О проекте

Целью проекта является повышение эффективности подготовки специалистов для метеозависимых видов хозяйственной деятельности (сельского и коммунального хозяйств, транспорта, энергетики, а также в сферах спорта, рекриации и здравоохранения). Специалисты, работающие в этих областях, должны хорошо понимать воздействие окружающей среды на производственные и бизнес процессы и уметь использовать для построения современных производств технологии интернета вещей и связанные с ним методы анализа больших данных и методы управления с использованием этих данных.

В рамках проекта создается программно-аппаратный комплекс ECOIMPACI-PLE, позволяющий учащемуся активно работать с образовательными материалами: собирать их из разных источников (предложенных университетами курсов лекций, интернета, книг и т.п.) , структурировать, раскладывая по категориям и описывая ключевыми словами, географическими, временными и т.п. метками, перерабатывать и создавать эти материалы, выполняя задания преподавателей и тьюторов, обсуждать с экспертами и другими учащимися. Активные методы работы с информацией позволяют существенно повысить эффективность ее усвоения, а также включить в процесс обучения выработку у учащихся навыков системного, критического и творческого мышления. Преподавателям университетов ECOIMPACT-PLE дает возможность организовать новые формы занятий, переводить часть их в дистанционном режиме и контролировать достижение образовательных целей, используя, например, таксономии Блума и Андерсона.

Особенностью образовательного комплекса является наличие в нем большого набора инструментов, позволяющих работать с реальными "умными вещами" - измерительными и актуаторными узлами сенсорных сетей, элементами умных домов и ферм, выполняя лабораторные и проектные работы.

В качестве основных категорий учащихся рассматриваются: студенты университетов, в которых протзводится подготовка специалистов в области метеорологии, сельского хозяйства, транспорта, энергетики, медицины и современных информационных технологий, лица, проходящие повышение квалификации в этих областях, предприниматели и государственные служащие, чья управленческая деятельность связана с данными сферами хозяйства.

Общая информация о проекте

Такие виды деятельности, как энергетика, транспорт сельское и коммунальное хозяйство особенно чувствительны к локальным погодным и климатическим условиям. От правильной оценки текущих и прогнозируемых погодных условий может существенно зависеть прибыль и потери в этих сферах, а также успешность противостояния хозяйственных объектов и процессов природным явлениям катострофического характера.

Локальные условия окружающей среды также во многом определяют комфорт, самочувствие, здоровье и продолжительность жизни людей.

Рост населения, быстрые изменения климата, ужесточающяяся конкуренция в условиях глоболизации требуют как от оьдельных компаний, так и от государств неотложного перехода к управлению всеми сферами жизни в реальном времени на основе поступающих данных, многие из этих данных - данные об условиях окружающей среды и данные о состоянии объектов и процессов, зависящих от этих условий.

Инструментом, обеспечивающим оперативный сбор данных о природной среде и интегрированных в нее антропогенных объектах, все больше становятся технические решения, основанные на использовании технологий интернета вещей - сети взаимодействующих, распределенных датчиков и актуаторов, способных генерировать большие данные, позволяющие выявлять скрытые закономерности поведения метеочувствительных систем и оперативно осуществлять действия, меняющие реакцию этих систем на условия среды или даже сами условия среды.

Анализ трендов в мировой экономике показывает, что сфера мониторинга и адаптации хозяйственной деятельности к локальной погоде и микроклимату является одной из самых перспективных для массового внедрения технологий интернета вещей уже в ближайшем будущем. Быстрый рост числа систем мониторинга условий окружающей среды объясняется не только их высокой востребованностью, но и их относительной простой, невысокой ценой и малым потреблением энергии. Данные свойства обеспечивают массовое внедрение мониторинговых систем, использующих технологии интернета вещей, и низкую цену обслуживания автономных измерительных блоков, которые могут работать годами без необходимости замены источников питания. Использование интернета вещей в сельском хозяйстве, энергетике, сферах транспорта и коммунального хозяйства ведет к массовому проникновению в них новых измерительных методов, облачных сервисов, технологий анализа больших данных, искусственного интеллекта и многих других ранее не знакомых специалистам, работающим в этих сферах технологий, материалов, приборов и сервисов.

Массовое внедрение устройств интернета вещей в метеозависимых отраслях хозяйства, очевидно означает высокую востребованность специалистов, способных применять и обслуживать эти устройства.

Очевидно, что традиционные методы подготовки не справляются с задачей быстрой качественной подготовки специалистов для этих сфер хозяйственной деятельности. Требуется переход к новым образовательным методам и поддерживающим их программным и аппаратным инструментам.

Эти инструменты должны интенсифицировать учебный процесс (сократить время необходимое для обучение), добавить в него обучение новым навыкам в области работы с устройствами интернета вещей, облачными сервисами, большими данными, алгоритмами искусственного интеллекта и т.п., и позволить современным школьникам и студентам перейти к образованию, продолжающемуся в течение всей профессионвльной жизни, ответственность за которое несет не столько образовательное учреждение, сколько сам человек.

Видимо, сфера мониторинга и адаптации хозяйственной деятельности к локальной погоде и микроклимату является одной из самых перспективных для массового внедрения технологий интернета вещей уже в ближайшем будущем, что означает очень высокую потребность в специалистах.

Все перечисленные причины явились стимулами выполнения проекта ECOIMPACT. Проект направлен на реализацию и тестирование концепции персональной образовательной среды для интенсивной подготовки специалистов, способных работать с новыми технологиями интернета вещей для построения и использования технических систем, мониторирующих и модифицирующих локальную погоду и микроклимат в интересах метеозависимых видов хозяйственной деятельности, а также формирования здоровой и комфортной для человека окружающей среды.

Концепция персональных образовательных сред базируется на идее повышения эффективности процесса обучения за счет использования возможностей современных информационных технологий для адаптации как образовательных материалов, так и самого процесса обучения под возможности и нужды обучающегося в рамках предъявляемых к нему требований, а также за счет активизации самостоятельной деятельности обучающегося по выполнению различных заданий, имеющих практический смысл.

Подобная адаптация учебных материалов, процесса взаимодействия обучающегося с ними и вовлечение его в практическую деятельность может и должна выполняться:

- за счет программирования образовательного процесса,

- использования возможностей, которые дает коммуникация с людьми, занятыми образовательной или профессиональной деятельностью в сфере, находящейся в фокусе внимания обучающегося.

В рамках проекта ECOIMPACT создана образовательная среда, включающая программные и аппаратные решения, позволяющие создавать персональные образовательные среды с использованием всех перечисленных возможностей и адаптированная под преподавания предметов, связанных с организацией и ведением метеозависимых видов деятельности.

Система ECOIMPACT-PLE

Платформа ECOIMPACT-PLE позволяет организовать обучение в рамках концепции персональной образовательной среды, предоставляя обучающемуся большой набор инструментов для работы с информацией (как в онлайн, так и в офлайн режимах), позволяющих повысить эффективность усвоения новых знаний за счет:

- активной работы обучающегося с образовательными материалами, заключающейся в многократному обращению к образовательным материалам, структурировании и переработке его, ответах на вопросы, выполнении заданий и т.п.

- максимальной адаптации процесса обучения к возможностям и интересам обучающегося (обучающийся имеет возможность выбора темпа освоения материала и предпочтительной формы, в которой материал представлен)

* позволить обучающемуся свободно комбинировать образовательные материалы из различных источников

* обеспечить человеку возможность «обучения в течение всей жизни», а не только в период формального образования

* создавать портфолио реальных проектов, которые могут быть представлены работодателям для анализа

Особенностью платформы является возможность для обучающегося работать не только с виртуальными информационными объектами (мультимедийными документами, интернет-ссылками, тестами и т.п.), но также и с объектами реального мира - умными вещами. Данная возможность позволяет естественным образом включать в процесс обучения работу с умными вещами, которыми могут быть лабораторные установки, различного рода тренажеры, устройства, контролирующие психофизическое состояние обучающегося и т.п. Также интеграция умных вещей в образовательную среду дает возможность использовать проектный стиль обучения, при котором обучающийся должен пройти все стадии проекта от планирования до получения готового продукта, являющегося целью работы. При этом создаваемый в ходе проекта объект обрастает встроенной в систему документацией, протоколами испытаний, результатами измерений, которые могут автоматически пополняться в ходе работы над проектом, а также справочными и образовательными материалами, которые могут быть использованы при развитии проекта и при подготовке следующих поколений обучающихся. Создаваемый в ходе проекта объект, например техническая система, сразу получает панели управления, которыми можно пользоваться как в рамках образовательной среды, так и отдельно при переводе созданной системы в эксплуатационный режим.

Возможности PLE для обучающегося

1. Использовать PLE в рамках формального образовательного процесса в вузе, для которого подготовлены специальные материалы, использующие возможности PLE.
2. Использовать PLE для сбора и анализа информации в интернете и других источниках в "свободном" режиме (без специально подготовленных материалов).

3. Создавать портфолио своих персональных проектов.

4. Организовывать процесс взаимного консультирования и обучения.

5. Организовывать коллективные проекты, использующие технологии интернета вещей.

Возможности PLE для преподавателя

1. Самосовершенствоваться, выступая, в данном случае, в роли обучающегося (см. выше).

2. Создавать образовательные материалы для формального образовательного процесса, использующие все возможности PLE

3. Организовывать образовательный процесс с группами обучающихся с возможностью персонального взаимодействия с каждым по схеие "тьютор-ученик".

4. Организовать репозиторий образовательных, справочных и научных материалов для использования профессорско-преподавательским составом при участии представителей индустрии и других стейкхолдеров.

5. Организовывать коллективные проекты, использующие технологии интернета вещей.

Архитектура платформы ECOIMPACT-PLE

Платформа ECOIMPACT-PLE имеет в своем составе:
1. Сервер баз знаний, предназначенный для хранения в структурированном виде и выдачи по различным вариантам запросов документов и ряда других информационных объектов. Сервер также формирует интерфейсы, позволяющие пользователям создавать и редактировать свои документы и размещать их в приватном или публичном доступе в виде интернет-страниц и их коллекций, организованных в виде баз знаний.
2. Общий сервер интернета вещей системы, предназначенный для размещения данных, поступающих с локальных (пользовательских) серверов интернета вещей, а также для обработки этих данных и представления в сети интернет.
3. Локальные сервера интернета вещей, предназначенные для организации взаимодействия умных вещей в рамках одной выделенной технической системы (экспериментальной установки, лаборатории с несколькими рабочими местами, учебного класса, школы, вуза, умного дома и т.п.). Локальные сервера могут работать независимо от общего сервера системы.
4. Умных вещей на базе платформы Arduino, адаптированных для работы с локальными серверами в составе платформы Alterozoom (возможно использование других платформ или изготовление специальных устройств - интеграция происходит на программном уровне).
4. Приложения (программы) для компьютеров, являющиеся комплексным инструментом для работы пользователя с информацией в виде мультимедийных документов, интернет-ссылок, математических данных и т.п. Приложение может работать автономно или в режиме синхронизации с сервером баз знаний системы. Приложение также позволяет пользователю взаимодействовать с локальным сервером интернета вещей или с умной вещью, подключенной непосредственно к компьютеру, на котором оно установлено, получая от них данные и осуществляя управление ими с помощью виртуальной приборной панели.
5. Приложения для смартфонов (в разработке).

Архитектура IoT-части системы

Возможности компьютерного приложения

Приложение для компьютера позволяет пользователю:
1. Создавать и редактировать (с помощью специального мэшап-редактора) информационные объекты нескольких типов:
* мультимедийные документы (в HTML-формате), имеющие в своем составе текстовую информацию, изображения, видео, списки, таблицы, интерактивные карты, специальные блоки, позволяющие выделять контент по смыслу и т.п.
* интернет-закладки
* документы с математическими данными, представляющие данные в виде таблиц и графиков
* шаблоны (заготовки) документов (для их последующего многократного использования)
* приборные панели для отображения данных, поступающих с умных вещей и управления этими вещами
2. Организовывать информационные объекты с помощью дерева категорий и баз знаний, группируя их по смыслу. Любой информационный объект (документ) может одновременно принадлежать нескольким категориям. Любой информационный объект для облегчения его поиска и восприятия может быть снабжен рядом атрибутов (ключевыми словами, аннотацией, географической меткой, временной меткой, хэш-тегом). К документам могут привязываться дочерние документы.
3. Создавать короткие заметки в т.н. записных книжках
4. Использовать географическую карту для отображения информационных объектов, имеющих географическую метку.
5. Использовать календарь для поиска информационных объектов по дате создания и временной метке.
6. Открывать интернет-закладки во встроенном в приложение интернет-браузере.
7. Управлять подключениями умных вещей
8. Работать с цитатами, извлекая их из разных документов и группируя в один документ.

Вид приложения

Вид приборной панели

Возможности вэб-интерфейса

Вэб-интерфейс имеет часть предназначенную для поиска и отображения публичного контента, а также часть предназначенную для работы с персональным контентом.
Публичный контент может быть найден с помощью полнотекстового поиска, а также по ключевым словам, хэш-тегам и по принадлежности к выделенным темам сервиса. Кроме того публичный контент (также, как и приватный) может быть найден через принадлежность к базам знаний. Для поиска внутри базы знаний могут быть использованы т.н. навигационные документы.
Для создания как публичного, так и приватного контента пользователь может использовать вэб-редактор. Возможности вэб-редактора отличаются от возможностей редактора в приложении (их меньше). Вместе с тем, вэб-редактор позволяет создавать вопросы и тесты (эта возможность отсутствует у редактора приложения).