikationsmöjligheter för realtidsmätningar över parametrar och över stora studieområden."