РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УДАЛЁННОГО МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

РЕФЕРАТ 3
Введение 6
1 Предметная область. Аналогичные системы. Требования к системе 9
1.1 Аналоги 10
1.1.1 Caption Data Limited 10
1.1.2 National Instruments 11
1.1.3 Tyndall National Institute 12
1.1.4 VAISALA 13
1.1.5 ИМКЭС СО РАН 15
1.2 Сравнительный анализ 19
1.3 Требования к системе 19
2 Архитектура системы агрегации данных 21
2.1 Трёхуровневая архитектура 21
2.2 Схема базы данных 23
2.3 Серверное приложение 28
3 Автономное устройство 36
3.1 Состав устройства 41
3.2 pH-модуль 41
3.3 ОВП-модуль 42
3.4 Модуль беспроводной связи 43
3.5 Датчик содержания углекислого газа 45
3.6 Цифровой датчик температуры 47
3.7 Размещение устройства 50
3.8 Передача данных 50
4 WEB-интерфейс системы 53
4.1 Доступ к данным 53
4.2 Интерфейс управления системой мониторинга 55
4.3 Управление пользователями и группами/организациями 56
4.4 Управление устройствами 58
Заключение 60
Список использованных источников 61
Купить

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