Проєктування програмної платформи оперативного моніторингу водних ресурсів на основі інтернету речей
DOI:
https://doi.org/10.25140/2411-5363-2025-3(41)-296-309Ключові слова:
інтернет речей (IoT); оперативний моніторинг; водні ресурси; деокуповані території; екологічна безпека; архітектура програмної платформи; відмовостійкість; автономні сенсориАнотація
Актуальність дослідження зумовлена критичним пошкодженням інфраструктури водопостачання на деокупованих територіях України, що створює гострі ризики техногенного забруднення водних ресурсів та виявляє неефективність традиційних методів моніторингу.
Проблема полягає у відсутності комплексної програмної платформи, здатної забезпечити оперативний та надійний збір, передачу й аналіз даних в умовах нестабільного зв’язку, швидкого розгортання та необхідності інтеграції із системами кризового реагування.
Метою статті є розробка та обґрунтування концептуальної архітектури спеціалізованої програмної платформи на основі Інтернету речей (IoT), адаптованої до цих викликів.
У процесі дослідження запропоновано деталізовану чотирирівневу архітектуру, що включає: рівень датчиків із модульним принципом для моніторингу специфічних загроз (важкі метали, нафтопродукти); мережевий рівень з використанням гібридного підходу (LPWAN/4G) та протоколу MQTT для гарантованої доставки даних; рівень обробки та зберігання на базі хмарних сервісів, MQTT-брокера, модуля машинного навчання та мультимодельного сховища даних; рівень представлення та взаємодії, що об’єднує вебпанель, мобільні додатки, систему сповіщень та API для інтеграції.
Висновки полягають у тому, що запропонована архітектура створює основу для розробки відмовостійкої та масштабованої платформи, яка дозволить перейти від реактивного до проактивного управління екологічною безпекою, забезпечуючи прийняття обґрунтованих рішень у реальному часі та сприяючи сталому відновленню постраждалих територій.
Посилання
Ministerstvo zakhystu dovkillia ta pryrodnykh resursiv Ukrainy. (n.d.). Zlochyny viiny proty dovkillia: pytannia ne lyshe Ukrainy, a y usoho svitu [War crimes against the environment: an issue not only for Ukraine, but for the whole world]. Retrieved August 19, 2025, from https://mepr.gov.ua/zlochyny-vijny-proty-dovkillya-pytannya-ne-lyshe-ukrayiny-a-j-usogo-svitu/ (in Ukrainian).
Velyka, A. (2024). Repeated organic pollution is recorded on the Seim River. EcoPolitic. https://ecopolitic.com.ua/en/news/repeated-organic-pollution-is-recorded-on-the-seim-river/.
Boholiubov, V. M., Salnikova, A. V., & Rakoid, O. O. (2023). Ekolohichnyi monitorynh: navchalnyi posibnyk [Environmental monitoring: a study guide]. Natsionalnyi universytet biore-sursiv i pryrodokorystuvannia Ukrainy. https://nubip.edu.ua/sites/default/files/u243/24.pdf (in Ukrainian).
Lindemulder, G., & Kosinski, M. (2025). What is environmental monitoring? IBM. https://www.ibm.com/think/topics/environmental-monitoring.
Ministerstvo zakhystu dovkillia ta pryrodnykh resursiv Ukrainy. (2025). Pershyi pilotnyi proiekt u ramkakh e-Voda zapustyly na Zakarpatti [The first pilot project within the e-Water framework was launched in Zakarpattia]. https://mepr.gov.ua/pershyi-pilotnyj-proyekt-u-ramkah-e-voda-zapustyly-na-zakarpatti/ (in Ukrainian).
ArcGIS Hub. (n.d.). Chernihiv water arteries monitor: Online monitoring system of the state of water arteries of the Chernihiv region. Retrieved August 19, 2025, from https://water-monitoring-wdc-ukraine.hub.arcgis.com/.
University of Central Florida. (n.d.). Real-time water quality monitoring. Stormwater Management Academy. Retrieved August 19, 2025, from https://stormwater.ucf.edu/research/water-quality-monitoring/.
Axiotidis, C., Konstantopoulou, E., & Sklavos, N. (2024). A wireless sensor network IoT platform for consumption and quality monitoring of drinking water. SN Applied Sciences. https://link.springer.com/ article/10.1007/s42452-024-06384-1.
Chen, W., Hao, X., Lu, J., Yan, K., Liu, J., He, C., & Xu, X. (2021). Research and design of distributed IoT water environment monitoring system based on LoRa. Journal of Sensors, 2021. https://doi.org/10.1155/2021/9403963.
Nasution, S. F., Harmadi, H., Suryadi, S., & Widiyatmoko, B. (2023). Development of river flow and water quality using IOT-based smart buoys environment monitoring system. Jurnal Ilmu Fisika | Universitas Andalas, 16(1), 1-12. https://doi.org/10.25077/jif.16.1.1-12.2024.
Ghosh, D., Prakash, N., Goyal, P., & Agrawal, A. (2020). Smart saline level monitoring system using ESP32 and MQTT-S. ResearchGate. https://www.researchgate.net/publication/341778266_ Smart_Saline_Level_Monitoring_System_Using_ESP32_And_MQTT-S.
Ashraf, U., Khwaja, A., Qadir, J., Avallone, S., & Yuen, C. (2021). WiMesh: Leveraging mesh networking for disaster communication in poor regions of the world. arXiv. https://arxiv.org/abs/ 2101.00573.
Poke, B. (2023). Evaluation of LoRa mesh networks for disaster response. Deep Blue Documents, University of Michigan. https://deepblue.lib.umich.edu/handle/2027.42/176695.
Attallah, N. A., Horsburgh, J. S., Beckwith, A. S., & Tracy, R. J. (2021). Residential wa-ter meters as edge computing nodes: Disaggregating end uses and creating actionable infor-mation at the edge. Sensors, 21(16), 5310. https://www.mdpi.com/1424-8220/21/16/5310.
Pires, L. M., & Gomes, J. (2024). River water quality monitoring using LoRa-based IoT. Applied System Innovation, 8(6), 127. https://www.mdpi.com/2411-9660/8/6/127.
Pacella, M., Papa, A., Papadia, G., & Fedeli, E. (2025). A scalable framework for sensor data ingestion and real-time processing in cloud manufacturing. Applied Sciences, 18(1), 22. https://www.mdpi.com/ 1999-4893/18/1/22.
Liu, R., Yuan, J., & Huang, X. (2024). Benchmarking time series databases with IoTDB-Benchmark for IoT scenarios. arXiv. https://arxiv.org/abs/1901.08304.
EMQ Technologies. (2023, November 8). Building an IoT time-series data application for energy storage with MQTT and InfluxDB. Medium. https://emqx.medium.com/building-an-iot-time-series-data-application-for-energy-storage-with-mqtt-and-influxdb-9094aff810f5.
Khattach, O., Moussaoui, O., & Hassine, M. (2025). End-to-end architecture for real-time IoT analytics and predictive maintenance using stream processing and ML pipelines. Re-searchGate.
Shahid, M. S. B., Rifat, H. R., Uddin, M. A., Islam, M. R., & Rahaman, M. A. (2024). Hypertuning-based ensemble machine learning approach for real-time water quality monitoring and prediction. Applied Sciences, 14(19), 8622. https://www.mdpi.com/2076-3417/14/19/8622.
Al-Khafaji, M., Al-Fahaad, K., & Angelidaki, I. (2022). Conflict-related environmental damages on health: lessons learned from the past wars and ongoing Russian invasion of Ukraine. Environmental Health and Preventive Medicine, 27, 37. https://doi.org/10.1265/ehpm.22-00122.
Ministerstvo okhorony zdorov'ia Ukrainy. (2010, May 12). Pro zatverdzhennia Derzhavnykh sanitarnykh norm ta pravyl "Hihiienichni vymohy do vody pytnoi, pryznachenoi dlia spozhyvannia liudynoiu" [On approval of the State sanitary norms and rules "Hygienic re-quirements for drinking water intended for human consumption"] (Nakaz № 400). Verkhovna Rada Ukrainy. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0452-10 (in Ukrainian).
Kabinet Ministriv Ukrainy. (2015, October 21). Pro zatverdzhennia Polozhennia pro nabory danykh, yaki pidliahaiut opryliudnenniu u formi vidkrytykh danykh [On the Approval of the Regulation on data sets subject to publication in the form of open data] (Postanova № 835). Verkhovna Rada Ukrainy. https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/835-2015-%D0%BF (in Ukraini-an).
Alerts.in.ua. (n.d.). Alerts.in.ua API. Retrieved August 19, 2025, from https://devs.alerts.in.ua/.
OWASP Foundation. (2021). OWASP Top 10. https://owasp.org/www-project-top-ten/.
Gilbert, S., & Lynch, N. (2002). Brewer's conjecture and the feasibility of consistent, available, partition-tolerant web services. ACM SIGACT News, 33(2), 51-59. https://doi.org/10.1145/564585.564601.
Brewer, E. A. (2012). CAP twelve years later: How the 'rules' have changed. Computer, 45(2), 23-29. https://doi.org/10.1109/MC.2012.37.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
