Тема: РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УДАЛЁННОГО МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

С каждым днём информационные технологии всё глубже проникают в нашу жизнь, и вместе со всеобщей информатизацией более острым становится и вопрос автоматизации всех необходимых процессов.
Наиболее ярким примером является набирающая популярность концепция «интернета вещей» (Internet of Things [1]), заключающаяся в формировании вычислительной сети, в которую входили бы различные информационные системы, а также автономные устройства. Эта область исследований является наиболее близкой по отношению к такой отрасли, как экологический мониторинг.
Построение вычислительных сетей для мониторинга с охватом всё больших областей невозможно без автоматизации промежуточных процессов, таких как сбор и хранение климатических данных [2].
Классическая модель сбора климатических данных по большей части опирается на точечные наблюдения. Они могут проводиться как в рамках экспедиционных выездов на объект, так и в рамках размещения автономных метеостанций, которые в автоматическом режиме сами аккумулируют необходимые данные по объекту.
Для экстраполяции точечных наблюдений необходимы соответствующие модели, которые позволяют проводить площадную оценку территории.
Стоит отметить, что далеко не всегда имеется возможность размещения полноценной автономной метеостанции на всех необходимых объектах. Поэтому многие данные до сих пор получается экспедиционным путём. Данный способ имеет в себе ряд существенных недостатков. Главным недостатком является не столько протяжённые интервалы между экспедициями, сколько общая неравномерность их проведения. Далеко не всегда возможно организовать экспедиционные замеры на регулярной основе. Они могут проходить с неравными интервалами между друг другом и не способны гарантировать непрерывный источник информации по описываемому объекту.
В связи с этим рационально наращивать количество автоматизированных процессов измерения, постепенно увеличивая количество автономных устройств, которые производили бы замеры даже без контроля со стороны человека. Размещение автономных логгеров практикуется уже давно, однако многие из этих устройств хоть и являются абсолютно автономными и энергоэффективными, но всё же не позволяют получать данные непрерывно и по-прежнему существенно зависят от обслуживающих их людей.
Автоматизация сбора экологических данных существенно расширяет возможности не только самого мониторинга климатических показателей, но также и оперативного реагирования на их аномальные изменения [3].
В этом смысле мониторингу окружающей среды так близка упомянутая ранее концепция «интернета вещей», которая как раз описывает множество автономных устройств управления и мониторинга заданных параметров [4]. Устройства сами по себе - это лишь часть общей системы. Вся суть концепции заключается в их взаимодействии друг с другом в рамках одной большой вычислительной сети.
Автоматический дистанционный мониторинг - это наиболее перспективный способ исследования и мониторинга окружающей среды.
Разработанная система позволит получать оперативную информацию по исследуемым объектам в реальном времени, обрабатывать её и предоставлять к ней доступ в удобном ориентированном на человека формате.
Существующие системы-аналоги слишком дороги в эксплуатации и делают исследовательский отдел зависимым от конкретного производителя. Собственная разработка также позволит значительно упростить поддержку системы удалённого мониторинга. Необходимость создания собственной системы и обусловила цель данной работы.
Целью работы является разработка системы удалённого мониторинга окружающей среды как основы для построения экстраполяционных моделей территорий.
Необходимо было решить следующие задачи:
- проанализировать имеющиеся аналоги систем мониторинга, а также автономных устройств измерения параметров окружающей среды;
- разработать серверную часть системы, предназначенной для хранения и организации доступа к собранной информации;
- разработать интерфейс WEB-доступа к данным системы;
- разработать автономные устройства сбора и беспроводной передачи информации.
Работа выполнялась в лаборатории биоразнообразия и экологии НИИ ББ ТГУ и на кафедре информационного обеспечения инновационной деятельности факультета инновационных технологий ТГУ. Исследования проводились при финансовой поддержке Минобрнауки России, уникальный идентификатор проекта RFMEFI58717X0036.
Созданное в результате выполнения работы устройство позволило впервые получить непрерывные месячные данные о динамике температуры, окислительно-восстановительного потенциала, pH и содержании CO2 в пойме реки Оби в период паводка.
Результаты работ доложены на международном рабочем семинаре International Workshop on Climate and Land in Eurasia, 14 февраля 2017 года в Tokyo Metropolitan University и на XIII международной школе-конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Инноватика-2017», 20 - 21 апреля 2017 года в Национальном исследовательском Томском государственном университете.
Сервер системы удалённого мониторинга окружающей среды установлен в НИИ ББ ТГУ. Удалённое автономное устройство установлено на научно-исследовательском стационаре НИ ТГУ «Кайбасово» для наблюдения за состоянием окружающей природной среды.

Купить

В процессе выполнения работ проведен анализ имеющихся аналогов систем мониторинга и автономных устройств измерения параметров окружающей среды. В результате анализа установлена рациональность разработки собственной системы дистанционного мониторинга окружающей среды. Это позволило иметь гораздо больший контроль за системой в целом, упростило организацию дальнейшей поддержки, позволило сэкономить на закупке ряда сторонних аналогов устройств мониторинга показателей окружающей среды, а также гарантирует централизованный доступ к данным и автоматизацию процесса их анализа.
Разработано серверное программное обеспечение системы мониторинга окружающей среды, позволяющее вести централизованный сбор и хранение информации. Подготовлена база для следующей итерации, которая позволит внедрить автоматический анализ полученных данных, а также геопозиционирование устройств наблюдения с интеграцией PostGIS [44].
Разработан ряд автономных устройств для дистанционного мониторинга показателей окружающей среды. Одно из устройств, размещённое на научно-исследовательском стационаре НИ ТГУ «Кайбасово», позволило впервые получить непрерывные данные о динамике температуры, окислительно-восстановительном потенциале, pH и содержании CO2 в пойме реки Оби в период паводка.
Разработан интерфейс управления системой мониторинга, позволяющий строго разграничивать уровни доступа к компонентам системы и хранимым в ней данным. Реализован интерфейс публичного доступа к данным.
Купить