Monitoraggio in tempo reale con sensori wireless

Il monitoraggio del manto nevoso è fondamentale per molti stakeholders, sia per l'ottimizzazione dell'energia idroelettrica, per la gestione delle acque o per il controllo delle inondazioni. Le previsioni tradizionali si basano su metodi di regressione, che spesso si traducono in previsioni di deflusso di scioglimento della neve poco accurati in anni che non rientrano nella media. Gli attuali sistemi terrestri di misurazione in tempo reale non coprono una variabilità fisiografica sufficiente e sono per lo più installati a basse altitudini. Presentiamo la progettazione hardware e software di un sistema di misurazione autonomo all'avanguardia basato su un Wireless Sensor Network (WSN) con trasmissione dati remota in tempo reale che raccoglie informazioni su profondità della neve, temperatura dell'aria, umidità relativa dell'aria, umidità del suolo, temperatura del suolo e radiazione solare in posizioni fisiograficamente rappresentative. Altitudine, esposizione, pendenza e vegetazione vengono utilizzati per selezionare le posizioni della rete e distribuire i sensori in una determinata posizione, dato che regolano la variabilità del manto nevoso a varie scale. Tre WSN sono stati installati nella Sierra Nevada della California settentrionale lungo il ramo settentrionale del fiume Feather, a monte della diga di Oroville e di numerose centrali elettriche posizionate lungo il fiume. Le WSN hanno raccolto variabili idrologiche e statistiche sullo stato della rete durante l'anno idrico 2017, uno degli anni più piovosi mai registrati nella Sierra settentrionale. Queste reti sfruttano una tecnologia wireless a bassissima potenza per interconnettere le componenti e offrire funzionalità di recupero, resilienza alla perdita di dati dovuta ai disturbi meteorologici e alla fauna selvatica e visualizzazioni topologiche in tempo reale della salute della rete. I dati mostrano una notevole variabilità spaziale della profondità della neve, anche all'interno di una posizione di rete di 1 kilometro quadrato. In combinazione con i sistemi esistenti, queste WSN possono rilevare in modo migliore i tempi e le fasi delle precipitazioni, monitorare le dinamiche sub-giornaliere di infiltrazione e di deflusso superficiale durante le precipitazioni o lo scioglimento della neve, e informare i gestori dell'energia idroelettrica sulle effettive date di ablazione di fine stagione attraverso il paesaggio.