Ανάπτυξη κατάλληλου λογισμικού υπολογισμού της εξατομικευμένης δόσης πρόσληψης ρύπων

Αντωνίου, Ιωάννης

Development of a suitable software for calculating the individual pollutants intake dose

Διπλωματική εργασία

Author

Αντωνίου, Ιωάννης

Date

2023-07-17

Advisor

MOUSTRIS, KONSTANTINOS

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ-ΑΝΤΩΝΙΟΥ Ι.pdf (15.96Mb)

Keywords

AQI ; Air quality index ; Minute ventilation model ; Πνευμονική λειτουργία ; Διαδίκτυο πραγμάτων ; Microsoft Visual C# ; API Calls ; Ατμοσφαιρική ρύπανση ; Ατομική δόση ρύπανσης

Abstract

Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας, αναπτύχθηκε εξολοκλήρου και εκ του μηδενός, από τον συγγραφέα του παρόντος κειμένου Αντωνίου Ιωάννη, το λογισμικό «iPID v1.0» σύμφωνα με την καθοδήγηση του επιβλέποντος και επικεφαλής του εργαστηρίου ατμοσφαιρικής ρύπανσης του ΠΑ.Δ.Α. Δρ. Κωνσταντίνου Μουστρή. Το λογισμικό υπολογίζει την εξατομικευμένη δόση πρόσληψης ρύπων συλλέγοντας τόσο δεδομένα από IoT βάσεις του διαδικτύου που υποστηρίζουν API calls (Online), όσο και από ιστορικό δεδομένων εκτός σύνδεσης (Offline). Στο πρώτο κεφάλαιο, παρέχεται η γενική περιγραφή των δεικτών υπολογισμού της ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Το κεφάλαιο εξηγεί την έννοια της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και τον ορισμό της συγκέντρωσης των ρύπων. Στη συνέχεια εξετάζει τους διάφορους τύπους ρύπων που υπάρχουν στην ατμόσφαιρα καθώς και τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της συγκέντρωσής τους. Επίσης, το κεφάλαιο εισάγει τον Δείκτη Ποιότητας Αέρα (AQI) και εξετάζει τον ορισμό του με βάσει τα αμερικάνικα κριτήρια (USA AQI) και με τα βρετανικά (UK AQI). Στο δεύτερο κεφάλαιο, έχουμε την γενική περιγραφή των δεικτών υπολογισμού ατομικής δόσης ρύπου. Διερευνάμε την επίδραση των σωματιδίων (PM) στην ανθρώπινη υγεία και αναλύουμε την αρχή της πνευμονικής λειτουργίας ώστε να καταλάβουμε την παράμετρο FVC. Επίσης, δίνεται η εισαγωγή της έννοιας των καρδιακών παλμών. Στη συνέχεια, το κεφάλαιο εξηγεί τον ορισμό της προσωπικής δόσης πρόσληψης ρύπου κατά τα μοντέλα «Minute Ventilation Model» M1 και M2. Το τρίτο κεφάλαιο μας εισάγει στον τομέα της πληροφορικής και του προγραμματισμού. Ξεκινά με μια γενική περιγραφή των τύπων προγραμματισμού στην επιστήμη της πληροφορικής. Στην συνέχεια, γίνεται αναφορά στη Microsoft Visual C# και την έκδοση 4.7 του .NET Framework. Ορίζει επίσης τις βιβλιοθήκες DLL, τα αρχεία CSV , τα αρχεία JSON, τα αρχεία XML και μας εισάγει στο PlantUML, εργαλείο χρήσιμο για την σχεδίαση συστημάτων. Το τέταρτο κεφάλαιο, παρέχει μια γενική περιγραφή του HTTP και του Internet of Things (IoT). Αρχικά, ορίζει το IoT και την αρχιτεκτονική δομή των συστημάτων IoT. Στη συνέχεια, το κεφάλαιο εξηγεί το πρωτόκολλο HTTP, περιγράφει τη μέθοδο GET του πρωτοκόλλου και εξερευνά τα μηνύματα επιβεβαίωσης κατάστασης στο HTTP. Στην συνέχεια, ορίζει περαιτέρω τις κλήσεις API Calls και παρουσιάζει τον τρόπο υλοποίησης αυτών στην πλατφόρμα της PurpleAir και της AQMesh. Στο πέμπτο κεφάλαιο, έχουμε μια γενική περιγραφή του λογισμικού του iPID v1.0. Συνοπτικά, εξετάζονται οι καρτέλες του προγράμματος και με σύντομο και γενικό τρόπο οι περισσότερες λειτουργίες του. Στο έκτο κεφάλαιο, παρουσιάζεται μια μελέτη περίπτωσης χρησιμοποιώντας το λογισμικό iPID v1.0. Γίνεται αναφορά για τον τρόπο συλλογής των δεδομένων καθώς και του τρόπου ελέγχου της αξιοπιστίας του δείγματος. Στη συνέχεια, ορίζεται ο δείκτης Μάζας Σώματος (ΔΜΣ) και περιγράφεται αναλυτικά η πορεία πραγματοποίησης της μελέτης μέσω του λογισμικού. Συνοπτικά, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα AQI, PID και TID. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο, αποτυπώνεται η συνολική εικόνα της εργασίας μέσω των αποτελεσμάτων και των συμπερασμάτων που προέκυψαν.

Abstract

As part of the diploma thesis, the software "iPID v1.0" was entirely developed from scratch by the author of this text, Ioannis Antoniou, under the guidance of Dr. Konstantinos Moustris, the supervisor and head of the Atmospheric Pollution Laboratory at the University of West Attica. The software calculates personalized pollutant intake doses by collecting data from IoT databases through internet-supported API calls (Online method) and from offline history data. In the first chapter, a general description of atmospheric pollution indices is provided. The chapter explains the concept of atmospheric pollution and the definition of pollutant concentration. Also, examines the various types of pollutants present in the atmosphere, as well as the methods used to measure their concentration. Additionally, the chapter introduces the Air Quality Index (AQI) and determines its definition based on both American criteria (USA AQI) and British criteria (UK AQI). In the second chapter, we have the general description of pollutant intake dose calculation indices. We explore the impact of particulate matter (PM) on human health and analyze the principle of pulmonary function to understand the parameter FVC. Additionally, an introduction to the concept of heart rate is provided. The chapter then explains the definition of personal pollutant intake dose according to the models "Minute Ventilation Model" M1 and M2. The third chapter introduces us to the field of computer science and programming. It begins with a general description of programming types in the field of computer science. Then, Microsoft Visual C# and version 4.7 of the .NET Framework is explained. Also, DLL libraries, CSV files, JSON files, XML files and PlantUML a useful tool for systems designing are introduced. In the fifth chapter, we have a general description of the iPID v1.0 software. Briefly, the program's tabs are examined, and most of its functions are explained in a concise and general manner. In the sixth chapter, a case study is presented using the iPID v1.0 software. The data collection process and the method for ensuring sample reliability is also, discussed. Furthermore, the Body Mass Index (BMI) is defined, and the study's progression is described in detail through the use of the software. Briefly, the results for AQI, PID, and TID are presented. Finally, in the seventh chapter, the overall picture of the work is captured through the presentation of results and conclusions that have been drawn.