ЗАСТОСУВАННЯ ТЕОРІЇ МНОЖИН ДЛЯ МАТЕМАТИЧНОГО ОБҐРУНТУВАННЯ РОЗРОБКИ ПРОЄКТУ СТВОРЕННЯ ІОТ-СИСТЕМИ ДЛЯ АВТОМАТИЧНОГО МОНІТОРИНГУ РІВНЯ ВОЛОГОСТІ ҐРУНТІВ
DOI:
https://doi.org/10.32782/tnv-tech.2024.6.4Ключові слова:
інформаційна система, ІоТ-система, математичне моделювання, теорія множин, контроль вологості ґрунтів, моніторинг вологості ґрунтівАнотація
У статті розглядається застосування теорії множин для математичного обґрунтування розробки проєкту створення IoT-системи для автоматичного моніторингу рівня вологості ґрунтів. Інноваційний підхід базується на інтеграції концепцій Інтернету речей із сучасними методами автоматизації для забезпечення ефективного управління сільськогосподарськими ресурсами. Теоретична частина статті зосереджена на побудові математичної моделі, яка використовує принципи теорії множин для формалізації відносин між сенсорами, параметрами моніторингу, зовнішніми умовами та алгоритмами обробки даних. Особливу увагу приділено розробці алгоритмів збору, аналізу та обробки даних із сенсорів вологості, які забезпечують безперервний контроль стану ґрунту. Ці алгоритми базуються на використанні теоретико-множинних операцій для об'єднання даних із різних сенсорів і фільтрації шуму. На основі запропонованих моделей представлено архітектуру IoT-системи, що включає компоненти апаратного забезпечення, такі як сенсори та контролери, мережеві протоколи передачі даних, хмарне середовище для зберігання та аналізу інформації, а також інтерактивний інтерфейс для користувача. Проведено детальний аналіз практичних аспектів впровадження системи, включаючи технічні характеристики сенсорів, енергоспоживання, стабільність зв’язку, інтероперабельність мережі та інтеграцію із зовнішніми модулями прогнозування погодних умов. Значна увага приділяється питанням безпеки даних, що передаються, та стійкості системи до відмов. Очікувані результати застосування системи включають оптимізацію поливу, підвищення врожайності, зменшення витрат на ресурси та зниження впливу на навколишнє середовище. Система дозволяє вчасно реагувати на зміни рівня вологості та приймати обґрунтовані рішення щодо управління ресурсами. Окрім цього, стаття розглядає перспективи масштабування IoT-системи для застосування в інших агротехнологіях, таких як контроль температури ґрунту, рівня освітленості та показників кислотності. Отримані результати підтверджують доцільність використання теорії множин для побудови формальних моделей, що підвищують точність моніторингу, швидкість аналізу даних та ефективність управління у сфері агросектору.
Посилання
“IoT in Agriculture: 9 Technology Use Cases for Smart Farming (and Challenges to Consider).” Retrieved from: https://easternpeak.com/blog/iot-in-agriculture-technologyuse-cases-for-smart-farming-and-challenges-to-consider/ (access date 18 December 2024).
“Internet of Things in Agriculture: What is IoT and how is it implemented in agriculture?” Retrieved from: https://www.cropin.com/iot-in-agriculture? (access date 20 December 2024).
Navarro E., Costa N., Pereira A., “Systematic Review of IoT Solutions for Smart Farming,” Sensors, 2020, (15), 1-29. Retrieved from: https://doi.org/10.3390/s20154231 (access date 19 December 2024).
“Top 10 Applications of IoT in 2022.” Retrieved from: https://www.spiceworks.com/tech/iot/articles/top-applications-internet-of-things/ (access date 19 December 2024).
“IoT in agriculture sustainability: Driving eco-friendly and yield-enhancing farming practices.” Retrieved from: https://www.ignitec.com/insights/iot-in-agriculture-sustainabilitydriving-eco-friendly-and-yield-enhancing-farming-practices/ (access date 20 December 2024).
Ahmed S. and Kadir R., “Optimization Techniques in IoT-Based SmartAgriculture,” Sensors, 2022, 559-572.
Chopra P. and Singh N., “The Role of IoT and Big Data Analytics in Modern Agriculture,” Computers and Electronics in Agriculture, 2020, 172.
Назаренко Н., Заєць С. та Киричук Ю. Співпраця індустрії 4.0 та інтернету речей IoT, Вісник Хмельницького національного університету, 2024, 341(5), 74-79. https://doi.org/10.31891/2307-5732-2024-341-5-10
Dhanaraju M. (ed.), “Formal Models for Resource Management in Agriculture using IoT,” Agriculture, 2022, (12), 1-26. https://doi.org/10.3390/agriculture12101745
Garcia R. (ed.), “Data Filtering and Integration in IoT Systems: A Set-Theoretic Perspective,” IoT Journal, 2023, pp. 112-124.
Зюзюн В. І. Системна модель управління екологічними ризиками в проєктах. Вісник Національного транспортного університету, 2016, (2), 84-92.
Зюзюн В. І. Методи та моделі управління екологічними ризиками в проєктах розвитку транспорту. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук, Київ – Національний транспортний університет, 2017.
