Молодець Б. В. Розроблення технологій та програмного забезпечення оперативного моніторингу якості повітря

Молодець Б.В. Розробка технологій та програмного забезпечення оперативного моніторингу якості повітря. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 121 Інженерія програмного забезпечення – Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Дніпро, 2024. Сучасне суспільство стикається з низкою серйозних екологічних викликів, з якими пов'язані термінові завдання збереження екосистем та охорони здоров'я людей. Один із найактуальніших аспектів цих завдань — це проблема забруднення повітря, яке є серйозною загрозою громадському здоров'ю та стану навколишнього середовища. У зв'язку з цим, розробка та вдосконалення інформаційних систем моніторингу якості повітря набуває особливого значення. Метою даної дисертації є дослідження, розробка та впровадження інформаційної системи моніторингу якості повітря з метою підвищення ефективності та точності збору та аналізу даних. Дослідження спрямоване на вдосконалення існуючих методів моніторингу та розробку нових технологічних рішень для забезпечення більш точного вимірювання показників якості повітря. У першому розділі проведено всебічний аналіз існуючих технологій, систем та наукових праць пов’язаних з розробка технологій та програмного забезпечення оперативного моніторингу якості повітря. В результаті огляду існуючого програмного забезпечення формується перелік недоліків, які мають зникнути. У результаті формуються вимоги до інформаційної системи. Другий розділ присвячено аналізу моделей оцінки якості повітря, опис їх переваг та недоліків, описується метод покращення роботи моделей оцінок та дані, які будуть використані в процесі моделювання. У результаті аналізу було обрано використовувати модель CALPUFF у поєднанні з методом IDW. Це дозволяє враховувати просторову залежність концентрацій забруднюючих речовин, особливо в областях з обмеженим або відсутнім моніторингом, та підвищити якість оцінки. У третьому розділі описуються технології та архітектурні рішення, які використовує інформаційна система. Порівнюються протоколи обміну даних, архітектури мережевих протоколів, архітектури програмного забезпечення та провайдери хмарних послуг. Розглядається менеджер контейнерів Docker та протокол авторизації OAuth 2.0. Описується обране рішення у вигляді сервісно-орієнтовної архітектури та REST (Representational State Transfer) архітектурою мережевих протоколів. Четвертий розділ присвячено можливостям практичного застосування розробленої системи. В ньому наведено стек технологій на якому написана система. Описується схеми взаємодії компонентів системи між собою та користувача з системою у вигляді UML-діаграм. Наведені показник відмови, тривалість запиту під час стрес-тестування системи. Вказаний відсоток користувачів, які потенційно зможуть завітати до розробленої системи. Наведені схеми роботи моделей та результати їх роботи. Висновки підводять підсумки проведеної роботи, виокремлюють основні наукові та практичні здобутки автора у розробці інформаційної системи моніторингу якості повітря. Робота має значний потенціал для подальшого дослідження та розширення у сферах, де важлива автоматизація збору та оброби даних, побудови оцінки про стан якості повітря. Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному: ― була вдосконалена модель оцінки якості повітря шляхом об’єднання: точкової оцінки стану повітря, отриманих зі станцій наземного моніторингу; кількісну оцінку стану повітря (об’єм викидів забрудників) по області використовуючи супутникові дані; якісну оцінку у вигляді інтерполяційної мапи індексу якості повітря побудованим по даним з наземних станцій; доуточнення стану повітря в окремо виділених регіонах за допомогою моделі CALPUFF, що надає комплексну оцінку якості повітря в обраному регіоні; ― вперше була запропонована архітектура системи для агрегації та оперативної апробації даних наземних станцій та супутникових знімків, що надало можливість автоматизувати процес збору та серіалізації даних для оцінки якості повітря; ― вперше була розроблена інформаційна система, що в реальному часі агрегує дані з станцій наземного моніторингу, метеорологічних даних та даних дистанційного зондування землі, що пришвидшує процес аналізу стану якості повітря. Практичне значення одержаних результатів полягає у наступних аспектах: ― використовуючи інформаційну систему моніторингу якості повітря громадяни, державні органи та організації зможуть отримувати інформацію про якість повітря та про джерела його забруднення; ― візуалізовані інформаційною системою дані про якість повітря слугують інструментом для прийняття рішень; ― інформаційна система слугує сховищем для даних, для подальшого покращення роботи моделей оцінки якості повітря.