Програмне забезпечення оцінки розповсюдження забруднюючої аерозольної хмари в антропогенному середовищі

Abstract

Метою роботи є розробка веб-застосування (AeroSpread Pro) для оцінки розповсюдження забруднюючої аерозольної хмари в антропогенному середовищі з використанням математичної моделі Гаусівського шлейфу та сучасних веб-технологій. Для досягнення поставленої мети було визначено кілька конкретних завдань. По-перше, реалізувати математичну модель Гаусівського шлейфу з урахуванням актуальних метеорологічних параметрів. Паралельно з цим розроблявся веб-інтерфейс, через який користувач може зручно вводити параметри викиду і одразу бачити результати. Щоб розрахунки спирались на реальні дані, а не вигадані, було підключено OpenWeather API. Результати моделювання виводяться безпосередньо на інтерактивній карті, що робить їх наочними навіть для людей без технічної підготовки. Нарешті, передбачено можливість вивантаження звітів у стандартизовані формати для подальшого використання. Методи та технології. Математичним підґрунтям системи слугує модель Гаусівського шлейфу (Gaussian Plume Model), яка дає змогу розраховувати концентрації забруднюючих речовин на різних відстанях від джерела викиду. Для коректного визначення параметрів дисперсії залежно від стану атмосфери застосовується класифікація Паскіля–Гіффорда, а стійкість атмосфери за наявними метеорологічними даними визначається за формулами Брідоса. Що стосується технічної реалізації, клієнтська частина побудована на HTML5, CSS3 та JavaScript ES6+, а для відображення інтерактивної карти використовується бібліотека Leaflet з тайлами OpenStreetMap. Серверна частина написана на Node.js із використанням фреймворку Express.js. Дані зберігаються в PostgreSQL — зокрема завдяки підтримці типу JSONB, який добре підходить для збереження сіток концентрацій. Актуальні метеорологічні дані надходять через OpenWeather API. Для формування звітів підключено бібліотеки експорту в PDF, а версіонування коду ведеться через Git. Апробація програмного додатку. Перед поданням до захисту AeroSpread Pro пройшло перевірку розрахунку розповсюджень. Система розгорнута на віддаленому сервері і доступна для використання. В ході апробації перевірялись різні аспекти роботи застосунку. Окремо тестувались компоненти API, окремо — взаємодія між фронтендом і бекендом. Особлива увага приділялась точності математичних розрахунків, оскільки від цього безпосередньо залежить практична цінність системи. Також перевірялась стабільність інтеграції з OpenWeather API при різних умовах запиту, і наостанок — поведінка системи під навантаженням. Структура пояснювальної записки. Записка кваліфікаційної роботи складається зі вступу, чотирьох основних розділів та висновків. У першому розділі розглядається предметна область — досліджуються типи забруднюючих речовин та їхні характеристики, аналізуються метеорологічні параметри, що впливають на розповсюдження викидів. Окремо проведено огляд наявних програмних рішень у цій галузі та визначено їхні сильні і слабкі сторони. Другий розділ присвячений проєктуванню інформаційного забезпечення системи. Тут описано процес побудови логічної моделі даних у вигляді ER-діаграми, обґрунтовано вибір PostgreSQL як СУБД, а також розкрито фізичну структуру бази даних із деталізацією таблиць та зв'язків між ними. У третьому розділі висвітлюється безпосередня розробка програмного забезпечення. Описано архітектуру системи, принципи організації модулів, реалізацію математичної моделі Гаусівського шлейфу у вигляді програмного коду, а також побудову REST API для взаємодії між клієнтською та серверною частинами. Четвертий розділ охоплює етап впровадження та експлуатації. Наведено результати тестування, сформульовано вимоги до апаратного і програмного оточення, а також подано покрокові інструкції з розгортування системи. До складу роботи входить 66 сторінки, список з 21 джерел даних, 24 рисунки, та додатки А, Б, В.