A monitorização do nível da água com sensores LoRaWAN
Um sensor de nível LoRaWAN mede a altura da água de um rio, de um lago, de uma albufeira ou de um canal e transmite a leitura por rádio a quilómetros de distância, sem cabos e sem alimentação de rede. As medições convergem numa plataforma que mostra a evolução do nível da água em tempo real e envia um alarme quando um limiar é ultrapassado. Uma estação de medição instala-se em poucas horas numa ponte, numa margem ou numa caixa de visita, e a bateria dura anos. Explicamos-lhe com que tecnologias se mede o nível, onde se instalam os sensores e como os dados se transformam num sistema de alerta de cheias.
Como se mede o nível: as tecnologias em comparação
O nível da água mede-se com quatro famílias de sensores. As duas primeiras trabalham a partir de cima, sem tocar na água; as outras duas trabalham imersas ou em contacto com a superfície.
| Tecnologia | Como mede | Pontos fortes | Limitações |
|---|---|---|---|
| Radar | Distância até à superfície, a partir de cima | Sem contacto com a água, precisão milimétrica | Exige uma estrutura sobre o espelho de água |
| Ultrassons | Distância até à superfície, a partir de cima | Custo contido | Sensível ao vento, à temperatura e à espuma |
| Sonda de pressão | Coluna de água acima da sonda imersa | Adequada a poços, aquíferos e albufeiras profundas | Em contacto com a água e os sedimentos |
| Flutuador | Posição do flutuador num poço tranquilizador | Referência histórica das redes hidrométricas | Exige obras de construção civil e manutenção mecânica |
Para rios e canais, o radar é hoje a escolha de referência: mede sem tocar na água, fica fora do alcance de sedimentos e detritos e mantém a precisão mesmo durante uma cheia. A sonda de pressão continua a ser a mais adequada para poços, aquíferos e albufeiras profundas.
Onde se instalam os sensores
O sensor radar fixa-se a uma estrutura existente sobre o espelho de água: o tabuleiro ou o parapeito de uma ponte, um passadiço ou um braço em consola sobre a margem. O ponto de medição deve ficar acima do nível de máxima cheia e livre de obstáculos no cone de medição.
A sonda de pressão desce até ao fundo, protegida por um tubo-guia ou por um poço, com o transmissor LoRaWAN à superfície. É a configuração típica para poços piezométricos, tanques e albufeiras.
Além dos cursos de água principais, os mesmos sensores cobrem os pontos críticos menores que as redes hidrométricas institucionais não vigiam: canais de drenagem, passagens inferiores, sumidouros e travessias que ficam inundados primeiro durante um evento intenso.
A rede LoRaWAN: alcance e bateria
Os sensores transmitem as medições na banda livre de 868 MHz com o protocolo LoRaWAN: um único gateway recebe os dados de dezenas de estações de medição num raio de quilómetros, mesmo em zonas de colinas, e nos locais sem alimentação o gateway funciona com painel solar. Muitas cidades e regiões dispõem já de uma rede LoRaWAN pública: onde existe, as estações ligam-se aos gateways existentes.
O consumo é reduzidíssimo: com uma leitura a cada 5–15 minutos, a bateria interna dura de 5 a mais de 10 anos, e cada dispositivo envia periodicamente o seu estado de funcionamento com o nível de bateria. Os parâmetros, incluindo a frequência de medição, alteram-se remotamente por rádio. É a mesma infraestrutura que descrevemos para a monitorização das estâncias de esqui e para a monitorização de parques de estacionamento: uma rede, muitas famílias de sensores.
Do sensor à plataforma: limiares e alarmes
O gateway encaminha os pacotes de rádio para um network server, o software que gere os dispositivos e descodifica as medições: a escolha mais difundida nas entidades públicas é o ChirpStack, open source e sem custos de licença. A partir daí, os dados chegam às aplicações através de protocolos abertos como MQTT e API REST.
Na plataforma, cada estação torna-se um ponto no mapa com o gráfico histórico do nível. Pode definir vários limiares para cada ponto de medição, receber as notificações nos canais configurados assim que um limiar é ultrapassado e exportar as séries de medições para estudos, projeto e estimativa do caudal. Com a nossa plataforma de monitorização Track-TP, os níveis hidrométricos convivem com os dados dos equipamentos de rede e dos restantes sensores IoT, num único painel com alarmes e notificações.
O alerta precoce de cheias
O valor da monitorização revela-se nos eventos intensos. Quando o nível ultrapassa o limiar de atenção, o sensor aumenta sozinho a frequência de envio e a plataforma avisa o pessoal de prevenção: quem tem de decidir dispõe dos dados do seu território em tempo real, com minutos ou horas de antecedência sobre o ponto crítico.
Os limiares calibram-se com base nas referências locais: a cota do dique, a cota da via ou o bordo livre de uma travessia. O histórico das medições serve depois para o planeamento: reconstituir um evento, dimensionar uma intervenção e documentar a eficácia de uma obra.
O que é preciso para um projeto de monitorização hidrométrica
Um projeto completo desenvolve-se em quatro passos:
- Levantamento no local e escolha dos pontos de medição. Identificam-se as secções significativas, as estruturas de fixação e a referência de cota para cada estação.
- Verificação da cobertura rádio. Verifica-se a cobertura dos gateways existentes e acrescentam-se os pontos de receção necessários, com painel solar onde falta a alimentação.
- Instalação e calibração. Fixação dos sensores, verificação da medição em relação à referência de cota e comissionamento da transmissão para a plataforma.
- Plataforma e manutenção. Configuração de limiares e notificações, verificação periódica da calibração e substituição planeada das baterias assinaladas pelo diagnóstico.
A Teleproject projeta e executa redes LoRaWAN completas para entidades públicas, consórcios e gestores de infraestruturas: da verificação da cobertura rádio ao fornecimento e instalação dos sensores, até à configuração da plataforma e à assistência técnica continuada. Conheça a nossa solução IoT e LoRaWAN.
Perguntas frequentes
Quanto dura a bateria de um sensor de nível LoRaWAN?
De 5 a mais de 10 anos com uma leitura a cada 5–15 minutos. A frequência de envio influencia o consumo: aumentá-la apenas quando um limiar é ultrapassado, como fazem os sensores de última geração, mantém a autonomia de vários anos mesmo nos pontos mais vigiados. O nível de bateria chega à plataforma com o diagnóstico periódico.
A medição funciona mesmo durante uma cheia?
Sim, se a estação estiver bem projetada: o radar trabalha a partir de cima, sem contacto com a água, e deve ser instalado acima do nível de máxima cheia, ao abrigo da corrente e dos detritos. Com o grau de proteção IP68 e o aumento automático da frequência de medição, a estação continua a transmitir precisamente quando o dado é mais necessário.
É preciso construir uma rede de rádio dedicada?
Nem sempre. Muitas cidades e regiões dispõem de uma rede LoRaWAN pública à disposição das entidades locais: onde a cobertura existe, as estações registam-se nos gateways existentes. Nos vales e nos locais isolados bastam poucos gateways dedicados, mesmo com alimentação por painel solar.
Que precisão tem a medição do nível?
Os sensores radar têm uma precisão da ordem dos milímetros, as sondas de pressão da ordem do centímetro. Para um sistema de alerta é uma precisão amplamente suficiente: os limiares de atenção e de alarme distam entre si dezenas de centímetros.
Que manutenção exige o sistema?
Pouca e fácil de planear. O radar não toca na água e não acumula sedimentos; a sonda imersa exige uma limpeza periódica. O diagnóstico remoto assinala baterias em fim de vida e anomalias de transmissão, pelo que pode programar as intervenções em vez de as sofrer. Uma verificação anual da calibração completa o plano.