Научная новизна — 27 марта 2026 г. в 11:20:12.526
Научная новизна • Разработана автономная датчиковая сеть для мониторинга физических характеристик природных объектов, совместимая со спутниковым сегментом Интернета вещей на физическом уровне. • Натурные испытания разработанной датчиковой системы в полевых условиях, подтвердившие ожидаемые характеристики системы, позволили выявить новые особенности поведения сезонной динамики градиентов температуры в стволе живого дерева. • Предложен альтернативный подход к оценке сезонной динамики влажности и влагозапаса почвы в метровом слое по данным дистанционного микроволнового зондирования. Практическая значимость Разработанная датчиковая система применима для мониторинга промышленных и экологических систем в труднодоступных районах, в том числе: • определения температуры, влажности и влагозапаса почвы в метровом слое для прогнозирования засух в сельском хозяйстве; • оценки сезонной динамики градиента температуры в стволе живого дерева в лесоведении, лесовоспроизводстве и охране лесов; • оценки физиологических характеристик деревьев; • калибровки спутниковых данных и уточнения методов микроволнового дистанционного зондирования почвы. Защищаемые научные результаты 1. Разработанная датчиковая система мониторинга природных объектов позволяет выявлять пространственно-временные закономерности и особенности поведения исследуемых объектов с использованием технологий наземного сегмента Интернета вещей. 2. Разработанная датчиковая система готова на физическом уровне к интеграции с создаваемой в настоящее время глобальной низкоорбитальной многоспутниковой системой передачи данных «Марафон IoT» (спутниковым сегментом Интернета вещей). В процессе выполнения диссертационной работы разработан и изготовлен прототип энергоэффективной датчиковой сети на доступной и дешевой компонентной базе, способной автономно работать не менее года в полевых условиях в широком диапазоне температур и влажности с возможностью интеграции с наземным и спутниковым сегментом Интернета вещей. Разработка позволяет повысить информационно-технологическую доступность оперативных данных мониторинга природных объектов в удаленных от наземной инфраструктуры регионах путем интеграции маломощных датчиковых узлов с низкоорбитальными спутниками космического сегмента Интернета вещей. Анализ существующих технологий беспроводной передачи данных показал, что технология LoRa лучше всего подходит для интеграции разработанной датчиковой сети с низкоорбитальным спутниковым сегментом Интернета вещей из-за устойчивости к эффекту Доплера, высокой чувствительности (до -148 дБм), возможности принимать сигнал ниже уровня шума (SNR до -20 дБ) при низких энергозатратах и низкой стоимости модема. Апробация системы мониторинга природных объектов в натурных условиях с использованием наземной инфраструктуры (без спутника) не только подтвердила все ожидаемые характеристики, но и позволила выявить новые закономерности и особенности поведения сезонной динамики градиентов температуры в стволе живого дерева, а также изучить сезонную динамику температуры и влажности в метровом слое почвы. Исследование радиоканала связи разработанного датчикового узла с низкоорбитальным спутником «Норби-2» формата CubeSat подтвердило возможность на физическом уровне интеграции с создаваемой в настоящее время низкоорбитальной спутниковой группировкой «Марафон IoT». При использовании наземного передатчика малой мощности 100 мВт имеется запас ~15 дБ бюджета радиоканала, который можно использовать для увеличения пропускной способности или увеличения автономности датчиковой сети. Текст диссертации Научный руководитель: к.т.н. Прокопьев Юрий Михайлович