Waterloo: Traquer les avions avec récepteur SDR - WooData une base de donnée communale ouverte pour le collecte de données environementales

De façon surprenante, cet excès d'avion va débouché sur l'idée de WooData, un projet techniquement très intéressant au niveau communal pour organiser une base de donnée Big Data Communal Ouverte au public.  

Pardonnez donc mon début d'article un peu grincheux... ce Dimanche est une journée difficile.
Waterloo et les avions
Waterloo, l'une des communes les plus riches de Belgique est régulièrement survolée à basse altitude (~700 / 800m) par des avions à réaction pour le moins bruyant. Et ce dimanche ne fait pas exception... dire que mon voisin ne peut même pas mettre sa tondeuse en route!

Il faut dire que ces avions passent juste au dessus de chez nous, comme c'est le cas pour de nombreux habitants entre ici et l'aéroport.

Et bien, aujourd'hui, ce n'est pas certains que les avions soient face au vent!!!

Nous ne parlons pas d'un avion de temps en temps, mais d'un passage constant avec au moins un avion par minute et au final un vacarme incessant alors que nous sommes à plus de 10 km de l'aéroport National (si pas 20 Km).
Rien n'y fait, pas moyen de les faire voler plus haut... et les politiques, qui subissent aussi ces nuisances, peines à faire adopter une solution acceptable pour les riverains.
On sent bien que les élections approches et que BelgoControl est certainement l'outil d'orchestration d'une politique de type communautaire.

Heureusement, la Piste 0 est une piste de secours!!! je n'ose pas imaginer ce que cela serait si c'était une piste principale.

Je n'ai pas de problème à voir du trafic aérien, c'est un mal nécessaire pour l'économie... mais s'il y a autant d'avions sur les autres communes je me demande comment l'aéroport fait pour absorber un tel trafic!
A plus forte raison un Dimanche je ne vois pas de raison d'un trafic aussi soutenu! Si je voulais admirer des avions j'aurais été vivre à Zaventem! J'y ai d'ailleurs travaillé pendant des années sans le souvenir d'une telle nuisance et d'une telle récurrence. Certes, les avions étaient bruyants quand ils passaient... mais nous étions à Zaventem :-)
ADS-B: ou comment collecter les informations radio sur les avions qui nous survolent
Il y a de nombreux sites offrant des informations sur les vols, trajectoires, identification d'avion, etc... mais pas grand chose qui reprend les informations tels que ce nous les ressentons/vivons sur le sol Waterlotois.

Et avoir un site qui indique les avions, altitude, etc, c'est bien mais faut-il encore enregistrer ces informations de façon permanente. Et qu'en est-il de la précision et authenticité des informations?  
Une impression de ras-le-bol est une information peu pragmatique, par contre, collecter et enregistrer des informations (au sol) de ce que nous vivons au quotidien c'est autrement plus pertinent!
Savez-vous que chaque avion annonce sa position, sa vitesse et son identification à l'aide d'un protocole radio nommé ADS-B ?
Qu'est-ce que ADS-B ? - Voir aussi www.ads-b.com
Le protocole ADS-B n'est pas crypté, ce qui signifie que nous pouvons le réceptionner au sol... et vu comme les avions vols bas au dessus de Waterloo, ce ne sera pas bien compliqué à recevoir.

Voir aussi Wikipedia sur Automatic Dependent Surveillance Broadcast. ADS-B n'est d'ailleurs pas le seul protocole utilisable :-)

Comment réceptionner ADS-B ?
La réception et le décodage de ces informations ne nécessitent pas un matériel extraordinaire!
Récepteur de télévision Numérique Terrestre (TNT)

Une clé de réception de télévision numérique TNT à ~20 EUR (ou une antenne SDR - software define radio, radio pilotée par logiciel) est tout à fait capable de capter cette onde radio 1090 Mhz) et il existe des logiciels Linux ou Windows pour décoder ces informations.

C'est là que l'on se rend compte qu'avoir un Club Radio Amateur dans la commune c'est pratique pour combler les connaissances manquantes ;-)

Autrement dit: un nano-ordinateur Raspberry-Pi (~40 EUR) et une clé TNT permettent de recevoir et décoder l'information déjà bien utiles pour alimenter une base de donnée
Raspberry-Pi 3 B Plus - Nano Ordinateur de la taille d'une carte de crédit

Sans compter qu'il est possible de relever d'autres informations complémentaires.

Quelles autres informations collecter
Une capture audio (MP3, OGG) et image (avec la caméra Pi) en continu pourraient également donner vie aux informations capturées. Reproduire une ambiance sonore pourrait être très utile pour faire comprendre à certains élus les nuisances subies.

Source: cet article de Spectra.fr
Après une phase d'étalonnage avec un sonomètre, un montage réalisé à base d'Arduino et de micro peu fort bien relever une information utile sur le nombre de décibels liée à l'enregistrement des autres informations.

Même indicatif, cette information liée au vols, altitudes, et modèle d'avion peut fournir des informations pertinentes et très intéressante.

Ensuite, comparer la nuisance subie par rapport à un concert de rock ou un train, c'est assez parlant.

Quitte à faire des captures d'information, relever les informations météorologiques, de qualité de l'air (détection des particules), de luminosité, détection de coup de foudre (point impact) ou perturbation électromagnétique peuvent également être fort utile d'un point de vue pédagogique.

Où collecter l'information
L'intérêt (politique comme pédagogique) réside surtout dans une multitude de point de collecte. Il n'est donc pas utile de décider de l'endroit unique où les données sont collectées MAIS combien de station de mesure à réaliser (le prix du matériel étant assez modique) et comment les répartir sur le territoire.

Voici une carte qui expose pas moins de 14 points de relevés en utilisant des Raspberry-Pi.
Carte de point de capture sur la commune de Waterloo - Source: MCHobby
MQTT ou LORA comme réseau de collecte de donnée
Et bien, ce n'est pas compliqué. Les Raspberry-Pi ont uniquement besoin d'une connexion internet (connexion filaire ou réseau WiFi) et d'une alimentation 5V (via le réseau électrique).

La transmission des informations peut se faire sur un broker MQTT (Eclipse Mosquitto est gratuit et robuste), ce qui permettra d'ajouter d'autres types de relevés vers le Big Data Publique Communal.
Source: Page Fault Blog


Une approche qui offre de la modularité et souplesse. L'ajout de nouveaux points de collecte d'information est totalement transparent, le stockage en DB est l'affaire d'un script bien écrit (j'en fais justement un figurez-vous) et pourrait même autoriser la communication directement de données en life vers des établissements scolaires (ex: données météorologies qui sont pertinentes).

MQTT n'est pas la seule option, il existe également les réseaux LORA (LORAWan) qui peuvent certainement être couplée à un MQTT communal.
Source: ioi labs - comprendre le réseau LORAWan

LORA qui est maintenant bien standardisé offre un réseau de communication de donnée robuste et sur longue distance (même si à faible débit).  The Thing Network propose également une infrastructure LORAWAN ouverte pour accueillir de nouveau noeud dans son maillage. Au contraire des solutions mises en place par les opérateurs télécom, TheThingNetwork
Waterloo ne dispose malheureusement pas de Gateway LORAWan ouvert connecté sur TheThingNetwork. Cela serait pourtant très intéressant pour nos écoles alors qu'un Gateway publique coûte moins de 500 Eur (et à besoin d'une connexion Internet et un Raspberry-Pi!).

WooData - créer une base de donnée communale publique!
Hé bien, parce que cela ouvre la voie au traitement mathématique... fréquence de passage, vitesse, altitude, ... réparti sur des périodes de temps plus où moins long en fonction des analyses à réaliser.

Une base de donnée librement accessible et bien documentée pour permettre à tout un chacun d'exploiter l'information dans le plus pure esprit open-source. Du big data communal ouvert au public pour les riverain mais surtout le monde scolaire.
Créer un WooData - Big Data Communal Publique
pour offrir des informations utiles aux citoyens et aux écoles

Une source d'information continuellement alimentée qui serait tellement utile pour les projets d'apprentissages scolaires et la communauté locale. Le champs d'application est large (biologie, mathématique, statistique, informatique, etc). Il y a une variété de rendu possible pour ces informations, rendu dépendant du point de vue abordé durant l'analyse des information. Des rendus, graphiques, cartes assurés par des sites internets scolaires/associatif/administratif analysant les données collectées sous un angle particulier ou les croisant avec les données d'une expérience éducative à l'échelle scolaire (ex: encrassement des vitres de l'athénée scolaire en fonction des conditions météorologiques). 
Base de donnée PostgreSql
D'ailleurs, au niveau d'une commune, une DB PostgreSql (open-source) serait idéalement taillée pour un tel job (et pour 0 Eur de licence!!) . C'est un moteur de base de donnée que j'ai déjà utilisé en production et c'est d'une robustesse hors du commun. Le fait qu'il soit gratuit et multi-système permet de distribuer facilement le backup DB ou d'envisager des réplications à faible coût.

Un projet idéal pour l'enseignement
Hormis l'organisation d'un broker MQTT, réseau LORA et publication de la DB au niveau communal, c'est un projet captivant pour l'enseignement.
Collecter des données météorologique, le niveau de décibel, les informations ADS-B, capture des images du ciel, etc.... autant de sujet qui captiverons nos enseignants.

Etendre le projet
Imaginez qu'il tels projet s'étende sur plusieurs communes permettrait aux élus, écoles, tout un chacun d'étudier les vents sur de longues périodes... et déterminer, par exemple, le sens du vent dominant.

Des vidéos autour d' ADB-S et des radios SDR
Voici quelques vidéos pour se familiariser avec ADB-S et la SDR (récepteur radio digital).

Voici ADB-S / DVB-T/ RASPBERRY PI/ Flight Radar Tracker/ 2014 de nils169 utilisant justement un Raspberry-Pi et un écran LCD d'Adafruit.


Et la vidéo Radio Logicielle via clé USB TNT qui explique comment utiliser une clé de réception TNT (télévision numérique terrestre) avec le logiciel SDR Sharp. Si SDR Sharp permet d'écouter des radios audio,il permet aussi d'explorer d'autres ondes (y compris ADB-S) avec des greffons/plugins pour décoder des informations. Il y a un bel exemple de suivit d'avion avec un plugin ADS-B.


Pour finir, une excellente vidéo d'introduction concernant l'utilisation de SDR Sharp avec Introduction à l'écoute SDR avec une clé TNT RTL2832U et SDR# de Sébastien Billard. Très bien pour le néophyte qui désire découvrir la technique.


Un magazine
Hackable Magazine N° 2 (Sept-Oct 2014) consacre plusieurs articles très intéressants à la réception SRD à l'aide d'une clé TNT (aussi bien sur Linux que sur Windows).
Ressources