Вас вітає Інтернет конференція!
Вітаємо на нашому сайті
РОЗРОБКА АРХІТЕКТУРИ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ТЕПЛИЧНИМ ГОСПОДАРСТВОМ
21.10.2021 23:20
[1. Інформаційні системи і технології]
Автор: Дубук В.І., к.т.н., доцент, кафедра Автоматизованих систем управління, Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів; Фрей Н.В., студент, кафедра Автоматизованих систем управління, Національний університет «Львівська політехніка», м. Львів
Важливою та невід’ємною компонентою роботи агропідприємств, фермерських господарств різних форм власності є управління процесами їх функціонування. В умовах сьогодення ефективне управління пов’язане з потребами обробки різнотипної інформації на основі технологій Інтернету речей (IoT), машинного навчання та хмарних технологій.
Сучасне тепличне господарство є складною системою, що складається з багатьох елементів та вимагає контролю великої кількості параметрів і оперативного прийняття рішень в залежності від значень контрольованих параметрів.
У роботі запропоновано поєднати функціонування теплиці і контроль необхідних параметрів (на основі IoT технологій) та формування прогнозних і управляючих рішень, які здійснюватимуться з використанням методів машинного навчання, з використанням хмарних технологій. Такий підхід у перспективі дозволить створити гнучку автоматизовану систему управління, яка буде оперативно реагувати на зміну життєво важливих параметрів, мінімально залежатиме від людського фактора, буде ефективно і надійно функціонувати.
В роботі розглянуто розробку архітектури автоматизованої системи управління функціонуванням теплиці, котра зможе визначати і утримувати оптимальні режими необхідних параметрів протягом усього періоду росту рослин, адже більшість з них, а саме температура, світло, тепло, вологість та добрива – головні чинники, які забезпечують максимальну врожайність. Функціональними вимогами до такої системи є: максимізувати об’єми зібраного врожаю, зменшити вплив людського фактору на процес аналізу та прийняття управлінських впливів, зробити теплицю енергоефективнішою, а отже зменшити операційні витрати господарства. У підсумку це приведе до збільшення прибутку.
Метою роботи є розробка архітектури системи автоматизованого управління тепличним господарством; визначення функціональних вимог до такої системи; зменшення впливу людського фактору на процес аналізу та прийняття управляючих впливів; підвищення енергоефективності тепличного господарст-ва та зменшення його операційних витрат. Передбачається застосування основ штучного інтелекту, IoT платформи [2; 4, c.84] та хмарних технологій при реалізації поставленого завдання.
Архітектуру такої системи запропоновано розробляти на основі штучного інтелекту, IoT платформи та хмарних технологій.
Відповідно, основними задачами, які розглянуті та вирішені в роботі, є: розробка архітектури АСУ функціонуванням теплиці; розробка структури проектованої системи та її оптимізація на основі прийнятих рішень; застосування хмарних технологій з метою підвищення ефективності, надій-ності та гнучкості проектованої системи; проведення тестування і аналіз результатів.
Сучасні ІоТ проникають у різні сфери господарства, в тому числі — і в сільське господарство. Наприклад, американська компанія Semios виробляє так звані «розумні пастки» для захисту рослин від шкідників. Вони являють собою мережу обладнаних датчиками контейнерів, кожен з яких розміщується на пев-них ділянках поля [1]. Пастки вираховують кількість комах на своїй ділянці, при цьому самостійно відокремлюючи нешкідливих комах від пожирачів врожаю. Як тільки кількість останніх доходить до критичної позначки, система повідомляє користувача через мобільний додаток. На підставі відповідних даних розраховувати необхідну кількість отрутохімікатів вже нескладно. Пастки Semios також оснащені датчиками, що відстежують температуру ґрунту, рівень його вологості, стан здоров’я рослин. Це, по-перше, дозволяє передчасно виявити ознаки захворювань паростків, а по-друге – відстежувати рівень вологи в ґрунті і таким чином ефективніше будувати графіки поливів. Подібні системи також виробляють компанії Spensa [1] і Ericsson [1]. Перша орієнтована на віддалений моніторинг яблучних дерев, а друга – виноградників.
На рис. 1 зображено чотири основні компоненти архітектури IoT системи, зв'язки між ними та функції, які вони можуть виконувати у рамках загальної мережі [3].
Рис.1. Схема системи, побудованої відповідно до технології IoT.
Елементи IoT системи
Сенсори (Sensors) – перетворювальні пристрої, підбір яких здійснюється залежно від задач, які потрібно вирішити. Різниця між сенсорами можлива за різними парамерами та характеристиками – чутливість, рівень енергоспоживання, час життя та час відгуку, функціональне призначеня, вартість.
Пристрої (Devices) – широкий набір компонент серед яких мікрокомп’ютери, смартфони, планшети і пульти різного роду, обладнані з мікроконтролерами та інші.
Шлюз (Gateway) – може використовуватись для збору та обробки даних (проміжний елемент) в IoT системах. Наприклад, “смарт-теплиця”, у якій всі давачі надсилають дані в LAN на проміжні пристрої. А ті, в свою чергу після опрацювання даних, з певною періодичністю на сервер.
Сервер, сховища даних (Backend) – їх використання залежить від розмірів та призначення IoT системи. Тобто обробка та зберігання інформації може бути організоване в різних середовищах від надпотужні серверів з вбудованими системами управління та нереляційними БД до хмарних сховищ.
На рис. 2 наведено діаграму випадків використання (Use-case) та зображено варіанти застосування АСУ функціонування теплиці.
Рис. 2. Діаграма випадків використання АСУ тепличним господарством.
Архітектура проектованої системи управління функціонуванням теплиці з врахуванням того, що платформа системи переноситься в хмару набуде наступного вигляду (рис. 3).
Рис.3. Архітектура системи з використанням хмарних сервісів.
Висновки
1. У результаті виконання poбoти спроектовано архітектуру автоматизованої системи управління тепличним господарством на основі штучного інтелекту, IoT платформи та хмарних технологій. Модель машинного навчання використовується для аналізу поточних параметрів мікроклімату теплиці, які отримуються з сенсорів та обладнання, даних про погодні умови, та бажаних кліматичних налаштувань. Як результат роботи моделі машинного навчання виступають управляючі впливи, які рекомендовано застосувати до обладнання теплиці, щоб досягнути бажаних налаштувань параметрів.
2. Застосування IoT платформи та хмарних технологій уможливило створити архітектуру, перевагами якої є гнучкість, зручність розгортання, простота налаштування та експлуатації, а також моніторингу, попередження про позаштатні ситуації та різкі зміни параметрів функціонування тепличного господарства.
3. Розроблена архітектура автоматизованої системи управління тепличним господарством на основі IoT платформи та хмарних технологій уможливлює регулярне резервне копіювання даних, а також передбачає процес розширення використання пропонованої системи до кількох теплиць.
Література:
1. Огляд останніх інновацій в Україні та світі [ Електронний ресурс]. - Режим доступу: www. URL: https://kreston-gcg.com/ua/silske-gospodarstvo-40-oglyad-ostannih-agrarnyh-innovatsij-v-ukrayini-ta-sviti/
2. Burrus D. The Internet of things is far bigger than anyone realizes [Elecronic resource] / Daniel Burrus. – 2014. – Regime of Access: www.URL: https://www.wired.com/insights/2014/11/the-internet-of-things-bigger/.
3. Ружицька В.В. Дослідження теплиці як об'єкта автоматизації та удосконалення системи автоматичного керування мікрокліматом: магістерська дисертація: 151 Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані технології / Ружицька Валентина Володимирівна. – Київ, 2018. – 103 с.
4. Пулеко І.В., Супруненко О.О. Система ІоТ-обладнання для тепличного господарства // Тези доповідей Х Міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційно-компютерні технології - 2019» (18 - 20 квітня 2019 р.). – Житомир: ЖДТУ, 2019. – с. 84 – 85.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Інші наукові праці даної секції
-
КЛАСТЕРНИЙ АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ ЗАЛІЗНИЧНИХ ДІЛЬНИЦЬ
21.10.2021 23:35 -
КОМП’ЮТЕРНА СИСТЕМА ДЛЯ СЕГМЕНТАЦІЇ ЗОБРАЖЕНЬ ЗАЛІЗНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
21.10.2021 23:32 -
АВТОМАТИЗОВАНІ РОБОЧІ МІСЦЯ ЯК НЕОБХІДНИЙ ЕЛЕМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ ДЛЯ АГРАРНИХ ПІДПРИЄМСТВ
21.10.2021 23:29 -
ОПИС ВИКОРИСТАННЯ TAG-ХЕЛПЕРІВ У ПРОЕКТІ ASP.NET CORE ПО ТИПУ WEB APPLICATION (MODEL-VIEW-CONTROLLER)
21.10.2021 23:26 -
ВИКЛАДАННЯ ДИСЦИПЛІНИ МЕДИЧНА ІНФОРМАТИКА В ПЕРІОД ПАНДЕМІЇ COVID-19
21.10.2021 23:22
Конференції
Конференції 2024
Конференції 2023
Конференції 2022
Конференції 2021
