Интегрированная система регионального экологического мониторинга и управления на основе Интернета вещей

Изменение климата, а также мониторинг и управление окружающей средой в последнее время привлекают большое внимание, и интегрированная информационная система (ИИС) считается крайне ценной. В статье представлена новая ИИС, сочетающая Интернет вещей (IoT), облачные вычисления, геоинформатику (дистанционное зондирование (RS), географические информационные системы (GIS) и глобальную систему позиционирования (GPS)) и e-Science для мониторинга и управления окружающей средой с кейс‑исследованием региональных климатических изменений и их экологических последствий. Для слоя восприятия использовались мультисенсорные устройства и веб‑сервисы для сбора данных и прочей информации; в сетевом слое для доступа и передачи массовых данных и информации применялись как публичные, так и приватные сети. Ключевые технологии и инструменты включают базу данных операционных реального времени (RODB); извлечение–преобразование–загрузку (ETL); онлайновую аналитическую обработку (OLAP) и реляционный OLAP (ROLAP); сервер именования, адресации и профилей (NAPS); шлюз приложений (AG); прикладное программное обеспечение для разных платформ и задач (APPs); инфраструктуру прикладных IoT‑приложений (IoT‑AI); платформы GIS и e-Science; а также RESTful/JDBC (Representational State Transfer/Java Database Connectivity). В промежуточном слое ИИС реализованы интерфейсы прикладного программирования (APIs). Прикладной слой обеспечивает функции хранения, организации, обработки и обмена данными и информацией, а также функции прикладных задач в мониторинге и управлении окружающей средой. Результаты кейс‑исследования показывают очевидную тенденцию к увеличению температуры воздуха в Синьцзяне за последние 50 лет (1962–2011) и явную тенденцию к увеличению осадков с начала 1980‑х годов. Более того, по корреляции между экологическими индикаторами (gross primary production (GPP), net primary production (NPP) и leaf area index (LAI)) и метеорологическими параметрами (температура воздуха и осадки) доступность водных ресурсов является решающим фактором для наземной экосистемы в этом районе. Исследование показывает, что работа существенно выигрывает от применения такой ИИС не только в сборе данных, поддерживаемом IoT, но и в веб‑сервисах и приложениях на базе облачных вычислений и платформ e-Science, а эффективность процессов мониторинга и принятия решений может быть явно улучшена. В статье предложен прототип ИИС для мониторинга и управления окружающей средой и представлен новый подход для будущих исследований и практики, особенно в эпоху больших данных и IoT.