Методологія побудови автоматизованої системи оперативного моніторингу окремих параметрів виробництва біогазу
Вантажиться...
Файли
Дата
2026
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Запропоновано методологію побудови автоматизованої системи оперативного моніторингу окремих параметрів виробництва біогазу - температурного режиму та візуально-статистичних ознак субстрату (середнє значення пікселів, стандартне відхилення, асиметрія, ексцес). Система інтегрує чотири функціональні підсистеми: мобільний IoT-моніторинг середовища на базі мікроконтролера ESP32 із передачею даних через протокол MQTT, технології комп'ютерного зору для експрес-оцінки якості біосировини методом Оцу з попереднім застосуванням CLAHE, ансамбль алгоритмів машинного навчання (XGBoost, LSTM, ResNet-50) для прогнозування виходу біогазу та узагальнену функцію бажаності Харрінгтона для формування рекомендацій оператору. Систематизовано математичний апарат системи: формули обчислення статистичних ознак зображення, метод кількісної оцінки якості на основі нормалізованої відстані від референсних значень, подвійну експоненціальну функцію бажаності з лінійною нормалізацією та метрики регресійного аналізу. Оперативність системи забезпечується передачею даних від IoT-пристрою до хмарної інфраструктури Amazon Web Services менш ніж за 5 секунд та повним циклом обробки - від отримання зображення до видачі рекомендації оператору – за 3,2 хвилини, що суттєво менше характерних часових констант процесу анаеробного зброджування. Архітектура реалізована за розімкненою схемою, де результатом роботи є не безпосередній вплив на виконавчі механізми, а формування рекомендацій для оператора з класифікацією стану біосировини за п'ятьма рівнями якості. Порівняльний аналіз п'яти методів сегментації на наборі з 26 зображень підтвердив перевагу методу CLAHE + Otsu з найнижчим коефіцієнтом варіації 3,63 %. Аналіз важливості параметрів методом Random Forest показав, що візуальна оцінка якості є найбільш впливовим предиктором із відносною важливістю 0,301. Результати 6-місячного тестування на пілотній установці підтвердили ефективність підходу: збір 98,6 % запланованих вимірювань, коефіцієнт детермінації прогностичної моделі R² = 0,91 після циклу донавчання на 100 валідованих записах, зменшення RMSE на 42,6 % – з 0,61 до 0,35 м³/добу
Опис
Ключові слова
біогазова установка, оперативний моніторинг, комп’ютерний зір, машинне навчання, IoT, функція бажаності Харрінгтона, хмарні сервіси, підтримка прийняття рішень, biogas plant, real-time monitoring, computer vision, machine learning, Harrington desirability function, cloud services, decision support
Бібліографічний опис
Методологія побудови автоматизованої системи оперативного моніторингу окремих параметрів виробництва біогазу / Павлов С. Г., Лисенко В. П., Лендєл Т. І., Наконечна К. В. // Вісник НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського». Серія «Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження». – 2026. – № 1(25). – С. 53-61. – Бібліогр.: 13 назв.