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IoT勉強会「とりあえずIoT的なものを作ってみた ~センサーデータの測定・収集・蓄積・分析・出力まで~」

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2014年11月期AITCオープンラボ「「IoTとは何なのか」一緒に考えよう! IoT勉強会 ~歴史から事例、API、作ってみたまで、最新状況とりまとめ! ~」

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IoT勉強会「とりあえずIoT的なものを作ってみた ~センサーデータの測定・収集・蓄積・分析・出力まで~」

  1. 1. 2014年11月期オープンラボ「IoT勉強会」 とりあえずIoT的なものを作ってみた ~センサーデータの測定・収集・蓄積・分析・出力まで~ 2014年11月17日 先端IT活用推進コンソーシアム 株式会社イーグル 菅井康之 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 1
  2. 2. これからお話すること・・・ • IoTとはなんぞや・・・という話は終わったので とりあえず作ってみたものを具体的な例として、 IoTに関連する要素のお話 – プロセス的なこととか・・・ – 技術要素的なこととか・・・ • 一般論的なお話と、実際に作ったものに どのように適用してみたか・・・ – センサーデータを利用することを中心に • 難しい話は苦手ないので、ゆる~く・・・ – 個々のサービスは紹介程度にとどめます2 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  3. 3. どんな流れで進めていくか • 勝手に考えるIoTプロセス –各プロセスからフィードバックを繰り返し、 精度を向上する 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 3
  4. 4. ①課題設定 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 4
  5. 5. 課題設定 • 何を解決(または実現)したいのか?を設定 – 闇雲に作ってもしょうがないので・・・ – 目的は推進力に繋がる • なかなか思いつかないときは・・・ – もしもIoTシリーズで考えると色々思いつくかも • もしも○○がネットに繋がったら・・・ • もしも○○が遠隔操作出来たら・・・ • もしも○○の数値が測定できたら・・・ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 5
  6. 6. というわけで・・・ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 6
  7. 7. こんな経験ありませんか? Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 7
  8. 8. 飲み過ぎて 翌日体調がすぐれない・・・ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 2
  9. 9. もう少しお酒をセーブ しておけばよかった・・・ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  10. 10. 翌日の幸せのために・・・ 飲み過ぎの危険を検知して アラートしてくれるものを作ってみよう Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 10
  11. 11. ②プロトタイプ制作 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 11
  12. 12. 何を測定するか? • 何を測定しよう? – 課題解決に向けて、何が測定出来たら良いかを考える – 何も測定せずに出力だけ行うことも • センサー類の調達 – 必要となるセンサー類や道具を調達 – 近年、センサー類がとても豊富になってきたため、 探せば何らか見つかるはず(秋月へGO! • 結線、工作 – ピンヘッダが付いてない物が意外と多いので、 半田ごてはあった方がいいかも – グルーガンもあったら便利(防水対策とかで) 12 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  13. 13. 最初から全てを実現しようとすると 腰が重くなるので、あまり考え過ぎずに 出来る所から小さくスタートしましょ 動くモノで検証してると発想も変わるかも Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 13
  14. 14. 今回のケースでは・・・ • 何を測定するか? – 体調不良になる要因って・・・ • 酒の量、種類、ペース配分、寝不足、etc... • Small Start、とりあえず作ってみる – とりあえず測定してみたいもの • 酒の量、飲むペース、アルコール濃度 – 必要なセンサー • アルコール濃度:アルコールセンサー • 酒の量、飲むペース:水位計、ジャイロセンサ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 14
  15. 15. Making♪ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 2
  16. 16. センサー君1号 – ジョッキに注がれたお酒の水位の 変化をセンシング – 水位の減少のみ検知することで 飲んだお酒の量が分かる – 時系列で見ることで 飲むペースも測定可能 – ジョッキが水平時の水位を 求めるため、3軸加速度を 用いてジョッキの傾きを検知 – 水位センサーは水圧で 検知するものを採用 – 金属が触れると体に 悪いし。。。16 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  17. 17. センサー君1号 水位センサー Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 要はビールジョッキを インターネットへ 3軸加速度センサー 17
  18. 18. センサー君2号 – アルコール濃度をセンシング – アルコール濃度を数値化した ものをLEDバーで表現 – お酒の量とアルコール濃度の 相関関係を見ようかと制作 – 口元にセンサーを設置するため ハーモニカをイメージ – 光とアルコールの競演を アートに表現したかった・・・ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 18
  19. 19. ③測定 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 19
  20. 20. データ測定 • アナログデータを如何に使える数値に するか・・・ – センサーからは電圧や電流・抵抗・電気容量の 変化した値を取得出来るが、意味の分かるデータに 変換する必要がある • 例)電圧 -> 温度 – 検算しながら測定値を検証 • 例)求めた温度と温度計の数値 • 実際に測定してみると・・・ – 思ってた数値が取れないことが多々・・・ – 環境が違うと如実に結果に現れる・・・20 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  21. 21. 今回のケースだと・・・ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 21
  22. 22. 繰り返し測定し、 センサー値の検証 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 2
  23. 23. ④収集 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 23
  24. 24. センサーデータの収集 • 複数のセンサーで測定したデータを 何らかの手段によって収集 – センサー自体はデータ蓄積が出来ないので、 測定データはどこかしらに出力しないといけない • センサーネットワークの構築 – 複数のセンサーデータを無線通信で収集する • ワイヤレスにすることで、センサーの設置場所の制約を 軽減出来る – なるべく省電力なものを採用 • 電力は貴重なリソースなので、通信にあまり費やしたくない – 最近だとwifiモジュール搭載で直接インターネットと 接続したり24 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  25. 25. 今回のケースでは・・・ • 近距離無線通信で一旦Raspberry Piに収集 – Raspberry Piに収集してからクラウド上に流す • Raspberry Pi(Linux + Node.js)だと色々楽なので・・・ • 最近はArduino向けのライブラリも増えてきたけど・・・ • Xbeeモジュール (Zigbee規格) – 省電力(データ量も少量) – スケーラブルなネットワーク構成 • スター型、メッシュ型、ツリー型 – 多くの機器がネットワークに参加可能 今回の構成・・・ • Raspberry Pi: Coodinator AT/透過モード • Arduino: Router AT/透過モード • ※AT透過モード:シリアル入出力がそのまま通信データ25 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  26. 26. Zigbee!!XBee!! Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  27. 27. ⑤蓄積 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 27
  28. 28. センサーデータの蓄積 • センサーデータをクラウド上で永続化 – センサーデータは膨大な量になるため、 クラウドサービスを利用して蓄積する – クラウド上に蓄積しておくと様々なBIツールを 利用して分析出来たりも – センサーデータ以外のデータとも組み合わせたり • クラウドサービスも豊富に – センサーデータやストリーム通信を目的とした クラウドサービスが増えて来ている • Streaming APIが提供されていることが必須かも – センサーデータは毎秒発生するため、都度 • 収集の範疇としてとらえても良いかな・・・ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 28
  29. 29. 今回のケースでは・・・ • Plotly(https://plot.ly/) – Web上でデータの可視化(グラフ描画など)を行える サービス – Streaming APIが用意されているため、 センサーデータをストリームでサーバ上にアップ出来る – Streaming APIでは、Web上でリアルタイムに グラフ描画が行われるので、センサーデータを 単純にグラフ化したい場合はこれで充分かも – 永続性は無いので注意 – センサー値の推移を見るデバッグ用として使用 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 29
  30. 30. Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. https://plot.ly/streaming/ 30
  31. 31. 今回のケースでは・・・(本命) • AWS Kinesis + Redshift Kinesis(http://aws.amazon.com/jp/kinesis/) • クラウド上のリアルタイムデータ処理サービス • ストリームでデータを受け付け、処理もストリームで行える • データをリアルタイムに処理出来るように、Kinesisを 間にかましてみた – ゆくゆくはここで機会学習をやりたい Redshift(http://aws.amazon.com/jp/redshift/) • クラウド上のデータウェアハウスサービス • 時系列分析など、センサーデータと相性が良い • Redshift上に蓄積することで、多くのBIツールで 分析可能に (tableauとか) 31 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  32. 32. https://www.gosquared.com/blog/kinesis-demo-aws-reinvent-2013 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 32
  33. 33. ⑥分析 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 33
  34. 34. データの分析 • 蓄積したデータから必要なデータの抽出や 傾向、相関、時系列分析などなど – データを可視化したり – 統計処理したり – 機会学習したり • 今回はこの辺りはあまり手がまわらず・・・ – 簡単な時系列分析のみ – そもそも測定データが少ない – Kinesis使ってリアルタイムに機会学習したかった・・・ – ヘルスデータもあわせて使いたいな Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 34
  35. 35. ⑦出力 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 35
  36. 36. 出力(データの活用) • 分析結果を何らかの手段により人に伝える – Web、プッシュ通知、モノなどを通じて伝達 • Twitterでつぶやいたり • LEDなどで通知したり • BIツールなどで可視化したものが出力と とらえることも – メーターのようなものとかは今の数値と推移が 見れれば良かったり • 人に伝えるだけでなく、何かしらの アクションへのトリガーとなることも – 土壌の水分量を監視した水やりとか36 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved.
  37. 37. 今回のケースでは・・・ • 利用シーン = 飲み会 • 飲み会中にWebはあまり見ない・・・ – Twitterでつぶやかれても自分で見には行かない – 働きかけてくるようなものが良い • 飲み会中で外部とのインタフェースは・・・ – 電話には出る・・・はず・・・?(多分 • 飲み過ぎアラートを電話で通知 – Twilioを使用して合成音声で電話 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 37
  38. 38. 以上。 課題設定 プロトタイプ 制作測定収集蓄積 分析出力 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 38
  39. 39. なんだかんだで今回作った構成 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 39
  40. 40. アルコールセンサ LED Bar 水位計 ジャイロセンサ XBee XBee XBee Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. AWS Kinesis AWS Redshift 無線LAN 40
  41. 41. デモ 単位時間内における水位の減少を モニタリングし、しきい値を超えた場合に アラート通知を行う Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 41
  42. 42. 要は・・・ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 42
  43. 43. 一気飲みしたら電話で怒られる Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 43
  44. 44. Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 44
  45. 45. とりあえず何か作ることから 始めてみましょ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 45
  46. 46. 参考:アルコールセンサーデモ時の Plotly Streaming APIで描画したグラフ Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 46
  47. 47. 参考:アルコールセンサーを装着した 飲み会の様子 Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 47
  48. 48. fin... Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 48
  49. 49. 最新情報は こちらをご参照ください http://aitc.jp https://www.facebook.com/aitc.jp ハルミン AITC非公式イメージキャラクター Copyright © 2014 Advanced IT Consortium to Evaluate, Apply and Drive All Rights Reserved. 49

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