Сенсорна мережа контролю радіаційних і хімічних загроз із застосуванням LoRa та мобільних клієнтів

Abstract

В результаті виконання кваліфікаційної роботи на тему «Сенсорна мережа контролю радіаційних і хімічних загроз із застосуванням LoRa та мобільних клієнтів» проведено аналіз існуючих систем радіаційно-хімічного контролю та виявлено їх ключовий недолік - оцінка кожного фактора здійснюється незалежно, що не враховує синергетичний ефект — ситуацію, коли жоден із параметрів не перевищує граничнодопустимого рівня, але їх спільний вплив є небезпечним. Об'єкт дослідження — процеси моніторингу радіаційних і хімічних загроз у розподілених середовищах із застосуванням сенсорних мереж. Предмет дослідження — архітектура сенсорної мережі, апаратнопрограмні засоби вузлів та методи оцінки комплексної небезпеки при одночасному впливі кількох факторів. Мета роботи — розробка сенсорної мережі для моніторингу радіаційних і хімічних загроз на основі мультисенсорної обробки даних із передачею даних за технологією LoRa та відображенням інформації на мобільних клієнтах. Розроблено архітектуру розподіленої мережі з автономних вузлів на базі ESP32 з радіомодулем LoRa SX1276 (868/915 МГц), шлюзу та хмарного сервера на основі брокера MQTT. Кожен вузол вимірює рівень іонізуючого випромінювання та концентрацію токсичних речовин, обчислює інтегральний індекс ризику з урахуванням синергетичного ефекту та передає результати до шлюзу. Мобільний клієнт відображає стан вузлів на інтерактивній карті та надсилає push-сповіщення при виявленні небезпечної комбінації факторів. Тестування підтвердило дальність зв'язку до 8 км у відкритому просторі, час відгуку клієнта до 3 с та автономність вузла понад 30 діб. Розроблена система може застосовуватись для моніторингу промислових об'єктів підвищеної небезпеки, контролю зон забруднення та в інтересах служб цивільного захисту.

As a result of the qualification work on the topic "Sensor network for monitoring radiation and chemical threats using LoRa and mobile clients", an analysis of existing radiation and chemical control systems was conducted and their key drawback was identified - the assessment of each factor is carried out independently, which does not take into account the synergistic effect - a situation when none of the parameters exceeds the maximum permissible level, but their joint impact is dangerous. The object of the study is the processes of monitoring radiation and chemical threats in distributed environments using sensor networks. The subject of the study is the architecture of the sensor network, hardware and software of the nodes and methods for assessing complex danger with the simultaneous impact of several factors. The purpose of the work is to develop a sensor network for monitoring radiation and chemical threats based on multi-sensor data processing with data transmission using LoRa technology and displaying information on mobile clients. A distributed network architecture has been developed from autonomous nodes based on ESP32 with a LoRa SX1276 radio module (868/915 MHz), a gateway and a cloud server based on an MQTT broker. Each node measures the level of ionizing radiation and the concentration of toxic substances, calculates the integral risk index taking into account the synergistic effect and transmits the results to the gateway. The mobile client displays the status of the nodes on an interactive map and sends push notifications when a dangerous combination of factors is detected. Testing confirmed a communication range of up to 8 km in open space, a client response time of up to 3 s and node autonomy of more than 30 days. The developed system can be used for monitoring high-risk industrial facilities, controlling pollution zones and in the interests of civil protection services.