7. Пять новых проектов для соревнований
Пять новых проектов на базе существующего стенда
Документ отвечает на задачу: предложить проекты, где LoRaWAN решает практико-ориентированные задачи, пригодные для чемпионатов и олимпиад.
Сводная таблица
| № | Проект | Опирается на | Сложность | Основной трек |
|---|---|---|---|---|
| 1 | АгроМонитор — заморозки на поле | PowerSentry, WarWalk | ★★☆ | НТО «Агро», «Большие вызовы» |
| 2 | Лавина — поиск под снегом | FoxHunter, BeaconRadio | ★★★ | «Большие вызовы», МЧС-направления |
| 3 | ЭкоВахта — качество воздуха района | PowerSentry, WarWalk | ★★☆ | «Экология», городские конкурсы |
| 4 | ПотокМетр — оценка людских потоков | RFCurtain, WarWalk | ★★★ | НТО «Умный город», ИРС |
| 5 | Периметр Школы — тревожная кнопка | BeaconRadio, PowerSentry | ★★☆ | Практическое внедрение, ИРС |
Проект 1. АгроМонитор — предупреждение заморозков
Задача реального мира
Весенние заморозки уничтожают цвет плодовых деревьев за одну ночь. Критично не среднее по району, а температура в конкретной низине: холодный воздух стекает вниз, и разница между вершиной склона и низиной достигает 4–6 °C. Прогноз по метеостанции города эту разницу не видит.
Садовод должен успеть включить дымление или полив за 1–2 часа до критической точки.
Что делает система
Сеть узлов на поле измеряет температуру и влажность на высоте 0,5 и 2 м, передаёт по LoRaWAN, сервер строит карту микроклимата и предупреждает при прогнозе перехода через 0 °C.
Опора на пройденное
| Модуль | Что переиспользуется |
|---|---|
| PowerSentry | архитектура узла, энергобюджет, send-on-change, heartbeat |
| WarWalk | картирование покрытия поля перед развёртыванием |
| BeaconRadio | формат пакета, CRC, конвейер до Grafana |
| RFCurtain | пороговая логика и гистерезис для тревоги |
Исследовательская часть
Ключевой вопрос: как распределяется температура по рельефу поля и можно ли предсказать заморозок в низине по данным одного датчика на вершине?
- построить карту температурного поля по 6–10 узлам;
- измерить градиент по высоте (0,5 м против 2 м) — инверсия температуры;
- найти корреляцию между показаниями узлов и построить модель прогноза;
- оценить время упреждения: за сколько минут до заморозка в низине его можно предсказать.
Что нужно доработать
| Работа | Трудоёмкость |
|---|---|
| Корпус для наружной установки (влагозащита) | 4 ч |
| Датчик температуры на выносе (два уровня) | 3 ч |
| Логика прогноза: экстраполяция тренда | 6 ч |
| Уведомление (Telegram-бот) | 3 ч |
| Полевое развёртывание и калибровка | 8 ч |
Конкурсная перспектива
Высокая. Направление «Агропромышленные технологии» присутствует в НТО и на «Больших вызовах». Работа сочетает физику атмосферы, сетевые технологии и прикладную ценность, которую легко объяснить жюри.
Тема работы: «Пространственное распределение приземных заморозков и возможность их краткосрочного прогноза по данным распределённой сети датчиков».
Проект 2. Лавина — поисковый маяк под снегом
Задача реального мира
При сходе лавины время поиска пострадавшего критично: выживаемость резко падает после 15 минут. Промышленные лавинные маяки (стандарт 457 кГц) дороги и работают только на малой дистанции.
Учебная задача: исследовать, как радиосигнал 869 МГц проходит через снежный покров, и оценить применимость LPWAN-диапазона для предварительного поиска.
Обязательная оговорка для защиты: проект является исследовательским, а не заменой сертифицированного лавинного оборудования. Об этом говорится прямо и в работе, и на защите. Стандарт 457 кГц выбран для лавинных маяков именно потому, что низкая частота лучше проходит сквозь снег.
Ценность проекта — в измерении этого различия, а не в предложении замены.
Что делает система
Маяк-передатчик (аналог лисы из FoxHunter) помещается под снег на известную глубину. Приёмник с направленной антенной измеряет RSSI на поверхности. Строится карта затухания в зависимости от глубины, плотности снега и влажности.
Опора на пройденное
| Модуль | Что переиспользуется |
|---|---|
| FoxHunter | вся логика поиска: маяк, приёмник, зуммер «горячо-холодно», усреднение |
| BeaconRadio | формат пакета, GPS для привязки точек измерения |
| WarWalk | методика картирования и обработка данных |
Исследовательская часть
Ключевой вопрос: какое дополнительное затухание вносит снежный покров на частоте 869 МГц и как оно зависит от глубины и состояния снега?
- серия измерений: глубина 0,3 / 0,5 / 1,0 / 1,5 м;
- сравнение сухого и влажного снега (влажность резко увеличивает поглощение);
- построение зависимости «затухание — глубина», сравнение с моделью;
- оценка максимальной глубины обнаружения при данном бюджете линка.
Что нужно доработать
| Работа | Трудоёмкость |
|---|---|
| Герметичный корпус маяка | 4 ч |
| Направленная антенна (Яги) для приёмника | 6 ч |
| Методика измерения плотности и влажности снега | 3 ч |
| Протокол измерений и обработка | 6 ч |
Конкурсная перспектива
Высокая при корректной постановке. Тема безопасности в горах и МЧС-направления присутствуют на конкурсах. Сильная сторона — собственные измерения физической величины, которых нет в открытых источниках для этой частоты.
Тема работы: «Экспериментальная оценка затухания радиосигнала диапазона 869 МГц в снежном покрове различной плотности».
Проект 3. ЭкоВахта — карта качества воздуха района
Задача реального мира
Официальные посты мониторинга воздуха немногочисленны и расположены редко. Житель не знает качества воздуха у своего дома, детского сада, школы. Разница между улицей с плотным трафиком и двором в 200 м может быть кратной.
Что делает система
Сеть узлов с датчиками мелкодисперсных частиц (PM2.5, PM10) размещается по району, данные собираются по LoRaWAN, строится карта загрязнения с суточной динамикой.
Опора на пройденное
| Модуль | Что переиспользуется |
|---|---|
| PowerSentry | архитектура узла; ловушка датчика с прогревом уже разобрана в уроке 1 (ДЗ уровня C) |
| WarWalk | картирование, агрегация по сетке, медиана по ячейке, честная визуализация |
| BeaconRadio | пакет, CRC, конвейер данных |
Исследовательская часть
Ключевой вопрос: как распределяется концентрация PM2.5 по району и какие факторы её определяют?
- суточная динамика: часы пик, ночь, выходные;
- зависимость от расстояния до автодороги;
- влияние погоды: ветер, осадки, инверсия;
- сравнение с данными официального поста (валидация метода).
Методическая честность. Бытовые датчики PM имеют существенную погрешность и требуют калибровки. Корректная работа обязана: (1) провести сравнение с эталонным постом; (2) оценить погрешность; (3) говорить об относительных различиях между точками, а не об абсолютных значениях.
Заявление «у нас превышение ПДК» без калибровки — типичная ошибка школьных работ, которую жюри отмечает сразу.
Что нужно доработать
| Работа | Трудоёмкость |
|---|---|
| Интеграция датчика PM (SDS011 или аналог) | 6 ч |
| Энергобюджет с прогревом (расчёт из урока 1) | 3 ч |
| MOSFET-ключ для питания вентилятора | 4 ч |
| Наружные корпуса, размещение | 8 ч |
| Калибровка по эталону | 6 ч |
Конкурсная перспектива
Очень высокая. Экологические направления есть практически на всех площадках, тема понятна жюри и общественно значима. Наличие карты и валидации по эталону выводит работу из категории «поделка».
Тема работы: «Пространственно-временное распределение мелкодисперсных частиц в жилом районе по данным распределённой сети датчиков».
Проект 4. ПотокМетр — оценка людских потоков без камер
Задача реального мира
Планирование городской среды требует знать, где и когда ходят люди: где нужен переход, где расширить тротуар, где разместить остановку. Видеонаблюдение дорого и вызывает вопросы приватности.
Что делает система
Пары «передатчик — приёмник» образуют невидимые счётные створы (радиозанавесы). Каждое пересечение фиксируется, данные агрегируются и передаются по LoRaWAN. Строится карта интенсивности пешеходных потоков по времени суток.
Преимущество перед камерами — приватность. Система фиксирует факт пересечения, но не изображение и не личность. Это сильный аргумент на защите: технология решает задачу, не создавая проблемы персональных данных.
Этот тезис стоит вынести в обоснование работы.
Опора на пройденное
| Модуль | Что переиспользуется |
|---|---|
| RFCurtain | вся физика и логика детектора: два признака, три класса, заморозка базы, турнирная настройка порогов |
| WarWalk | карта, агрегация, честная визуализация |
| PowerSentry | автономность узлов, send-on-change |
| BeaconRadio | ROC, цена ошибки |
Исследовательская часть
Ключевой вопрос: с какой точностью радиозанавес считает людей и как эта точность зависит от условий?
- калибровка по эталону: ручной подсчёт наблюдателем;
- измерение точности: пропуски, ложные, двойные срабатывания;
- зависимость от плотности потока (когда люди идут группой — счёт занижается);
- построение суточного профиля потока для реального места.
Что нужно доработать
| Работа | Трудоёмкость |
|---|---|
| Логика счёта событий вместо тревоги | 6 ч |
| Агрегация и передача сводки (не каждое событие!) | 4 ч |
| Автономное питание пары узлов | 6 ч |
| Калибровка по ручному подсчёту | 8 ч |
| Обработка: суточные профили | 6 ч |
Главная инженерная ловушка проекта (её ученики должны обнаружить сами): в потоке 100 человек в час событийная передача каждого пересечения обрушит бюджет — это ровно та ситуация, что разобрана в PowerSentry, урок 3, ДЗ уровня C (датчик двери).
Правильное решение: событийное пробуждение плюс периодическая передача сводки. Обнаружение этой ловушки самими учениками — сильный эпизод для защиты.
Конкурсная перспектива
Очень высокая. Направление «Умный город» есть в НТО; тема сочетает технологию, урбанистику и этику данных. Наличие валидации по ручному подсчёту делает работу доказательной.
Тема работы: «Оценка точности бесконтактного подсчёта пешеходных потоков методом радиозанавеса».
Проект 5. Периметр Школы — распределённая тревожная кнопка
Задача реального мира
В школе есть удалённые точки: спортивная площадка, мастерские, дальний корпус, раздевалка стадиона. При происшествии (травма на уроке физкультуры, конфликт) взрослому нужен способ немедленно вызвать помощь, не имея под рукой телефона или не тратя время на набор.
Wi-Fi покрывает не всё здание, сотовая связь в подвальных помещениях неустойчива.
Что делает система
Кнопки в ключевых точках плюс носимые брелоки у дежурных педагогов. Нажатие передаётся по LoRaWAN на пульт охраны и в Telegram ответственным. Пульт показывает, откуда поступил сигнал.
Опора на пройденное
| Модуль | Что переиспользуется |
|---|---|
| BeaconRadio | кнопка SOS, FSM, пред-тревога с отменой, цена ошибки, конвейер до пульта |
| PowerSentry | автономность (годы от батареи), heartbeat, EXTI-пробуждение |
| WarWalk | картирование покрытия здания перед установкой — обязательный этап |
| FoxHunter | понимание защиты от подделки сигнала |
Исследовательская часть
Ключевой вопрос: обеспечивает ли один шлюз надёжное покрытие всей территории школы, и как разместить его оптимально?
- картирование покрытия по методике WarWalk: все этажи, подвал, спортплощадка;
- определение зон с недостаточным запасом линка;
- обоснование размещения шлюза (или необходимости второго);
- измерение реального времени доставки тревоги от нажатия до пульта;
- оценка надёжности: доля доставленных за N попыток.
Что нужно доработать
| Работа | Трудоёмкость |
|---|---|
| Корпус кнопки, антивандальное исполнение | 6 ч |
| Подтверждение доставки (confirmed uplink) | 6 ч |
| Пульт: карта здания с точками | 8 ч |
| Уведомления с эскалацией | 4 ч |
| Картирование покрытия школы | 8 ч |
| Испытания надёжности | 6 ч |
Обязательные условия внедрения. Проект затрагивает безопасность людей, поэтому:
- Система позиционируется как вспомогательная, а не замена штатным средствам оповещения;
- Внедрение только с согласия администрации и после испытаний;
- Обязателен регулярный контроль работоспособности (heartbeat) — неработающая тревожная кнопка опаснее её отсутствия, поскольку создаёт ложное чувство защищённости;
- Требуется подтверждение доставки: односторонняя передача для такой задачи недостаточна.
Проговаривание этих условий на защите — сильный аргумент в пользу зрелости работы.
Конкурсная перспектива
Высокая, с особенностью. Проект имеет шанс на реальное внедрение в своей школе, что резко усиливает защиту: работа, которой пользуются, ценится выше прототипа.
Тема работы: «Обоснование размещения инфраструктуры LPWAN для системы экстренного оповещения в здании образовательной организации».
Как выбрать проект: рекомендации педагогу
По составу команды
| Ситуация | Рекомендуемый проект |
|---|---|
| Сильная в физике | Лавина (измерение затухания) |
| Сильная в данных и статистике | ЭкоВахта или ПотокМетр |
| Ориентирована на практический результат | Периметр Школы |
| Есть доступ к сельхозучастку | АгроМонитор |
| Ограничено время (менее полугода) | Периметр Школы или АгроМонитор |
По сезону
| Период | Что возможно |
|---|---|
| Осень | ЭкоВахта (отопительный сезон), ПотокМетр, Периметр Школы |
| Зима | Лавина (единственное окно), Периметр Школы |
| Весна | АгроМонитор (сезон заморозков — единственное окно) |
| Лето | ПотокМетр, подготовка к осенним конкурсам |
Общие требования ко всем пяти проектам
Независимо от выбора, конкурсная работа обязана содержать (документ 5, §4):
- Обзор существующих решений и позиционирование своего;
- Формулировку проверяемой гипотезы;
- Методику с указанием условий измерений;
- Результаты с погрешностями, а не отдельные числа;
- Валидацию: сравнение с эталоном или контрольная серия;
- Честный перечень ограничений метода;
- Список источников по правилам цитирования.
Что эти проекты дают сверх базового курса
| Новая компетенция | В каком проекте |
|---|---|
| Работа с датчиками, требующими прогрева и гейтирования | ЭкоВахта |
| Калибровка по эталонному прибору | ЭкоВахта, ПотокМетр |
| Измерение физической величины, отсутствующей в открытых источниках | Лавина |
| Агрегация событий вместо передачи каждого | ПотокМетр |
| Подтверждаемая доставка критичных сообщений | Периметр Школы |
| Прогнозирование по временному ряду | АгроМонитор |
| Обоснование размещения инфраструктуры | Периметр Школы, АгроМонитор |
| Этика данных (приватность как преимущество) | ПотокМетр |
Главное достоинство всех пяти проектов: они не требуют нового железа и новых знаний «с нуля». Каждый собирается из уже освоенных блоков, а исследовательская новизна возникает из применения к новой задаче.
Это соответствует принципу курса: одно железо, много судеб, различие только в коде и в постановке задачи.