Executive Secretary

XIV International Symposium on Structures, Geotechnics and Construction Materials

STRUCTURES 2025

Workshop Water Resilience through Digitization

Watersheds smart Water Management based on an Integrated IoT-AI Approach

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Adverse weather events, such as hurricanes or tropical storms, can cause significant damage, but they also provide an opportunity to increase water availability by storing it in reservoirs. Controlling this type of phenomenon is no easy task. Smart water management, based on IoT-AI integration, can mitigate the effects of climate change through sustainable, efficient, and integrated water resource management. Smart management relies on data collection and modelling using modern AI techniques to predict water availability and prevent droughts. Timely and reliable data collection can enable accurate early warning systems to prevent floods that affect crops and populations and cause water contamination. This work addresses the development of a pilot automatic hydrometric network based on the integration of IoT and AI technologies, by strengthening monitoring in the “Sagua la Grande” watershed. For training AI models, quality datasets are needed, so data is very important, but difficult to obtain in developing countries. Wireless sensor networks, particularly long-range technologies such as GSM and LoRa, are well-suited to obtaining data in hard-to-reach rural areas. Traditionally, volunteers take hydrometric measurements of rainfall and water levels manually, which makes this process difficult, unreliable, and with low temporal resolution. The best quality data is found in handwritten documents and also on the SGIA FTP server, which receives data from the automatic stations. Current automatic stations present some technological challenges: inaccessible, expensive, inflexible, and lacking active support. Therefore, more affordable prototypes must be developed, including the most common interfaces for interconnecting sensors and long-range communication technologies. Long-range wireless technologies also present coverage issues when deployed in rural areas with harsh propagation conditions. GSM coverage depends on the mobile phone provider. Implementing a long-range private network using the LoRaWAN protocol will allow remote nodes to reach a gateway. However, LoRaWAN is a single-hop MAC protocol, and in such scenarios, blind spots will exist. The smart water management project aims to address all these gaps to achieve a complete characterization of the "Sagua la Grande" watershed in the short term.

Los eventos meteorológicos adversos, como huracanes o tormentas tropicales, pueden causar daños significativos, pero también brindan la oportunidad de aumentar la disponibilidad de agua mediante el almacenamiento en embalses. Controlar este tipo de fenómeno no es tarea fácil. La gestión inteligente del agua, basada en la integración IoT-IA, puede mitigar los efectos del cambio climático mediante una gestión sostenible, eficiente e integrada de los recursos hídricos. La gestión inteligente se basa en la recopilación y el modelado de datos mediante el uso de técnicas modernas de IA para predecir la disponibilidad de agua y prevenir sequías. La recopilación oportuna y confiable de datos puede permitir sistemas de alerta temprana precisos para prevenir inundaciones que afecten a cultivos, poblaciones y causen contaminación. Este trabajo aborda el desarrollo de una red hidrométrica automática piloto basada en la integración de tecnologías IoT e IA, mediante el fortalecimiento del monitoreo en la cuenca hidrográfica de Sagua la Grande. Para el entrenamiento de modelos de IA, se necesitan datasets de calidad, por lo que los datos son muy importantes, pero difíciles de obtener en países en desarrollo. Las redes de sensores inalámbricos, en particular las tecnologías de largo alcance como GSM o LoRa, son muy adecuadas para obtener datos en zonas rurales de difícil acceso. Tradicionalmente, voluntarios toman medicion hidrométricas de la lluvia y el nivel del agua de forma manual, lo que dificulta este proceso, haciéndolo poco fiable y con una baja resolución temporal. La mejor calidad de los datos se encuentra en documentos manuscritos y también en el servidor FTP del SGIA que recibe los datos de las estaciones automáticas. Las estaciones automáticas actuales presentan algunos problemas tecnológicos: tecnología inaccesible, cara, poco flexible y sin un soporte activo. Por lo que se deben desarrollar prototipos más asequibles, que incluyan las interfaces más comunes para interconectar sensores y capacidades de comunicación de largo alcance. Las tecnologías inalámbricas de largo alcance también presentan problemas de cobertura al implementarlas en zonas rurales con condiciones de propagación adversas. La cobertura GSM depende del proveedor de telefonía móvil. Implementar una red privada de largo alcance con el protocolo LoRaWAN permitirá que los nodos remotos puedan alcanzar un GW. Sin embargo, LoRaWAN es un protocolo MAC de un solo salto y, en tales escenarios, existirán puntos ciegos. El proyecto de gestión inteligente del agua pretende abordar todas estas brechas para lograr una buena caracterización de la cuenca hidrográfica “Sagua la Grande” en el corto plazo.