defense_presentation_25_slides

1.

Сервис-ориентированная система
обработки и анализа
геопространственных данных
Внешний источник данных
Sensor Hub API КНЦ
Разработанная система
обработки и
представления
Магистерская диссертация • 09.04.02 Информационные системы и технологии
Мониторинг качества атмосферного воздуха города Красноярска
О.И. Языков • СФУ, ИКИТ • 2026
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
1/25

2.

Реферат и общий результат работы
Презентация начинается с краткого содержания ВКР
87
3
25
страниц текстового документа
главы исследования
слайдов демонстрационного
материала
Цель: разработка сервис-ориентированной системы обработки, анализа и представления
геопространственных и метеорологических данных мониторинга качества атмосферного воздуха на
примере Красноярска.
ключевые слова: геопространственные данные, экологический мониторинг, PM2.5, PM10, веб-ГИС, REST API,
Sensor Hub API, OpenLayers, Vue, Go;
результат: создана система, объединяющая получение данных от внешнего API, собственную обработку,
агрегирование и отображение результатов на карте и графиках;
акцент исследования: разделение внешнего источника данных и разработанной сервисной системы, пригодной
для масштабирования и интеграции.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
2/25

3.

Перечень разделов ВКР
Логика работы построена от предметной области к разработке и апробации
1
Анализ предметной области мониторинга качества атмосферного воздуха
2
Разработка сервис-ориентированной системы обработки и анализа геопространственных и метеорологических данных
3
Апробация системы, анализ результатов мониторинга качества воздуха и оценка перспектив развития
ВКР последовательно раскрывает: почему задача важна → как устроены данные → какие
компоненты реализованы → что дает разработанная система для анализа городской среды.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
3/25

4.

Исследовательская проблема
Данные есть, но для практического анализа требуется связать их с инструментами обработки и визуализации
Разрозненные
данные наблюдений
Необходимость
временного анализа
Пространственная
привязка к городу
Понятное
представление для
пользователя
Основная проблема: исходные измерения требуют предварительной обработки, выбора периода,
усреднения, сопоставления постов наблюдения и представления в виде карты, графика и
статистики.
Разработанная система переводит поток измерений в прикладной инструмент анализа
качества воздуха.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
4/25

5.

Объект, предмет и цель исследования
Формулировки задают границы разработанной системы
Объект исследования
Предмет исследования
Геопространственные и
метеорологические данные
мониторинга качества
атмосферного воздуха.
Методы и программные средства
обработки, анализа и вебпредставления данных о
качестве воздуха.
Цель работы
Разработка сервисориентированной системы для
обработки, анализа и
представления данных
мониторинга.
Сервис-ориентированный подход здесь означает разделение системы на взаимодействующие
программные компоненты, каждый из которых выполняет отдельную функцию и обменивается
данными через программный интерфейс.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
5/25

6.

Задачи исследования и полученные результаты
Каждая задача связана с конкретным результатом разработки
1
Анализ предметной области
Определены показатели качества воздуха, роль метеорологических факторов и требования к веб-ГИС.
2
Обоснование архитектуры
Выделены внешний источник данных, собственный API, серверная и клиентская части.
3
Разработка системы
Реализованы запросы, агрегация, кэширование, карта, графики, таблицы и статистика.
4
Апробация
Система применена для данных мониторинга города Красноярска и оценки направлений развития.
Итог: сформирована не только пользовательская карта, а самостоятельная система обработки данных, которую можно развивать как
отдельный сервисный слой.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
6/25

7.

Разграничение внешнего источника и разработанной системы
Это принципиальный акцент защиты
Моё: разработанная система
Чужое: Sensor Hub API КНЦ
• источник измерений с постов наблюдения
• предоставляет наборы данных
• возвращает ответы в формате JSON
• содержит ограничения доступа и периода
• обращается к внешнему API
• агрегирует и нормализует данные
• предоставляет собственный API
• отображает карту, графики и статистику
• может быть интегрирована с другими
системами
Sensor Hub API не заменяется и не присваивается: он используется как внешний источник данных.
Собственная часть работы — программная прослойка обработки, анализа и представления данных.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
7/25

8.

Предметная область: мониторинг воздуха
Городская среда рассматривается как пространственно-временной объект наблюдения
Источники загрязнения
промышленность,
транспорт, ТЭЦ, частный
сектор
Метеорологические факторы
ветер, температура,
влажность, давление,
инверсия
Показатели наблюдения
PM2.5, PM10, AQI,
метеопараметры
Для Красноярска задача особенно чувствительна к пространственному распределению постов
наблюдения и погодным условиям, влияющим на накопление и рассеивание загрязняющих веществ.
Следствие для системы: данные должны быть не просто показаны числом, а связаны с
местоположением станции и выбранным временным интервалом.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
8/25

9.

Состав данных мониторинга
Система работает с измерениями загрязнения и метеорологическими параметрами
PM2.5
мелкодисперсные частицы
PM10
взвешенные частицы
AQI
индекс качества воздуха
t
температура
h
влажность
p
давление
Каждое наблюдение имеет временную метку, связь с площадкой наблюдения и набор измеренных
параметров. Это позволяет строить временные ряды и сравнивать посты мониторинга между собой.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
9/25

10.

Почему веб-ГИС и сервисная архитектура
Веб-ГИС — геоинформационная система, доступная через браузер
Веб-ГИС
интерактивная карта и
тематические слои
Программный
интерфейс
единые запросы к
данным
Серверная обработка
агрегация и
подготовка ответа
Клиентское
приложение
карта, графики,
таблицы
SPA — одностраничное веб-приложение: пользователь работает в одном окне браузера, а данные
подгружаются без перезагрузки всей страницы.
Преимущество выбранного подхода: независимое развитие источника данных, серверной обработки и
пользовательского интерфейса.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
10/25

11.

Внешний источник данных: Sensor Hub API КНЦ
Источник данных о постах наблюдения и показателях качества воздуха
Sensor Hub API 3.0
внешний программный
интерфейс КНЦ
Наборы данных
площадки, показатели,
периоды доступа
Ответ JSON
структурированные данные
для обработки
Использование внешнего API позволяет не создавать собственную сеть датчиков, а сосредоточиться на
программной обработке, агрегации, визуализации и подготовке данных для дальнейшего применения.
Важно: внешний API — это источник; разработанная система — отдельный сервисный слой поверх
источника.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
11/25

12.

Требования к разработанной системе
Требования сформированы из задач мониторинга и анализа данных
Данные
получение текущих и архивных
значений
Время
выбор периода и интервала
агрегации
Карта
отображение постов и
пространственной привязки
Аналитика
таблицы, графики, средние
значения
Интеграция
собственный API для других
систем
Эксплуатация
кэширование и устойчивость
запросов
Система проектировалась не как статичная карта, а как инструмент анализа: пользователь
выбирает объект, период, показатели и получает подготовленный результат.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
12/25

13.

Архитектура разработанной системы
Компоненты разделены по ответственности
Клиентское приложение
Vue + OpenLayers
карта, фильтры,
графики
Собственное API
системы
REST-запросы, JSONответы
Серверная часть
Go, обработчики,
сервисы
Внешний Sensor Hub API
КНЦ
данные постов
наблюдения
Агрегатор
час / день / месяц
Кэш
снижение повторных
запросов
Модели данных
единый формат
ответа
Такое разделение делает систему расширяемой: внешний источник можно дополнить, серверную
обработку — развить, а клиентское приложение — адаптировать под разные сценарии анализа.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
13/25

14.

Схема получения и предварительной обработки данных
От действия пользователя до карты и графика
Пользовате
ль
Клиентское
приложение
Собственно
е REST API
Кэш
Sensor Hub
API КНЦ
Обработка
JSON-ответ
Карта /
график
В этой схеме Sensor Hub API КНЦ находится в середине цепочки как внешний источник.
Пользователь работает не напрямую с ним, а через разработанное приложение и собственный
API системы.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
14/25

15.

Собственное API системы
Программный интерфейс разработанной системы превращает внешние данные в готовый аналитический ответ
/api/health
проверка работоспособности
/api/datasets
список наборов данных
/api/datasets/:code/last
актуальные значения
/api/datasets/:code/aggregated
агрегированные данные
/api/datasets/:code/timeseries
временные ряды
/api/datasets/:code/statistics
статистика
Новизна на прикладном уровне: внешний поток измерений получает собственный унифицированный слой
доступа, который можно подключать к другим веб-картам, аналитическим модулям и информационным
системам.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
15/25

16.

Серверная часть системы
Серверная часть отвечает за получение, подготовку и выдачу данных
Обработчики запросов
принимают параметры
пользователя
Агрегатор
переводит данные в интервалы:
час, день, месяц
Сервисный слой
управляет логикой и
проверками
Клиент внешнего API
обращается к Sensor Hub
API
Кэширование
уменьшает число повторных
обращений к внешнему источнику
Модели данных
сохраняют единый формат
ответа
Итог: пользователь получает не “сырые” ответы внешнего сервиса, а подготовленный результат, пригодный
для отображения и анализа.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
16/25

17.

Клиентская часть системы
Клиентская часть обеспечивает работу пользователя с картой и аналитикой
Карта OpenLayers
посты мониторинга и
подложка
Выбор показателей
PM2.5, PM10, AQI, t, h, p
Районная панель
выбор групп станций
Графики и таблицы
временная динамика и
значения
Модальное окно станции
детальная статистика
Для пользователя система выглядит как интерактивная карта, но за ней находится полный цикл:
запрос → обработка → агрегация → визуальное представление.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
17/25

18.

Картографическое представление
Геопространственная привязка превращает измерения в информацию о городской территории
Пост наблюдения
Координаты
Маркер на карте
Показатели и графики
Карта нужна не только для наглядности. Она позволяет анализировать распределение загрязнения по
территории, сравнивать посты наблюдения и связывать значения с районами города.
В дальнейшем этот подход может быть расширен: административные районы, зоны влияния
источников, погодные слои, прогнозные модели.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
18/25

19.

Временной анализ и агрегация
Сырые измерения становятся сопоставимыми рядами значений
Сырые значения
разные моменты
времени
Часовые значения
оперативный обзор
Дневные значения
сглаживание
колебаний
Месячные значения
общая тенденция
Пример логики: ряд значений → усреднение → график динамики
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
19/25

20.

Группировка постов по районам
Районная аналитика позволяет переходить от отдельных станций к территориальному сравнению
Советский
8
Октябрьский
6
Центральный
4
Ж.-дор.
2
Кировский
2
Ленинский
2
Свердловский
1
В проекте реализована логика выбора постов по районам. Это повышает аналитическую ценность системы: можно сравнивать
не только отдельные станции, но и группы наблюдений.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
20/25

21.

Апробация на данных Красноярска
Система проверялась на реальных данных мониторинга качества воздуха
25
7
6
постов наблюдения использованы
в районной логике
районов города выделено для
группировки
основных показателей
отображаются и анализируются
Проверялись сценарии: получение списка наборов данных, выбор постов, запрос временного
интервала, отображение текущих значений, построение графиков и расчет статистики.
Результат апробации: разработанная система подтверждает применимость сервисного подхода
для анализа геопространственных и метеорологических данных мониторинга воздуха.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
21/25

22.

Научная и практическая новизна
Новизна заключается не в создании датчиков, а в разработке сервисной системы обработки и представления
Интеграция
внешнего источника данных и
собственного API
Агрегация
временных рядов для разных
интервалов анализа
Веб-ГИС
карта, графики, таблицы и
статистика в единой системе
Разработанная система может выступать как промежуточный аналитический слой между внешними
источниками экологических данных и пользовательскими/ведомственными информационными
системами.
Это дает основу для повторного использования: заменить или добавить источник данных, расширить
аналитику, подключить другие карты и модули.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
22/25

23.

Практическая значимость и приобретённые навыки
Работа включала полный цикл создания прикладной информационной системы
Анализ предметной области
показатели качества воздуха, метеофакторы, ГИС-подход
Проектирование архитектуры
разделение источника, серверной обработки и клиентского приложения
Программная реализация
Работа с данными
Инженерная документация
Go, Vue, OpenLayers, REST API, JSON, кэширование
временные ряды, агрегация, статистика, пространственная привязка
описание требований, сценариев, архитектуры и результатов
Практическая ценность: сокращение времени на просмотр и сопоставление данных, возможность анализа динамики загрязнения и
подготовка основы для расширения системы.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
23/25

24.

Перспективы развития и масштабирование
Архитектура предусматривает развитие без полной переработки системы
API Gateway
единая точка
входа
Серверные сервисы
отдельные модули
обработки
База данных
архив и
результаты
Кэш
ускорение ответов
Внешние API
новые источники
Перспективная архитектура: клиентское приложение → программный шлюз → серверные сервисы → база
данных и кэш → внешние API → аналитические модули.
Направления развития: подключение новых источников, хранение исторических данных, прогнозные
модели, улучшение районной аналитики, расширение визуализации.
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
24/25

25.

Итоговые положения защиты
Что необходимо донести до комиссии
1. Sensor Hub API КНЦ — внешний источник данных, а не разработанная часть системы.
2. Разработанная система — самостоятельный сервисный слой: получение, обработка, агрегация, собственный
API и веб-ГИС представление.
3. Новизна — в архитектурном и программном решении для анализа геопространственных и метеорологических
данных мониторинга воздуха.
4. Практический результат — инструмент для картографического просмотра, временного анализа, статистики и
территориального сравнения постов.
Спасибо за внимание
Сервис-ориентированная веб-ГИС система мониторинга качества воздуха
25/25