Programming Language II (Data Engineering with Python)

Περιληπτικός Οδηγός συγγραφής Μαθησιακών Αποτελεσμάτων:

Στόχος του μαθήματος είναι η εξοικείωση των φοιτητών του τμήματος µε τη γλώσσα προγραμματισμού PYTHON και πακέτα λογισμικών για την καταγραφή και επεξεργασία δεδομένων και επίλυση τεχνικών προβλημάτων για την παρακολούθηση διεργασιών στην Ατμόσφαιρα. Πιο συγκεκριμένα οι φοιτητές, μετά από μια σύντομη εισαγωγή στην μεθοδολογία προγραμματισμού, θα εξασκούνται στην απόληψη και καταγραφή μεγάλου όγκου ατμοσφαιρικών δεδομένων, την επεξεργασία και απεικόνιση δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, σε τεχνικές αποσφαλμάτωσης και στην επίλυση τεχνικών προβλημάτων για την παρακολούθηση διεργασιών στην Ατμόσφαιρα. Συνάμα θα γνωρίσουν τις βασικές αρχές σχετικής οργανολογίας, των αισθητήρων και των ηλεκτρονικών μέσων μέτρησης (DAQ) μέσω ΗΥ. Θα πραγματοποιηθεί εκπαίδευση σε εργαστήριο ΗΥ με συστήματα καταγραφής σε υπολογιστή και επίδειξη σχετικών συστημάτων στο εργαστήριο «Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης και Αντιρρυπαντικής Τεχνολογίας Ατμοσφαιρικών Ρύπων».

Περιεχόμενο Μαθήματος:

Θεωρία
1. Μεθοδολογία Προγραμματισμού σε γλώσσα Python (Installing Python, Variables, expressions and statements, Conditional Execution, Functions, Loops and Iterations, Strings, Files, Lists, Dictionaries, Regular Expressions, Network Programming, Using Web Services, Object-Oriented Programming, Databases με βασική διδασκαλία από σημειώσεις με απτά παραδείγματα.
2. Εισαγωγή στην γρήγορη πρόσβαση βάσεων δεδομένων (Databases). Βασικές εντολές SQL
3. Data Visualization. Ανάγνωση δεδομένων από βάση δεδομένων και οπτικοποίηση των δεδομένων σε πρόγραμμα περιήγησης (Browser).
4. Θεωρία των βασικών αρχών των αισθητήρων, των ηλεκτρονικών μέσων μέτρησης (DAQ) και των λογισμικών βιβλιοθηκών Python που χρησιμοποιούνται.
5. Προγραμματισμός σε Python για την σύγχρονη συλλογή δεδομένων σε ένα φύλλο εργασίας από διαφορετικά όργανα που καταγράφουν παραμέτρους με διαφορετική συχνότητα (Data Pipelines)
6. Ασκήσεις με πραγματικά όργανα/ αισθητήρες.
Εργαστηριακές Ασκήσεις
ΑΣΚΗΣΗ 1. Μετατροπές μονάδων ατμοσφαιρικών ρύπων και καταγραφή των συγκεντρώσεών τους σε data logger
ΑΣΚΗΣΗ 2. Δημιουργία χρονοσειρών συγκεντρώσεων ατμοσφαιρικών ρύπων που συλλέγονται σε σταθμό παρακολούθησης ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε ένα φύλλο εργασίας
ΑΣΚΗΣΗ 3. Δημιουργία χρονοσειρών συγκεντρώσεων θερμοκηπιακών αερίων που συλλέγονται στα 10 Hz.
ΑΣΚΗΣΗ 4. Συλλογή δεδομένων από αισθητήρα μέτρησης θερμοκρασίας (Resistance Temperature Detector- RTD) με χρήση ADAM modules και προγραμματισμό σε Python. Δημιουργία χρονοσειρών σε ένα φύλλο εργασίας με τα πραγματικά δεδομένα που θα έχουν συλλέξει οι φοιτητές.
ΑΣΚΗΣΗ 5. Συλλογή δεδομένων από αισθητήρα μέτρησης θερμοκρασίας-σχετικής υγρασίας (HUMICAP thin-film) με χρήση ADAM modules και προγραμματισμό σε Python. Δημιουργία χρονοσειρών σε ένα φύλλο εργασίας με τα πραγματικά δεδομένα που θα έχουν συλλέξει οι φοιτητές.
ΑΣΚΗΣΗ 6. Συλλογή δεδομένων από όργανο μέτρησης CO2 με συχνότητα 1Hz και προγραμματισμό σε Python. Δημιουργία χρονοσειρών σε ένα φύλλο εργασίας με τα πραγματικά δεδομένα που θα έχουν συλλέξει οι φοιτητές.
ΑΣΚΗΣΗ 7. Συλλογή δεδομένων από όργανο μέτρησης σκέδασης του φωτός με συχνότητα 1Hz και προγραμματισμό σε Python. Δημιουργία χρονοσειρών σε ένα φύλλο εργασίας με τα πραγματικά δεδομένα που θα έχουν συλλέξει οι φοιτητές.
ΑΣΚΗΣΗ 8. Προγραμματισμός μετεωρολογικού σταθμού και CO2. Ταυτόχρονη συλλογή δεδομένων από όλους τους αισθητήρες. Δημιουργία ροδογραμμάτων πνοής ανέμου και CO2.
ΑΣΚΗΣΗ 9. Εισαγωγή σε Python και τις βασικές εντολές. Δημιουργία προγράμματος που να επιλύει μία απλή εφαρμογή τύπων σε ένα σύνηθες πρόβλημα Μηχανικού Περιβάλλοντος.
ΑΣΚΗΣΗ 10. Δομές επιλογής και επανάληψης. Λογικοί τελεστές. Δημιουργία προγράμματος που να επιλύει μία απλή εφαρμογή σε ένα σύνηθες πρόβλημα Μηχανικού Περιβάλλοντος
ΑΣΚΗΣΗ 11. Πίνακες σε Python. Εισαγωγή δεδομένων συγκεντρώσεων ατμοσφαιρικών ρύπων από αρχείο και δημιουργία διαγραμμάτων.
ΑΣΚΗΣΗ 12. Επίλυση των εξισώσεων διασποράς ρύπων (γκαουσιανό μοντέλο) ατμοσφαιρικών ρύπων με τη χρήση του Python.