Microsoft Azure 活用事例

作成日：2017年3月
作成者：株式会社ナチュラルスタイル
協　力：PCN勝山クラブ谷川一男さま

1. 課題
2. ソリューションの概要
3. 「IchigoJam」と「さくらの通信モジュール（LTE）-β版」を使った箱罠
4. Microsoft Azure と Power BI の活用
5. まとめと今後の課題

1. 課題

福井県勝山市内の山中に設置されている約60台の獣害対策用の箱罠(イノシシ用)の動作状況を把握したい。
具体的には、

箱罠が動作したら管理者にメールで通知したい。
箱罠の動作状況を記録し、直感的に把握しやすい形式のレポートを生成したい。

2. ソリューションの概要

「IchigoJam」と「さくらのIoT Platform β」を使用して通信機能を持つ箱罠を作成し、「Microsoft Azure」に箱罠の動作イベントを送信します。
「Microsoft Azure」からはレポート生成ツール「Power BI」への連携やメール送信を行ないます。
また、「Table Storage」にログを保存します。

3. 「IchigoJam」と「さくらの通信モジュール（LTE）-β版」を使った箱罠

箱罠に「IchigoJam」と接続された距離センサーとソレノイドを設置し、害獣が箱罠に入ったとき、とびらを閉じるとともに「さくらの通信モジュール（LTE）-β版」を経由して「さくらのIoT Platform β」とその先の「Microsoft Azure」に動作イベントを通知します。
「IchigoJam」と「さくらの通信モジュール（LTE）-β版」は、信号レベルの変換(3.3V <->1.8V)を施した上でI2Cで通信します。
IchigoJam BASIC の POKE を使用して、メモリ上に「さくらの通信モジュール（LTE）-β版」の仕様に則ったバイト列を作り、I2CWで送信します。

箱罠	箱罠制御装置
	IchigoJam

IchigoJam BASICのソースコード(箱罠ID:1011の場合)

1 'INOSHISHI VER:1.2
8 C=0:N=0
9 OUT 4,-1
10 V=(ANA(8)*19/12)+70
11 D=1024-ANA(2)+C
15 ?V;"   ";D
20 IF D<V N=N+1 ELSE N=0
25 IF 3<=N OUT1:WAIT30:OUT0:LED1:GOSUB10010:END
30 GOTO10

5 I=1011
6 H=#00

10010 E=#21: S=#0A: T=#49
10020 L = I % #100
10030 M = I / #100
10040 P= E ^ S ^ H ^ T ^ L ^ M
10050 POKE #700,E,S,H,T,L,M,#00,#00,#00,#00,#00,#00,P
10060 R=I2CW(#4F,#700,1,#701,12)
10070 RETURN

4. Microsoft Azure と Power BI の活用

箱罠から送信された動作イベントは、「IoT Hub」に格納されます。

「Stream Analytics」に設定したクエリがこの「IoT Hub」を常に監視しており、吸い上げた動作イベントをレポート生成ツール「Power BI」と、管理者にメールを送信するために設置した「Event Hub」に転送します。

また、「Function App」で作成したアプリケーションが「Event Hub」を常に監視しており、吸い上げた動作イベントからメールを作成し、「SendGrid」に渡すことでメールが送信されます。

HTTPとIoT HubのGatewayとなる Function App

#r "Newtonsoft.Json"

using System.Net;
using Microsoft.Azure.Devices.Client;
using Newtonsoft.Json;
using Newtonsoft.Json.Linq;
using System.Text;

public static async Task Run(HttpRequestMessage req, TraceWriter log)
{
    string postData = await req.Content.ReadAsStringAsync();
    dynamic json = JsonConvert.DeserializeObject<dynamic>(postData);

    string deviceId;
    try {
        deviceId = json.payload.channels[0].value;        
    }catch(Exception ex){
        // device status message
        // do nothing
        return;
    }

    var connStr = Environment.GetEnvironmentVariable("IOTHUB_BROWSER_CONNSTR");
    var manager = Microsoft.Azure.Devices.RegistryManager.CreateFromConnectionString(connStr);
    var device = await manager.GetDeviceAsync(deviceId);
    if (device != null)
    {
        var twin = await manager.GetTwinAsync(deviceId);

        double la = 0.0;
        double lo = 0.0;
        if(twin.Tags.Contains("naturalstyle"))
        {
            dynamic props = twin.Tags["naturalstyle"];
            la = props.location.latitude;
            lo = props.location.longitude;
        }
        log.Info($"la:{la},lo:{lo}");

        var ns = new {
            location = new {
                latitude = la,
                longitude = lo
            }
        };
        json.naturalstyle = JToken.FromObject(ns);

        string uri = Environment.GetEnvironmentVariable("IOTHUB_URI");
        string deviceConnStr = "HostName=" + uri
                             + ";DeviceId=" + deviceId
                             + ";SharedAccessKey=" + device.Authentication.SymmetricKey.PrimaryKey;
        var client = DeviceClient.CreateFromConnectionString(deviceConnStr);
        await client.OpenAsync();
        await client.SendEventAsync(new Message(Encoding.UTF8.GetBytes(json.ToString())));
        await client.CloseAsync();
    }
}

Stream Analytics に設定したクエリ

WITH
temp AS (
    SELECT
     GetRecordPropertyValue(GetArrayElement(payload.channels,0),'value') AS cageid,
     DATEADD(hour,9,GetRecordPropertyValue(GetArrayElement(payload.channels,0),'datetime')) AS eventdt,
     naturalstyle.location.latitude AS latitude,
     naturalstyle.location.longitude AS longitude
    FROM fromIotHub
),
events AS (
    SELECT
        cageid,
        eventdt,
        latitude,
        longitude,
        DATETIMEFROMPARTS(YEAR(eventdt),MONTH(eventdt),DAY(eventdt),0,0,0,0) AS eventdate,
        DATEPART(hour,eventdt) AS eventhour
    FROM temp
)
SELECT * INTO toPowerBI FROM events
SELECT * INTO toSendGrid FROM events
SELECT * INTO toTableStorage FROM events

Event Hub を監視して SendGrid にメールを送る Function App

#r "Newtonsoft.Json"
#r "SendGrid"

using Newtonsoft.Json;
using Newtonsoft.Json.Linq;
using SendGrid.Helpers.Mail;

const string mailTo = "admin@example.com";

public static Mail Run(string message, TraceWriter log)
{
    log.Info($"message: {message}");
    
    dynamic json = JsonConvert.DeserializeObject<object>(message);

    // JSONから必要なパラメータを取り出す
    int numb = json.cageid;
    DateTime ltime = json.eventdt.ToObject<DateTime>();
    string time = ltime.ToString("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"); // 日本風フォーマット
    double la = json.latitude;
    double lo = json.longitude;

    // メール作成
    string subject = $"[箱罠監視] 箱罠:{numb} が閉じました!";
    string mapurl  = "http://maps.google.com/maps";
    string body    = $"箱罠が閉じました!\n箱罠番号: {numb}\n日時: {time}\n場所: {mapurl}?q={la},{lo}";

    log.Info(subject);
    log.Info(body);

    var mail = new Mail(null, subject, new Email(mailTo), new Content("text/plain", body));
    mail.TrackingSettings = NewTrackingSettings();
    return mail;
}

public static TrackingSettings NewTrackingSettings()
{
  TrackingSettings trackingSettings = new TrackingSettings();
  ClickTracking clickTracking = new ClickTracking();
  clickTracking.Enable = false;
  clickTracking.EnableText = false;
  trackingSettings.ClickTracking = clickTracking;
  return trackingSettings;
}

Power BIで生成した動作タイムライン

Power BIで生成した箱罠別動作件数グラフ

Power BIで生成した時間帯別動作件数グラフ

Power BIで生成した地理別動作件数グラフ

5. まとめと今後の課題

まとめ

「さくらのIoT Platform β」を使用することで、「IchigoJam」に4G回線を使った通信機能を
持たせることは比較的簡単に実現できた。ただし、信号電圧の調整が必要だった。
「IoT Hub」を使用することで、IchigoJamで検知したイベントを簡単に「Microsoft Azure」に連携できた。
「Stream Analytics」を使用することで、「IoT Hub」内の動作イベントデータから必要な部分だけを切り出し、
「Power BI」や「Event Hub」などの連携先に簡単に出力できた。複数の出力先への対応も容易だった。
「Event Hub」と「Function App」を使用することで、動作イベント発生時に起動するアプリケーションを簡単に作成できた。
「SendGrid」を使用することで、特定のメールサーバーの処理能力を気にせずにメールを送信できた。
「Power BI」を使用することで、各種イベントからのレポート生成が簡単にできた。

今後の課題

山中では電源が限られているため、「IchigoJam」や「さくらの通信モジュール（LTE）-β版」の電源を必要な時だけONにする工夫が必要。
誤動作を防止するため、距離センサーの指向性を高める工夫が必要。

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