Design and Implementation of a Real-Time Sensor Data Platform for River and Catchment Monitoring

Bc. Jakub Sikula

Diplomová práce

Anotace:

Sítě pro monitorování životního prostředí generují nepřetržité toky heterogenních senzorových dat, která musí být přijímána, kvalitativně kontrolována, ukládána a zpřístupňována prostřednictvím standardizovaných rozhraní. Tato práce staví na open-source platformě UFZ Time.IO a vytváří funkční nasazení pro Českou zemědělskou univerzitu v Praze v kontextu evropské výzkumné infrastruktury eLTER. Systematická analýza Time.IO odhalila, že klíčové funkce chyběly nebo nefungovaly: neexistovala projektově orientovaná správa dat, chyběl uživatelský portál a vrstva pro standardizovaný přístup k datům nebyla funkční. Práce řeší tyto nedostatky prostřednictvím tří komponent: adaptace nadřazeného ingestion stacku, která obnovuje jeho základní funkcionalitu, nové aplikační vrstvy poskytující správu senzorů, upozorňování a vícejazyčný webový portál, a orchestrátoru nasazení, který sjednocuje oba stacky do jediného operátorského workflow. Výsledkem je kontejnerizovaná platforma validovaná prostřednictvím více než tisíce automatizovaných testů a kompletního vyhodnocení požadavků. Zkušenosti ukazují, že architektonické myšlenky stojící za Time.IO jsou správné, avšak účelová implementace cílená na specifické potřeby eLTER by byla udržitelnější než pokračující adaptace nadřazeného kódu.

Abstract:

Environmental monitoring networks generate continuous streams of heterogeneous sensor data that must be ingested, quality-controlled, stored, and made accessible through standard interfaces. This thesis builds on the UFZ Time.IO open-source platform to create a working deployment for the Czech University of Life Sciences Prague within the context of the European eLTER research infrastructure. A systematic analysis of Time.IO revealed that key capabilities were missing or broken: there was no project-oriented data management, no user-facing portal, and the standards-based data access layer was nonfunctional. The thesis addresses these gaps through three components: an adaptation of the upstream ingestion stack that restores its core functionality, a new application layer providing sensor management, alerting, and a multilingual web portal, and a deployment orchestrator that unifies the two stacks into a single operator workflow. The result is a containerized platform validated through over a thousand automated tests and a full requirements evaluation. The experience shows that the architectural ideas behind Time.IO are sound, but a purpose-built implementation targeting eLTER’s specific needs would be more sustainable than continued adaptation of the upstream codebase.

Keywords

sensor data, environmental monitoring, OGC SensorThings API, MQTT, TimescaleDB, FastAPI, Next.js, Docker, eLTER

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 5. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 18. 6. 2026
• Vedoucí: RNDr. Tomáš Rebok, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Adrián Rošinec

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Softwarové inženýrství / Návrh a vývoj softwarových systémů