Программно-аппаратный комплекс для анализа и мониторинга климатических и экологических изменений окружающей среды

Создание системы мониторинга за климатическим и экологическим состоянием окружающей среды с использованием стационарных и мобильных датчиков для сбора, передачи и обработки данных (Больших данных). Климатический и экологический мониторинг, а также служба сбора данных, имеющих отношение к изменениям и колебаниям климата, требуют использования и развития современных технических средств наблюдений (дистанционных, радиоэлектронных), мобильных и автоматизированных систем передачи и обработки данных

Разработана топология сети передачи данных LoRa. Измерительные станции собирают данные с датчиков и передают их на ближайший шлюз. Шлюзы выполняют роль «прозрачного моста» между конечными устройствами сети LoRa и сетевым сервером, и не обрабатывают непосредственно передаваемые данные. Помимо шлюзов, в сети LoRa присутствует управляющий сервер, организующий передачу данных от конечных устройств потребителю и от потребителя к конечным устройствам. Сетевой сервер разрешает коллизии в сети, изменяет мощность передатчиков и скорость передачи данных, контролирует заряд батарей конечных устройств, а также направляет полученные данные целевым абонентам, если таковых в сети несколько. Сеть наблюдений за состоянием атмосферного воздуха предполагает использовать 20 стационарных постов наблюдений в городе Алматы. Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха могут проводиться: - по неполной программе (3 раза в сутки - 07, 13, 19 часов по местному времени); - по полной программе (4 раза в сутки - 01, 07, 13, 19 часов по местному времени); - в непрерывном режиме. Оценка возможностей сетей связи LPWAN по передаче данных со стационарных и передвижных постов, осуществляющих сбор основных показателей. Разработанная схема, реализованная на современной элементной базе, предоставит статистические данные, необходимые для анализа автоматической сети для сбора экологической и метеорологической информации в разное время суток, при разных погодных условиях. Для тестирования параметров модуля передачи данных можно применить программу SemtechLoraCalculator. Данная программа позволяет оценить ширину спектра, частоту передачи данных, битрейт, потребление тока, время работы от батареи. Для визуальной статистики были использованы GoogleColaboratory, это не так давно появившийся облачный сервис, направленный на упрощение исследований в области машинного и глубокого обучения. Преимуществами этого сервиса, можно отнести удаленный доступ к машине с подключенной видеокартой, причем совершенно бесплатно, что сильно упрощает работу, когда приходится обучать глубокие нейросети, что использованы на работе. Данные о загрязнении воздуха представлены в виде csv файла в нем присутствуют 11403 экземпляров обучающих данных. Рассмотрена реальная физическая модель распространения загрязнения и численное моделирование распространения загрязнения. После завершения процедур активации конечный узел готов для передачи показания датчиков с заданным интервалом. После установления соединения данные преобразуются в формат полезной нагрузки в виде шестнадцатеричного кода (HEX).

Научные и практические результаты проекта отражены в 10 статьях в журналах рекомендованных КОКСОН МОН РК и 11 статей в журналах, индексируемых в базах WoS и Scopus.