КІБЕРФІЗИЧНА СИСТЕМА ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ ВУГЛЕЦЮ В ҐРУНТАХ В УМОВАХ АНТРОПОГЕННОГО НАВАНТАЖЕННЯ

Анотація

Стаття присвячена актуальній проблемі розроблення кіберфізичної системи для високоточного моніторингу вмісту органічного вуглецю в ґрунтах в умовах інтенсивного антропогенного навантаження. У роботі обґрунтовано, що декарбонізація земель, спричинена інтенсивним землеробством, промисловим забрудненням та військовою агресією, є критичною загрозою екологічній та продовольчій безпеці України. Встановлено, що традиційні лабораторні методи аналізу ґрунту є занадто інертними та вартісними для оперативного управління ресурсами, що створює потребу в переході до автоматизованих рішень на базі концепції Інтернету речей. Авторами проведено детальний порівняльний аналіз існуючих методів та мобільних сенсорних рішень, що дозволило ідентифікувати ключові недоліки поодинокого використання оптичних датчиків, зокрема, їхню високу чутливість до вологості. Запропоновано інноваційну апаратну конфігурацію, що базується на синергії мультиспектрального сенсора AS7265x та електромагнітного датчика LDC1612 під управлінням мікроконтролера ESP32-S3. Такий мультисенсорний підхід дозволяє реалізувати інтелектуальну обробку даних на рівні Edge Computing, де результати електромагнітного зондування використовуються для автоматичної компенсації «ефекту вологості», що суттєво підвищує достовірність вимірювань безпосередньо в польових умовах. У статті детально описано спроєктовану трирівневу ієрархічну архітектуру та алгоритм функціонування  КФС, які охоплюють сенсорний рівень збору первинних параметрів, середній рівень інтелектуального шлюзу та верхній рівень хмарної аналітики й прийняття рішень. Гібридна комунікаційна схема, що поєднує LoRaWAN для дистанційної передачі та Bluetooth LE для локального налаштування, забезпечує високу автономність та енергонезалежність системи, роблячи її придатною для використання на великих площах сільськогосподарських угідь, що відкриває нові перспективи для реалізації стратегій кліматично нейтрального розвитку аграрного сектору та сприяє цифровій трансформації екологічного моніторингу в Україні.