Програмне забезпечення системи моніторингу параметрів безпеки шахти

Abstract

Мета роботи – спроєктувати і розробити програмне забезпечення «Глибина 4.0». Система має робити такі речі одночасно: • збирати телеметрію без втрат, навіть коли зв'язок рветься; • показувати на карті, де зараз кожен гірник і чи все гаразд; • автоматично бити тривогу при перевищенні метану, втраті зв'язку або SOS-сигналі. Без ручного втручання. У реальному часі. Методи та технології. Для досягнення поставленої мети та реалізації програмного комплексу використано сучасний стек технологій. Бекенд ми писали на Python з Django [5]. Чому? Бо швидко збирати прототип, і під реальне навантаження теж вивозить. Дані телеметрії – це часові ряди. Їх дуже багато. Стандартні B-tree індекси роздувають базу до непристойних розмірів. Тому взяли PostgreSQL + BRIN-індекси [11]. Вони значно компактніші, хоча трохи повільніші на точних вибірках. Для моніторингу – добре. Кеш – Redis [15]. Без нього при 50+ працівниках карта б мала затримку. Клієнтська частина (Front-end) розроблена з використанням HTML5, CSS3 та JavaScript. Карту ми малюємо самі, через Canvas API. Чому не взяли готову бібліотеку типу Leaflet? Тому що треба було повний контроль над анімацією руху людей під землею. Готові рішення плавали при 200+ об'єктах. Наша flyTo на requestAnimationFrame дає плавний зум/пан без мікролагів. Для аналітичних звітів використано Chart.js. Апаратний IoT-рівень системи побудований на базі мікроконтролерів ESP32 (мова C/C++) із реалізацією алгоритмів збереження даних у локальну чергу (offline queue) при втраті зв'язку та підтримкою бездротових оновлень (OTA). Захист вебінтерфейсу реалізовано за допомогою Cloudflare Turnstile та криптографічних перевірок паролів. Апробація результатів роботи. Основні положення, результати досліджень та архітектурні рішення бакалаврської кваліфікаційної роботи демонструвались та обговорювалися на науково-практичній конференції. За матеріалами кваліфікаційної роботи підготовлено до публікації тези доповіді: Ганюк Н.О., Кириченко В.В. «Програмне забезпечення системи моніторингу параметрів безпеки шахти». Структура записки. Пояснювальна записка складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. У першому розділі проведено системний аналіз предметної області, досліджено наявні рішення для моніторингу безпеки в шахтах та сформовано вимоги до програмної системи. У другому розділі виконано логічне та фізичне проєктування інформаційного і програмного забезпечення, розроблено ER-діаграму бази даних, діаграми класів, пакетів та компонентів. У третьому розділі описано процес розробки програмно-апаратного комплексу, обґрунтовано вибір технологій (Django, PostgreSQL, ESP32), наведено алгоритми обробки телеметрії, Wi-Fi роумінгу та розумних тривог. У четвертому розділі наведено рекомендації щодо впровадження системи, описано процеси тестування (включаючи симуляцію навантаження) та вимоги до розгортання комплексу. Загальний обсяг роботи становить [81] сторінок машинописного тексту. Робота містить [22] рисунок, [8] таблиць та [16] джерел за списком літератури.