Dados de sensores ambientais

Sensor.Community é uma rede global de sensores movida por colaboradores que cria Dados Ambientais Abertos. Os dados são coletados por sensores em todo o mundo. Qualquer pessoa pode comprar um sensor e instalá-lo onde quiser. As APIs para baixar os dados estão no GitHub, e os dados estão disponíveis gratuitamente sob a Database Contents License (DbCL).

Os dados estão no S3, então podemos usar a table function s3 para criar uma tabela a partir dos arquivos. Também podemos consultar os dados no local. Vamos ver algumas linhas antes de tentar inseri-los no ClickHouse:

SELECT *
FROM s3(
    'https://clickhouse-public-datasets.s3.eu-central-1.amazonaws.com/sensors/monthly/2019-06_bmp180.csv.zst',
    'CSVWithNames'
   )
LIMIT 10
SETTINGS format_csv_delimiter = ';';

Os dados estão em arquivos CSV, mas o delimitador é ponto e vírgula. As linhas têm esta aparência:

┌─sensor_id─┬─sensor_type─┬─location─┬────lat─┬────lon─┬─timestamp───────────┬──pressure─┬─altitude─┬─pressure_sealevel─┬─temperature─┐
│      9119 │ BMP180      │     4594 │ 50.994 │  7.126 │ 2019-06-01T00:00:00 │    101471 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │        19.9 │
│     21210 │ BMP180      │    10762 │ 42.206 │ 25.326 │ 2019-06-01T00:00:00 │     99525 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │        19.3 │
│     19660 │ BMP180      │     9978 │ 52.434 │ 17.056 │ 2019-06-01T00:00:04 │    101570 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │        15.3 │
│     12126 │ BMP180      │     6126 │ 57.908 │  16.49 │ 2019-06-01T00:00:05 │ 101802.56 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │        8.07 │
│     15845 │ BMP180      │     8022 │ 52.498 │ 13.466 │ 2019-06-01T00:00:05 │    101878 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │          23 │
│     16415 │ BMP180      │     8316 │ 49.312 │  6.744 │ 2019-06-01T00:00:06 │    100176 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │        14.7 │
│      7389 │ BMP180      │     3735 │ 50.136 │ 11.062 │ 2019-06-01T00:00:06 │     98905 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │        12.1 │
│     13199 │ BMP180      │     6664 │ 52.514 │  13.44 │ 2019-06-01T00:00:07 │ 101855.54 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │       19.74 │
│     12753 │ BMP180      │     6440 │ 44.616 │  2.032 │ 2019-06-01T00:00:07 │     99475 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │          17 │
│     16956 │ BMP180      │     8594 │ 52.052 │  8.354 │ 2019-06-01T00:00:08 │    101322 │ ᴺᵁᴸᴸ     │ ᴺᵁᴸᴸ              │        17.2 │
└───────────┴─────────────┴──────────┴────────┴────────┴─────────────────────┴───────────┴──────────┴───────────────────┴─────────────┘

Usaremos a tabela MergeTree a seguir para armazenar os dados no ClickHouse:

CREATE TABLE sensors
(
    sensor_id UInt16,
    sensor_type Enum('BME280', 'BMP180', 'BMP280', 'DHT22', 'DS18B20', 'HPM', 'HTU21D', 'PMS1003', 'PMS3003', 'PMS5003', 'PMS6003', 'PMS7003', 'PPD42NS', 'SDS011'),
    location UInt32,
    lat Float32,
    lon Float32,
    timestamp DateTime,
    P1 Float32,
    P2 Float32,
    P0 Float32,
    durP1 Float32,
    ratioP1 Float32,
    durP2 Float32,
    ratioP2 Float32,
    pressure Float32,
    altitude Float32,
    pressure_sealevel Float32,
    temperature Float32,
    humidity Float32,
    date Date MATERIALIZED toDate(timestamp)
)
ENGINE = MergeTree
ORDER BY (timestamp, sensor_id);

Os serviços do ClickHouse Cloud têm um cluster chamado default. Usaremos a table function s3Cluster, que lê arquivos do S3 em paralelo a partir dos nós do seu cluster. (Se você não tiver um cluster, basta usar a função s3 e remover o nome do cluster.)

Esta consulta vai demorar um pouco — são cerca de 1,67 T de dados não comprimidos:

INSERT INTO sensors
    SELECT *
    FROM s3Cluster(
        'default',
        'https://clickhouse-public-datasets.s3.amazonaws.com/sensors/monthly/*.csv.zst',
        'CSVWithNames',
        $$ sensor_id UInt16,
        sensor_type String,
        location UInt32,
        lat Float32,
        lon Float32,
        timestamp DateTime,
        P1 Float32,
        P2 Float32,
        P0 Float32,
        durP1 Float32,
        ratioP1 Float32,
        durP2 Float32,
        ratioP2 Float32,
        pressure Float32,
        altitude Float32,
        pressure_sealevel Float32,
        temperature Float32,
        humidity Float32 $$
    )
SETTINGS
    format_csv_delimiter = ';',
    input_format_allow_errors_ratio = '0.5',
    input_format_allow_errors_num = 10000,
    input_format_parallel_parsing = 0,
    date_time_input_format = 'best_effort',
    max_insert_threads = 32,
    parallel_distributed_insert_select = 1;

Aqui está a resposta — mostrando o número de linhas e a velocidade de processamento. Os dados são inseridos a uma taxa de mais de 6 milhões de linhas por segundo!

0 rows in set. Elapsed: 3419.330 sec. Processed 20.69 billion rows, 1.67 TB (6.05 million rows/s., 488.52 MB/s.)

Vamos ver quanto espaço de armazenamento em disco é necessário para a tabela sensors:

SELECT
    disk_name,
    formatReadableSize(sum(data_compressed_bytes) AS size) AS compressed,
    formatReadableSize(sum(data_uncompressed_bytes) AS usize) AS uncompressed,
    round(usize / size, 2) AS compr_rate,
    sum(rows) AS rows,
    count() AS part_count
FROM system.parts
WHERE (active = 1) AND (table = 'sensors')
GROUP BY
    disk_name
ORDER BY size DESC;

O 1,67 T é compactado para 310 GiB, e há 20,69 bilhões de linhas:

┌─disk_name─┬─compressed─┬─uncompressed─┬─compr_rate─┬────────rows─┬─part_count─┐
│ s3disk    │ 310.21 GiB │ 1.30 TiB     │       4.29 │ 20693971809 │        472 │
└───────────┴────────────┴──────────────┴────────────┴─────────────┴────────────┘

Vamos analisar os dados agora que eles estão no ClickHouse. Observe que o volume de dados aumenta ao longo do tempo, à medida que mais sensores são implantados:

SELECT
    date,
    count()
FROM sensors
GROUP BY date
ORDER BY date ASC;

Podemos criar um gráfico no SQL Console para visualizar os resultados:

Esta consulta conta o número de dias quentes e úmidos em excesso:

WITH
    toYYYYMMDD(timestamp) AS day
SELECT day, count() FROM sensors
WHERE temperature >= 40 AND temperature <= 50 AND humidity >= 90
GROUP BY day
ORDER BY day ASC;

Veja a visualização do resultado: