Кіберфізична система визначення вмісту вуглецю в ґрунтах в умовах антропогенного навантаження

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorВойчур, Юрій
dc.contributor.authorМедзатий, Дмитро
dc.contributor.authorКриштофор, Олег
dc.contributor.authorБачук, В’ячеслав
dc.contributor.authorVoichur, Yuriy
dc.contributor.authorMedzatyi, Dmytro
dc.contributor.authorKryshtofor, Oleh
dc.contributor.authorBachuk, V'yacheslav
dc.date.accessioned2026-05-08T06:25:43Z
dc.date.available2026-05-08T06:25:43Z
dc.date.issued2026
dc.description.abstractСтаття 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.
dc.description.abstractThe article is devoted to the topical problem of developing a cyber-physical system for high-precision monitoring of organic carbon content in soils under conditions of intense anthropogenic load. The paper argues that land decarbonization caused by intensive agriculture, industrial pollution, and military aggression is a critical threat to Ukraine's environmental and food security. It has been established that traditional laboratory methods of soil analysis are too slow and costly for operational resource management, which creates a need to transition to automated solutions based on the Internet of Things concept. The authors conducted a detailed comparative analysis of existing methods and mobile sensor solutions, which allowed them to identify the key shortcomings of the isolated use of optical sensors, in particular their high sensitivity to humidity. An innovative hardware configuration is proposed, based on the synergy of the AS7265x multispectral sensor and the LDC1612 electromagnetic sensor controlled by the ESP32-S3 microcontroller. This multi-sensor approach allows for intelligent data processing at the Edge Computing level, where the results of electromagnetic sensing are used to automatically compensate for the “humidity effect,” which significantly increases the reliability of measurements directly in the field. The article describes in detail the designed three-level hierarchical architecture of the KFS, which covers the sensor level of collecting primary parameters, the middle level of the intelligent gateway, and the upper level of cloud analytics and decision-making. Particular attention is paid to the development of the system's operating algorithm, which is divided into four phases: initialization, local noise filtering, data transmission via the energy-efficient LoRaWAN protocol, and final soil condition classification based on a knowledge base. A hybrid communication scheme combining LoRaWAN for remote transmission and Bluetooth LE for local configuration ensures high autonomy and energy independence of the system, making it suitable for use on large areas of agricultural land, which opens up new prospects for the implementation of climate-neutral development strategies in the agricultural sector and contributes to the digital transformation of environmental monitoring in Ukraine.
dc.identifier.citationВойчур Ю., Медзатий Д., Криштофор О., Бачук В. Кіберфізична система визначення вмісту вуглецю в ґрунтах в умовах антропогенного навантаження // Herald of Khmelnytskyi National University. Technical Sciences. 2026. Vol. 363, No. 2. P. 677-689.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.31891/2307-5732-2026-363-89
dc.identifier.urihttps://elar.khmnu.edu.ua/handle/123456789/21049
dc.language.isouk
dc.publisherХмельницький національний університет
dc.subjectкіберфізична система
dc.subjectорганічний вуглець ґрунту
dc.subjectдекарбонізація
dc.subjectмультисенсорний підхід
dc.subjectдатчик AS7265x
dc.subjectдатчик LDC1612
dc.subjectконтролер ESP32-S3
dc.subjectLoRaWAN
dc.subjectBluetooth LE
dc.subjectedge computing
dc.subjectхмарна аналітика
dc.subjectcyber-physical system
dc.subjectsoil organic carbon
dc.subjectdecarbonization
dc.subjectmulti-sensory approach
dc.subjectAS7265x sensor
dc.subjectLDC1612 sensor
dc.subjectESP32-S3 controller
dc.subjectLoRaWAN
dc.subjectBluetooth LE
dc.subjectedge computing
dc.subjectcloud analytics
dc.subject.udc004.9
dc.titleКіберфізична система визначення вмісту вуглецю в ґрунтах в умовах антропогенного навантаження
dc.title.alternativeCyberphysical system for determining carbon content in soils under anthropogenic loading
dc.typeСтаття
Файли
Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Назва:
(363)+VKNU-TS-2026-N2_p677-689 (1).pdf
Розмір:
735.08 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Назва:
license.txt
Розмір:
4.26 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити
Зібрання
Вісник ХНУ. Технічні науки - 2026 рік