Гібридна архітектура системи інтеграції та обробки даних для задач моделювання та прогнозування стану навколишнього природного середовища
DOI:
https://doi.org/10.31649/1681-7893-2026-51-1-287-301Ключові слова:
математичне моделювання, гетерогенні дані, екологічне прогнозування, знання-орієнтована технологія, мікро-сервісна архітектура, навколишнє природне середовищеАнотація
У статті обґрунтовано та розроблено гібридну архітектуру системи інтеграції та обробки гетерогенних даних для задач екологічного моделювання та прогнозування стану навколишнього середовища. Проаналізовано недоліки традиційних монолітних та файло-орієнтованих підходів при роботі з математичними моделями прогнозування поширення шкідливих викидів, які унеможливлюють гнучку автоматизацію екологічного моделювання. Для подолання проблеми форматної та семантичної гетерогенності вхідних даних запропоновано трирівневу гібридну модель зберігання даних. Вона ефективно поєднує як знання-орієнтовану технологію у вигляді доменної онтології, реляційну СУБД із просторовим розширенням для топологічних запитів та об'єктне файлове сховище для артефактів. Запропоновано програмну систему, яка базується на сервісно-орієнтованій архітектурі з використанням контейнеризації у середовищі Kubernetes. Розроблено спеціалізовані сервіси-адаптери, що забезпечили безшовну інтеграцію обчислювальних препроцесорів модуля прогнозування у сучасне розподілене веб-середовище. Здійснено практичну реалізацію рішень у програмній системі, яка автоматизує повний цикл обчислень і надає інтерактивний геопросторовий інтерфейс для візуалізації полів концентрацій забруднювачів. Запропонований підхід створює надійне науково-технічне підґрунтя для управління екологічними ризиками, зокрема і на урбанізованих територіях.
Посилання
WHO Global Air Quality Guidelines, 2021. https://iris.who.int/server/api/core/bitstreams/2776fed3-acf3-43a2-b69e-f641e42a7bd8/content
European Union emission inventory report. 2023. https://www.eea.europa.eu/en/analysis/publications/european-union-emissions-inventory-report-1990-2021
Air Quality Dispersion Modeling - Preferred and Recommended Models. https://www.epa.gov/scram/air-quality-dispersion-modeling-preferred-and-recommended-models
Cimorelli, A. & Perry, Steve & Venkatram, Akula & Weil, Jeffrey & Paine, Robert & Wilson, Robert & Lee, Russell & Peters, Warren & Brode, Roger. (2005). AERMOD: A Dispersion Model for Industrial Source Applications. Part I: General Model Formulation and Boundary Layer Characterization. Journal of Applied Meteorology – J APPL METEOROL. 44. https://doi.org/10.1175/JAM2227.1.
Pirhalla, M., Heist, D., Perry, S., Tang, W., & Brouwer, L. (2021). Simulations of dispersion through an irregular urban building array. Atmospheric environment (Oxford, England: 1994), 258, https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2021.118500
Mohan, Manju & Bhati, Shweta & Sreenivas, Archana & Marrapu, Pallavi. (2011). Performance Evaluation of AERMOD and ADMS-Urban for Total Suspended Particulate Matter Concentrations in Megacity Delhi. Aerosol and Air Quality Research. 11. 883–894. https://doi.org/10.4209/aaqr.2011.05.0065.
Trinity Consultants. (2023). BREEZE AERMOD: Air Quality Modeling Software. Retrieved from https://www.breeze-software.com/software/AERMOD
Trinity Consultants. (2022). BREEZE AERMOD/ISC User’s Guide. Dallas, Texas: Trinity Consultants.
Petersen, R. L., Guerra, S. A., & Bova, A. S. (2017). Critical review of the building downwash algorithms in AERMOD. Journal of the Air & Waste Management Association (1995), 67(8), 826–835. https://doi.org/10.1080/10962247.2017.1279088
Lakes Environmental Software. (2023). SCREEN View: Screening Air Dispersion Model. Retrieved from https://www.weblakes.com/products/screen-view/
Petersen, Ron & Beyer-Lout, Anke. (2012). AERMOD building downwash theoretical limitations and possible solutions. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.1642.3768.
SWEET Ontologies, 2006. Semantic Web for Earth and Environmental Terminology (SWEET), url: http://sweet.jpl.nasa.gov, Last updated on: Jan 26, 2006.
Raskin, Robert & Pan, Michael. (2005). Knowledge representation in the Semantic Web for Earth and Environmental Terminology (SWEET). Computers & Geosciences. 31. 1119-1125. https://doi.org/10.1016/j.cageo.2004.12.004.
V.I. Manzhula, B.S. Tymchyshyn. Semantic modeling of heterogeneous sources of harmful emissions into the atmosphere for proactive management of the city ecosystem. Scientific papers of Donetsk National Technical University. Series: “Informatics, Cybernetics and Computing”. 2025. No. 2 (41), pp. 118–127. https://doi.org/10.31474/1996-1588-2025-2-41-118-127.
R. Raskin and M. Pan, “Semantic web for earth and environmental terminology (sweet)”,in Proc. of the Workshop on Semantic Web Technologies for Searching and RetrievingScientific Data, vol. 25, 2003.
Athanasiadis Ioannis, Rizzoli Andrea-Emilio, Donatelli Marcello & Carlini, L. (2006). Enriching software model interfaces using ontology-based tools.
Tymchyshyn B., Manzhula V. Mathematical and algorithmic support of a software system for proactive management of the city ecosystem. Measuring and computing technology in technological processes. 2025. vol. 84, no. 4, pp. 35–48. https://doi.org/10.31891/2219-9365-2025-840-4.
##submission.downloads##
-
PDF
Завантажень: 3
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
