Система моніторингу параметрів автономної метеостанції на базі концепції «Інтернет речей»
Автор: Сметаняк Денис Миколайович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Енергетична безпека
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: У рамках магістерської кваліфікаційної роботи реалізовано унікальну хмарну систему моніторингу параметрів автономної метеостанції на базі концепції “Інтернет речей”, розроблено алгоритми роботи для системи керування, написано код програми для збору та аналізу даних, передбачення можливих загроз та підвищеного рівня небезпеки зміни погодних умов, а також передачу цих даних в хмарне середовище мережі інтернет. Об’єкт дослідження – автономна метеостанція, що використовує концепцію IoT для моніторингу параметрів. Предмет дослідження – система моніторингу на основі IoT для збору та аналізу даних з автономної метеостанції. Мета роботи – розробка унікальної хмарної системи моніторингу, яка використовує концепцію IoT для збору, передачі, обробки та аналізу даних з автономної метеостанції у віддалене (хмарне) середовище. У вступі визначено актуальність та необхідність моніторингу метеорологічних даних за допомогою технологій IoT. У першому розділі розглянуто важливі аспекти використання технології Інтернету речей (IoT) у метеостанціях. Основні аспекти, що були розглянуті в цьому розділі, включають: 1. Підвищена зв’язність: IoT дозволяє метеостанціям бути постійно підключеними до Інтернету, забезпечуючи доступ до зібраних даних. 2. Дистанційний моніторинг: IoT забезпечує можливість віддаленого моніторингу, що дозволяє розміщувати метеостанції в різних локаціях. 3. Ефективне використання енергії: Системи IoT можуть оптимізувати споживання енергії, наприклад, через використання сонячних панелей. 4. Давачі та аналіз даних: Використання різних давачів у метеостанціях дозволяє збирати широкий спектр даних про погодні умови. 5. Інтеграція з хмарними технологіями: Дані можна зберігати та обробляти в хмарі, що робить їх доступними для аналізу і спільного використання. 6. Безпека та конфіденційність даних: Розглядаються питання безпеки даних, особливо в контексті використання IoT. 7. Широкий спектр застосування: IoT у метеостанціях має потенціал застосування у різних сферах, від сільського господарства до науки та екології. Розділ також розглядає використання технології IoT в різних сферах, включаючи смарт-доми, охорону здоров’я, промисловість, сільське господарство, логістику та моніторинг довкілля, а також зазначає роль мікроконтролерів у цих процесах [1], [2], [3], [4]. У другому розділі, досліджено вплив технології Інтернет речей (IoT) на метеорологію, проведено глибокий аналіз та розуміння її застосування в цій області. Розглянуто критичні аспекти, такі як розгалужені системи давачів, автоматизовані системи збору даних, хмарні аналітичні платформи та мобільні засоби зв’язку. Особлива увага приділена інтеграції IoT з різними галузями та її впливу на екологічну свідомість. Також розглянуті виклик з якими стикається IoT у метеорологічних системах, такі як питання безпеки, стандартизація, енергетичні виклики, вартість реалізації та проблеми з інтерференцією. Даний розділ чітко підкреслює, що інтеграція IoT у метеорологічних дослідженнях не лише розширює межі нашого розуміння погодних умов, але й відкриває нові можливості для вирішення глобальних викликів у сфері клімату [5], [6], [7]. У третьому розділі детально описано процес створення архітектури метеостанції, та підкреслено визначення вимог системи, вибір обладнання, розробці комунікаційних мереж, інтеграції з хмарними платформами, а також енергоефективності та безпеки даних. Розроблено базу даних для аналізу та зберігання даних, і особливу увагу приділено системі збору, аналізу та зберіганні даних, а також прогнозуванню погоди, масштабованості системи, її тестуванню та документуванню, підкреслюючи адаптивність до змінних умов та вимог [8], [9], [10], [11], [12]. У четвертому розділі розроблено алгоритми та програму для збору та аналізу даних з метеостанції. Детально описано методи збору даних, включаючи використання різних типів давачів та методів передачі даних, ,а також підходи до їх зберігання та обробки. Основна увага приділена безпеці даних під час передачі, використанню різних форматів зберігання, а також методам обробки та аналізу даних, включаючи фільтрацію шуму, нормалізацію, агрегацію, використання методів машинного навчання та аналітики. Також розділ описує інтеграцію з хмарними технологіями, що покращує ефективність та масштабованість системи, і включає розробку коду на Python для інтеграції з хмарними сервісами, такими як AWS, Google Cloud чи Azure [13], [14], [15]. У висновках проаналізовано та обґрунтовано розробку моніторингу параметрів автономної метеостанції на базі концепції “Інтернет речей”. Ключові слова – мікроконтролер, платформа Інтернет-речей (IoT), точка доступу Wi-Fi, ThingSpeak, портативний пристрій, Arduino IDE. Перелік використаних літературних джерел 1. Smith, J. & Lee, K. (2023). "IoT in Environmental Monitoring: Applications and Techniques". Springer. 2. Patel, S. (2022). "Advanced IoT Technologies in Smart Weather Stations". Elsevier. 3. Chung, H. & Park, R. (2022). "Data Analytics for IoT-based Weather Stations". Wiley. 4. Kumar, A. & Singh, D. (2021). "Designing Autonomous Weather Stations with IoT". CRC Press. 5. Zhao, Y. & Wang, L. (2021). "Internet of Things for Environmental Monitoring: The Technology and Applications". Springer. 6. Liu, X. & Chen, Z. (2020). "IoT-Based Meteorological Measurement Systems". IEEE Press. 7. Gonzalez, M. & Lopez, V. (2020). "Smart Sensors and IoT for Environmental Monitoring". Elsevier. 8. Sharma, P. (2019). "Implementing IoT in Climate Change and Weather Prediction Models". McGraw-Hill. 9. Bennett, S. (2019). "IoT Platforms for Weather Monitoring". John Wiley & Sons. 10. Kim, J. H. (2018). "IoT and Cloud Computing in Environmental Monitoring". Pearson. 11. Brown, L. & Davis, H. (2018). "The Role of IoT in Weather Forecasting and Climate Science". CRC Press. 12. Jackson, T. (2017). "Building IoT Networks for Weather Data Collection". O’Reilly Media. 13. Turner, D. & Evans, G. (2017). "Autonomous Weather Stations: Design and Implementation". Elsevier. 14. Green, A. (2016). "IoT in Meteorology: Challenges and Opportunities". Springer. 15. Miller, R. & Thomas, J. (2016). "Environmental Monitoring Using IoT and Big Data". Wiley.