Original Title: A Multi-Layer LoRaWAN Infrastructure for Smart Waste Management
Source: doi.org/10.3390/s21082600
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធ LoRaWAN ពហុស្រទាប់សម្រាប់ការគ្រប់គ្រងកាកសំណល់ឆ្លាតវៃ

ចំណងជើងដើម៖ A Multi-Layer LoRaWAN Infrastructure for Smart Waste Management

អ្នកនិពន្ធ៖ David Baldo (University of Siena), Alessandro Mecocci (University of Siena), Stefano Parrino (University of Siena), Giacomo Peruzzi (University of Siena), Alessandro Pozzebon (University of Siena)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2021 (Sensors)

វិស័យសិក្សា៖ Internet of Things (IoT) / Smart City Infrastructure

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការកើនឡើងនៃកាកសំណល់ក្នុងទីក្រុងទាមទារឱ្យមានប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងដែលមានប្រសិទ្ធភាពជាងមុន ខណៈដែលហេដ្ឋារចនាសម្ព័ន្ធត្រួតពិនិត្យបច្ចុប្បន្ននៅមានកម្រិត ដោយខ្វះលក្ខណៈពិសេសដូចជាការតភ្ជាប់បណ្តាញទូលាយ ឬការវិភាគទិន្នន័យកម្រិតខ្ពស់នៅនឹងកន្លែង។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះស្នើឡើងនូវស្ថាបត្យកម្មបណ្តាញ LoRaWAN ដែលបែងចែកជាបីស្រទាប់ផ្សេងៗគ្នា ដើម្បីអនុវត្តប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងកាកសំណល់ឆ្លាតវៃ ដោយរួមបញ្ចូលបច្ចេកវិទ្យា Edge Computing សម្រាប់វិភាគទិន្នន័យ។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Smart Bin (Ultrasonic Sensor Node)
ធុងសំរាមឆ្លាតវៃ (Smart Bin) បំពាក់ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអ៊ុលត្រាសូនិក
មានតម្លៃទាប (ប្រហែល ៤២ អឺរ៉ូ) ប្រើប្រាស់ថាមពលតិច និងអាចវាស់កម្រិតកាកសំណល់ដោយស្វ័យប្រវត្តិ។ ភាពត្រឹមត្រូវអាចមានកម្រិតលំអៀងប្រហែល ៧ សង់ទីម៉ែត្រ និងអាចរងផលប៉ះពាល់ដោយសីតុណ្ហភាព ឬរបៀបនៃការចោលសំរាម។ អាចជូនដំណឹងអំពីកម្រិតពេញនៃធុងសំរាម ដើម្បីឱ្យប្រតិបត្តិករធ្វើការប្រមូលបានទាន់ពេលវេលា។
Video Surveillance Unit (VSU) with Edge AI
អង្គភាពឃ្លាំមើលវីដេអូ (VSU) ជាមួយបច្ចេកវិទ្យា Edge AI
មានសមត្ថភាពខ្ពស់ក្នុងការវិភាគរូបភាពដើម្បីរកមើលអគ្គិភ័យ និងរក្សាឯកជនភាពដោយមិនបញ្ជូនរូបភាពចេញក្រៅ។ មានតម្លៃថ្លៃជាងគេ (ប្រហែល ៥២២ អឺរ៉ូ) និងត្រូវការថាមពលច្រើនដែលតម្រូវឱ្យមានផ្ទាំងសូឡាធំជាងមុន។ សម្រេចបានភាពត្រឹមត្រូវ (Accuracy) ៩៦.៤% ក្នុងការរកឃើញអគ្គិភ័យ។
Smart Drop-off Container
ធុងដាក់សំរាមធំ (Smart Drop-off Container) ដែលមានប្រព័ន្ធ RFID
អនុញ្ញាតឱ្យមានការផ្ទៀងផ្ទាត់អ្នកប្រើប្រាស់ (User Authentication) និងមានប្រព័ន្ធ GPS សម្រាប់តាមដានទីតាំង។ មានតម្លៃថ្លៃជាងធុងសំរាមធម្មតា (គ្រឿងអេឡិចត្រូនិកប្រហែល ៨៧ អឺរ៉ូ) និងត្រូវការថាមពលសម្រាប់ដំណើរការប្រព័ន្ធចាក់សោ។ អាចគ្រប់គ្រងការចូលប្រើប្រាស់ និងជូនដំណឹងអំពីការបំពេញកាកសំណល់បានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាព។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះបានផ្តល់នូវការប៉ាន់ប្រមាណតម្លៃលម្អិតសម្រាប់ផ្នែករឹងនៃឧបករណ៍នីមួយៗ ដោយផ្តោតលើការប្រើប្រាស់គ្រឿងបន្លាស់ដែលមានតម្លៃសមរម្យ។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងនៅក្នុងទីក្រុង Siena និង Florence ប្រទេសអ៊ីតាលី ដែលមានបរិបទអាកាសធាតុ និងប្រភេទកាកសំណល់ខុសពីកម្ពុជា។ ទិន្នន័យរូបភាពសម្រាប់បណ្តុះបណ្តាល AI ត្រូវបានយកពីអ៊ីនធឺណិត និងការថតផ្ទាល់នៅទីតាំង ដែលអាចមិនឆ្លុះបញ្ចាំងពីស្ថានភាពជាក់ស្តែងនៅតំបន់ត្រូពិកដូចកម្ពុជា។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

បច្ចេកវិទ្យានេះមានសក្តានុពលខ្ពស់សម្រាប់កម្ពុជា ជាពិសេសក្នុងការអភិវឌ្ឍន៍ទីក្រុងឆ្លាតវៃ (Smart City) ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាកាកសំណល់ដែលកំពុងកើនឡើង។

ទោះបីជាការចំណាយលើ VSU អាចខ្ពស់សម្រាប់កម្ពុជា ប៉ុន្តែការចាប់ផ្តើមជាមួយ Smart Bins ដែលមានតម្លៃសមរម្យគឺជាជំហានដ៏ល្អក្នុងការធ្វើទំនើបកម្មប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងកាកសំណល់។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. ជំហានទី ១៖ សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះ LoRaWAN: និស្សិតគួរស្វែងយល់ពីរបៀបដំណើរការនៃបណ្តាញ LoRaWAN (Class A vs Class C) និងរៀបចំ Gateway សាមញ្ញមួយដោយប្រើ (Raspberry Pi) និង (RAKWireless Concentrator)។
  2. ជំហានទី ២៖ បង្កើតគំរូធុងសំរាមឆ្លាតវៃ (Prototype): សាកល្បងផ្គុំឧបករណ៍ដោយប្រើ (Arduino) ឬ (ESP32) ជាមួយឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា (JSN-SR04T) និងម៉ូឌុល LoRa (RFM95W) ដើម្បីវាស់ចម្ងាយក្នុងធុងទឹក ឬធុងសំរាម។
  3. ជំហានទី ៣៖ ការដំឡើងប្រព័ន្ធគ្រប់គ្រងទិន្នន័យ: រៀនប្រើប្រាស់ (The Things Network - TTN) ដើម្បីទទួលទិន្នន័យ និងបញ្ជូនបន្តទៅកាន់ (Node-RED) ឬ Dashboard សម្រាប់បង្ហាញកម្រិតកាកសំណល់។
  4. ជំហានទី ៤៖ សាកល្បងបច្ចេកវិទ្យា Edge AI: សិក្សាអំពីការប្រើប្រាស់ (YOLO) ឬ (Tiny-YOLO) លើកុំព្យូទ័រ ដើម្បីបង្វឹកម៉ូដែលឱ្យស្គាល់រូបភាពភ្លើង ឬសំរាម មុននឹងសាកល្បងលើ (Raspberry Pi) ឬ (Khadas VIM3)។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) គឺជាបច្ចេកវិទ្យាទំនាក់ទំនងឥតខ្សែដែលមានសមត្ថភាពបញ្ជូនទិន្នន័យបានក្នុងចម្ងាយឆ្ងាយ ប៉ុន្តែប្រើប្រាស់ថាមពលថ្មតិចតួចបំផុត។ វាអនុញ្ញាតឱ្យឧបករណ៍ចាប់សញ្ញា (ដូចជាធុងសំរាមឆ្លាតវៃ) អាចភ្ជាប់ទៅអ៊ីនធឺណិត និងដំណើរការបានរាប់ឆ្នាំដោយមិនចាំបាច់ប្តូរថ្មញឹកញាប់។ ប្រៀបដូចជាការផ្ញើសារ SMS តាមទូរស័ព្ទចាស់ៗ ដែលអាចផ្ញើបានឆ្ងាយ និងសន្សំថ្មជាងការហៅវីដេអូតាម 4G/5G។
Edge Computing គឺជាដំណើរការនៃការវិភាគ និងគណនាទិន្នន័យដោយផ្ទាល់នៅលើឧបករណ៍ (នៅនឹងកន្លែង) ជាជាងការបញ្ជូនទិន្នន័យឆៅទាំងអស់ទៅកាន់ម៉ាស៊ីនមេ (Cloud)។ ក្នុងឯកសារនេះ កាមេរ៉ាវិភាគរកមើលអគ្គិភ័យដោយខ្លួនឯង ដើម្បីរក្សាឯកជនភាព និងកាត់បន្ថយការប្រើប្រាស់អ៊ីនធឺណិត។ ដូចជាពេលដែលយើងគិតលេខក្នុងក្បាលភ្លាមៗដោយខ្លួនឯង ជំនួសឱ្យការផ្ញើសំណួរទៅគ្រូហើយរង់ចាំចម្លើយត្រឡប់មកវិញ។
Time of Flight (ToF) ជាវិធីសាស្ត្រវាស់ចម្ងាយដោយគណនារយៈពេលដែលរលកសំឡេង ឬពន្លឺធ្វើដំណើរទៅប៉ះវត្ថុមួយ ហើយផ្លាតត្រឡប់មកវិញ។ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាអ៊ុលត្រាសូនិកប្រើវិធីនេះដើម្បីដឹងថាកាកសំណល់ក្នុងធុងពេញដល់កម្រិតណា។ ដូចជាការស្រែកដាក់ជញ្ជាំងក្នុងរូងភ្នំ ហើយរាប់វិនាទីដើម្បីស្តាប់សំឡេងអេកូ (Echo) ត្រឡប់មកវិញ ដើម្បីដឹងថាជញ្ជាំងនៅឆ្ងាយប៉ុណ្ណា។
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) គឺជាពិធីការ (Protocol) ទំនាក់ទំនងស្តង់ដារសម្រាប់ឧបករណ៍ IoT ប្រើក្នុងការផ្ញើទិន្នន័យតូចៗទៅកាន់ម៉ាស៊ីនមេ (Server) យ៉ាងរហ័ស និងមានប្រសិទ្ធភាព ទោះបីជាបណ្តាញអ៊ីនធឺណិតមិនសូវមានស្ថេរភាពក៏ដោយ។ ប្រៀបដូចជាបុរសប្រៃសណីយ៍ដែលដឹកជញ្ជូនតែសំបុត្រតូចៗ និងលឿនបំផុត ដោយមិនដឹកកញ្ចប់ឥវ៉ាន់ធំៗដែលធ្វើឱ្យយឺតយ៉ាវ។
YOLO (You Only Look Once) គឺជាឈ្មោះនៃក្បួនដោះស្រាយបញ្ញាសិប្បនិម្មិត (AI Algorithm) ដ៏ល្បីល្បាញដែលប្រើសម្រាប់សម្គាល់វត្ថុក្នុងរូបភាព ឬវីដេអូបានយ៉ាងលឿនបំផុត (Real-time)។ នៅក្នុងការសិក្សានេះ គេប្រើវាដើម្បីវិភាគមើលថាមានភ្លើងឆេះឬអត់។ ដូចជាភ្នែករបស់អ្នកចាំទីបាល់ទាត់ ដែលអាចមើលមួយភ្លែតហើយដឹងភ្លាមថាបាល់នៅឯណា និងកំពុងហោះទៅទិសណា ដោយមិនបាច់សម្លឹងយូរ។
Spreading Factor (SF) គឺជាការកំណត់នៅក្នុងប្រព័ន្ធ LoRa ដែលកំណត់ថាទិន្នន័យត្រូវបញ្ជូនយឺត ឬលឿនប៉ុណ្ណា។ បើកំណត់ SF ខ្ពស់ សញ្ញាអាចទៅបានឆ្ងាយជាងមុន និងធន់នឹងការរំខាន ប៉ុន្តែវាចំណាយពេលយូរក្នុងការបញ្ជូន និងស៊ីថ្មច្រើនជាងមុន។ ប្រៀបដូចជាការនិយាយ៖ បើយើងនិយាយយឺតៗ និងច្បាស់ៗ (SF ខ្ពស់) គេអាចស្តាប់ឮនៅកន្លែងឆ្ងាយបាន ប៉ុន្តែវាចំណាយពេលយូរដើម្បីនិយាយចប់។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖