Разработка системы дистанционного мониторинга и управления пространственно-распределенными объектами на основе концепции Интернета вещей с применением технологии LoRa сетей

Цель проекта: разработка системы дистанционного мониторинга и управления пространственно-распределенными объектами на основе концепции Интернета вещей с применением технологии LoRa сетей. Задачи проекта: 1) Обзор отечественной и зарубежной библиографии, разработка детализированного технического задания и реестра требований к системе, проектирование автоматизированной системы управления пространственно-распределенными объектами на основе концепции Интернета вещей с применением технологии LoRa сетей. 2) Проектирование и разработка набора устройств двух типов: головных (реализующих функцию сбора данных с нескольких подчиненных устройств и отправки их на центральный сервер) и подчиненных (собирающих данные об окружающей среде с датчиков (температуры, влажности почвы и воздуха, качество воздуха (углекислого газа), дождя и др.), ГЛОНАСС/GPS модуля (широта, долгота), передающих телеметрию по каналу LoRa сетей, и способных запускать актуаторы (исполнительные устройства). 3) Разработка информационной диспетчерской системы для мониторинга пространственных объектов с функцией их визуализации на цифровой карте на основе веб-технологий с возможностью мониторинга передаваемого состояния объектов и удаленного управления (в частности, функцией управления микроклиматом в теплице, закрытия/открытия дверей, автоматизированного полива). 4) Апробация системы в реальных условиях при решении задачи мониторинга и удаленного управления пространственно-распределенными устройствами интернета вещей, тестирование качества связи между устройствами, связанными посредством технологии LoRa для приема/отправки данных между прибором и сервером. 5) Разработка документации по использованию и модификации системы, написание научной статьи для журнала из перечня ВАК РФ, оформление заявки на регистрацию программы для ЭВМ. Актуальность и научно-практическая значимость проекта. Природно-социально-производственные системы (ПСПС), представляющие собой иерархически упорядоченную совокупность природных, социальных и хозяйственных компонентов, объединенных в единое целое за счет наличие связей различной природы и силы, представляют собой объект управления в организационных системах, деятельность которых выстроена вокруг мониторинга природных, природно-техногенных, социальных процессов и использования пространственно-распределенных ресурсов. Базовым инструментом информационного и программного обеспечения систем управления ПСПС и механизмов принятия решений становятся при этом географические информационные системы (ГИС), позволяющие интегрировать и распространять большие объемы пространственных данных о территориально-распределенных организационных системах. В Постановлении Правительства Российской Федерации от 1 декабря 2021 года №2148 об утверждении государственной программы Российской Федерации «Национальная система пространственных данных» отмечена необходимость реализации мероприятий, направленных на решение проблемы «ограниченного использования современных российских геоинформационных технологий, высокопроизводительной обработки пространственных данных, искусственного интеллекта для повышения эффективности цифровизации этой сферы, а также отсутствие отечественной геоплатформы, объединяющей сведения, содержащиеся в ведомственных и региональных информационных ресурсах, реестрах и базах данных». Решение поставленной научной проблемы актуально в рамках приоритета научно-технического развития Российской Федерации, обозначенного в Стратегии НТР РФ (утверждена Указом Президента Российской Федерации от 1 декабря 2016 г. № 642) – Н6 «Связанность территории Российской Федерации за счет создания интеллектуальных транспортных и телекоммуникационных систем…». Согласно данным портала приоритета научно-технологического развития России «Связанность территории» к актуальным направлениям работы в рамках данного стратегического направления отнесена необходимость решения задачи создания информационной системы объективного дистанционного мониторинга объектов и ресурсов на территории РФ для обеспечения информационной связанности страны, а также разработка многофункциональных модулей для комплексного освоения территорий. Аппаратные, программные, организационные и информационные узлы, реализующие решение задач обмена, трансформация и управление системой мультимодельных пространственных данных формируют инфраструктуры пространственных данных (ИПД) организационных систем. Эффективный доступ к пространственным данных может быть предоставлен посредством геопортальных систем, реализованных с применением веб-технологий. Консолидированные в системе данные могут агрегироваться, обрабатываться и анализироваться на основе применения автоматических и автоматизированных алгоритмов, реализующих функцию поддержки принятия управленческих решений в организационных системах. Субъект управления (лицо, принимающее решение (ЛПР)) при этом получает возможность решать две принципиальные задачи: мониторинга ПСПС и отправки управляющих команд. Проект направлен на решение задачи разработки системы дистанционного мониторинга и управления пространственно-распределенными объектами на основе концепции Интернета вещей с применением технологии LoRa сетей. Решение задач дистанционного управления и сбора данных о пространственно-распределенных объектах и метагеосистемах на основе геопортальных систем может быть автоматизированы с применением технологий интернета вещей (Internet of Things, IoT), позволяющих организовать телекоммуникационную сеть передачи данных между устройствами, взаимодействующими между собой с окружающей средой. В рамках проекта предполагаются апробация и практическое использование LoRa сетей, способных предоставить следующий набор преимуществ: дальность передачи (LoRa сети могут передавать данные на расстоянии до 10 км и более в открытой местности и до нескольких километров в городской застройке), низкое энергопотребление (устройства потребляют очень мало энергии, что позволяет им работать на батарейках в течение длительного времени), низкая стоимость (устройства для подключения к LoRa сети могут быть дешевыми, что существенно снижает стоимость развертывания инфраструктуры), высокая пропускная способность (LoRa сети могут подключать более тысяч устройств на одну базовую станцию), гибкость (сети обладают большой гибкостью и могут быть настроены и использованы для различных приложений), высокая надежность (сети могут работать в сложных условиях, обеспечивая высокую надежность связи), масштабируемость (сети могут быть масштабированы до тысяч устройств, что позволяет использовать их для больших проектов), автономность (устройства в LoRa сети могут быть автономными и работать независимо, без постоянного контроля человека), безопасность (обеспечивают высокий уровень безопасности передачи данных, что делает их надежным и безопасным средством для использования в различных приложениях). Разворачиваемые в организационных системах инфраструктуры пространственных данных представляют собой практико-ориентированные технологии управления ПСПС, основанные на использовании пространственных данных и средств их ETL (Extract, Transform, Load) преобразования. Одновременно с тем, что спектр задач, решаемых в процессе управления ПСПС может серьезно отличаться в различных организационных системах, можно выделить и набор вариантов использования, являющихся общими для подавляющего числа внедряемых систем. Данное утверждение приводит целесообразности разработки платформенного решения в области управления пространственными объектами на основе технологий интернета вещей.