Low-cost sensors for monitoring stormwater source control measures
Capteurs à bas coût pour la surveillance des mesures de contrôle des sources d'eaux pluviales
Résumé
The large-scale deployment of low-cost sensors has the potential to revolutionize the field of urban hydrology monitoring, for decentralized stormwater management systems, bringing expanded research scope and improved urban water management. However, this area is still in its infancy stage and needs a more systematic assessment framework to ensure data reliability and facilitate its implementation by researchers and practitioners. To contribute to fill this gap, this thesis explores low-cost monitoring systems dedicated to stormwater source control measures (SCM). Several open-source low-cost sensors and systems have been calibrated and validated in a DIY (Do It Yourself) approach, aiming to assess the medium and long-term performance and identify maintenance problems. This thesis provides: (i) A review of low-cost meteorological, water quantity and quality sensors that are used in the literature published in recent years, in a unified metrological framework considering numerous indicators. (ii) A low-cost meteorological sensors testbench on the INSA GROOF platform, with a comparison between low-cost and conventional sensors. Low-cost anemometer WH-SP-WS01 and air humidity sensor DHT22 are found to have performance comparable to those of conventional sensors. (iii) The development of a low-cost stand-alone rain gauge station, with a method to calibrate low-cost tipping bucket rain gauges, and a comparison between low-cost and conventional rain gauges in winter period. The rainfall catchment funnel of low-cost tipping bucket rain gauge WH-SP-RG needs to be enlarged to improve the resolution. The optical rain gauge RG-15 has significant sensor-to-sensor variability. (iv) The development of a low-cost stand-alone water level monitoring station, with a method to calibrate low-cost pressure water level transmitters, and a one-and-a-half-year long operation assessment. The system developed works continuously but the time step of its data is not regular. All low-cost sensors need specific calibration and a correlation function to compare their results with reference sensors.
Le déploiement à grande échelle de capteurs à faible coût pourrait révolutionner le domaine de la surveillance de l'hydrologie urbaine, pour les systèmes décentralisés de gestion des eaux pluviales, en élargissant le champ de la recherche et en améliorant la gestion de l'eau en milieu urbain. Toutefois, ce domaine en est encore à ses débuts et nécessite un cadre d'évaluation plus systématique pour garantir la fiabilité des données et faciliter leur mise en oeuvre par les chercheurs et les praticiens. Pour contribuer à combler cette lacune, cette thèse explore les systèmes de surveillance à faible coût dédiés aux mesures de contrôle à la source des eaux pluviales. Plusieurs capteurs et systèmes open-source à bas prix ont été calibrés et validés dans une approche DIY (Do It Yourself), visant à évaluer la performance à moyen et long terme et à identifier les problèmes de maintenance. Cette thèse fournit (i) Une revue des capteurs météorologiques, de quantité d'eau et de qualité de l'eau à faible coût qui sont utilisés dans la littérature publiée ces dernières années, dans un cadre métrologique unifié prenant en compte de nombreux indicateurs. (ii) Un banc d'essai de capteurs météorologiques à faible coût sur la plateforme GROOF de l'INSA, avec une comparaison entre les capteurs à faible coût et les capteurs conventionnels. L'anémomètre à faible coût WH-SP-WS01 et le capteur d'humidité de l'air DHT22 ont des performances comparables à celles des capteurs conventionnels. (iii) Le développement d'une station pluviométrique autonome à faible coût, avec une méthode d'étalonnage des pluviomètres à auget basculant à faible coût, et une comparaison entre les pluviomètres à faible coût et les pluviomètres conventionnels en période hivernale. L'entonnoir de collecte des précipitations du pluviomètre à auget basculant WH-SP-RG doit être agrandi pour améliorer la résolution. Le pluviomètre optique RG-15 présente une variabilité importante d'un capteur à l'autre. (iv) Le développement d'une station de surveillance du niveau d'eau autonome et peu coûteuse, avec une méthode d'étalonnage des transmetteurs de niveau d'eau à pression peu coûteux, et une évaluation du fonctionnement sur une période d'un an et demi. Le système mis au point fonctionne en continu, mais le pas de temps de ses données n'est pas régulier. Tous les capteurs bon marché ont besoin d'un étalonnage spécifique et d'une fonction de corrélation pour comparer leurs résultats avec ceux des capteurs de référence.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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