Розробка мобільної кіберфізичної системи моніторингу та аналітики радіації в Україні

Abstract

У статті викладено результати дослідження, спрямованого на розроблення мобільної кіберфізичної системи для моніторингу та аналітики радіаційного фону з урахуванням сучасних викликів у сфері екологічної безпеки. Актуальність теми зумовлена потребою у швидкому реагуванні на радіаційні інциденти, недостатнім покриттям наявних стаціонарних систем моніторингу, а також необхідністю залучення громадськості до екологічного контролю. Запропоновано інтелектуальну систему, побудовану на моделі архітектури “Колектор – Смартфон – Сервер”, яка забезпечує збирання, передавання, оброблення та візуа- лізацію даних у режимі реального часу із використанням сучасних засобів безпровідного зв’язку та технологій обчислювального аналізу. Основними компонентами системи є сенсор- ний пристрій на базі мікроконтролера ESP32 із сенсором радіаційного фону GGreg20_V3, мобільний додаток для Android, що виконує функції зв’язку з пристроєм і сервером, а також серверна частина, яка обробляє інформацію та виконує аналітику із використанням нейронних мереж. Для оцінки ефективності запропонованої мобільної кіберфізичної системи розроблено два окремі імітаційні середовища, кожне з яких дає змогу досліджувати поведінку системи в умовах, наближених до реального функціонування. Основна ідея моделювання полягає у порівнянні результативності фіксації джерел радіоактивного забруднення сенсорами рухомого типу у протиставленні щодо традиційних статичних рішень. У результаті моделювання встановлено, що рухомі сенсори виявляють у 7–45 разів більше випадків радіоактивного забруднення порівняно зі статичними за однакових умов, що свідчить про перевагу мобільного підходу у виявленні як локальних джерел, так і динамічних зон радіоактивного поширення. Отримані результати підтверджують доцільність упрова- дження розробленої системи як ефективного рішення для оперативного радіаційного мо- ніторингу. Запропонована система масштабована, доступна для широкого кола користувачів і може бути інтегрована у національну інфраструктуру моніторингу навколишнього середовища, щоб уможливити залучення волонтерів і громадян до забезпечення радіаційної безпеки.

The article presents the results of a study aimed at developing a mobile cyber-physical system for monitoring and analyzing radiation background, addressing current challenges in environmental safety. The relevance of the topic stems from the need for rapid response to radiation incidents, insufficient coverage of existing stationary monitoring systems, and the necessity to involve the public in environmental control processes. An intelligent system is proposed, built on the architecture model “"Collector – Smartphone – Server”, which ensures real-time data collection, transmission, processing, and visualization using modern wireless communication and computational analysis technologies. The main components of the system include a sensor device based on the ESP32 microcontroller with the GGreg20_V3 radiation sensor, an Android mobile application for device-server communication, and a server-side component for data processing and analytics using neural networks. To evaluate the effectiveness of the proposed mobile cyber-physical system, two separate simulation environments have been developed. Each environment allows the study of system behavior under conditions closely resembling real-world operation. The main idea behind modeling is to compare the performance of mobile sensor-based detection of radioactive contamination sources against traditional static solutions. The simulation results indicate that mobile sensors detect 7–45 times more instances of radioactive contamination compared to static solutions under identical conditions, highlighting the advantage of a mobile approach in detecting both localized sources and dynamic radioactive spread zones. These findings confirm the feasibility of implementing the developed system as an efficient solution for prompt radiation monitoring. The proposed system is scalable, accessible to a wide range of users, and can be integrated into national environmental monitoring infrastructure, with the potential for volunteer and citizen involvement in radiation safety processes.