Система моніторингу екологічних параметрів транспортних потоків мегаполісів

Abstract

Мета роботи – проєктування та розробка веб-орієнтованої системи моніторингу екологічних параметрів транспортних потоків мегаполісів, яка забезпечує збір, зберігання, обробку, візуалізацію та інтелектуальний аналіз даних про якість атмосферного повітря, рівень акустичного забруднення та характеристики транспортного потоку. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі: – провести аналіз предметної області та визначити основні екологічні параметри транспортних потоків; – виконати аналіз існуючих систем моніторингу екологічних показників; – сформувати функціональні та нефункціональні вимоги до системи; – спроєктувати архітектуру програмного забезпечення та структуру інформаційного забезпечення; – реалізувати модулі збору, обробки, збереження та візуалізації даних; – реалізувати засоби аналізу та прогнозування екологічних показників; – провести тестування системи та оцінити результати її функціонування. Об’єкт дослідження – процеси моніторингу та аналізу екологічних параметрів, пов’язаних із транспортними потоками у великих містах. Предмет дослідження – методи та програмні засоби побудови інформаційних систем для автоматизованого збору, обробки, візуалізації та прогнозування екологічних показників, зумовлених транспортною активністю. Методи та технології розробки. Для реалізації програмного забезпечення використано мову програмування Python 3 та мікрофреймворк Flask, що забезпечує побудову серверної частини веб-застосунку [13]. Для зберігання даних застосовано реляційну систему керування базами даних SQLite 3. Візуалізація екологічних показників та результатів аналізу реалізована за допомогою бібліотеки Chart.js [15], а картографічне відображення станцій моніторингу та транспортних об’єктів – із використанням бібліотеки Leaflet.js. Для прогнозування рівня забруднення атмосферного повітря використано метод множинної лінійної регресії (OLS) . Кореляційний аналіз здійснюється на основі обчислення коефіцієнта кореляції Пірсона . Моделювання предметної області та проєктування структури системи виконано з використанням нотації UML. Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості використання розробленої системи для моніторингу екологічного стану транспортних зон мегаполісів, аналізу впливу транспортних потоків на якість атмосферного повітря та підтримки прийняття рішень щодо оптимізації транспортної інфраструктури і зменшення екологічного навантаження на міське середовище. Структура та обсяг роботи. Бакалаврська кваліфікаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. У першому розділі проведено аналіз предметної області, досліджено особливості транспортних потоків мегаполісів як джерела екологічного впливу, систематизовано екологічні параметри, що підлягають моніторингу, виконано аналіз існуючих платформ екологічного моніторингу та сформульовано постановку задачі з визначенням функціональних і нефункціональних вимог до системи. У другому розділі виконано проєктування системи, розроблено трирівневу архітектуру програмного забезпечення, побудовано UML-діаграми варіантів використання, діяльності, класів, послідовності та розгортання, а також спроєктовано структуру реляційної бази даних, нормалізованої до третьої нормальної форми. У третьому розділі описано процес розроблення програмного забезпечення, обґрунтовано вибір технологій та засобів реалізації, розроблено модулі збору, обробки та збереження даних, а також реалізовано веб-інтерфейс системи моніторингу з інтерактивними графіками, картою станцій та засобами формування аналітичних звітів. У четвертому розділі проведено тестування системи, проаналізовано результати її функціонування, оцінено коректність роботи основних модулів та сформульовано рекомендації щодо впровадження і подальшої експлуатації розробленого програмного забезпечення.