16 ноября в Кузбассе успешно завершились испытания обновленной системы экологического мониторинга, которую разработали студенты из Новосибирска. Усовершенствованный программно-аппаратный комплекс VectorAIr позволяет теперь не только дистанционно собирать и передавать на сервер данные для заказчика о загрязнении атмосферы в режиме реального времени при помощи беспроводной связи, но и способен прогнозировать зоны распространения загрязнений и анализировать вклад каждого отдельного источника в общий уровень загрязнений.

По результатам испытаний выяснилось, что основным источником загрязнения является автомобильная дорога. Проект выполнен совместно с Кемеровским филиалом Института вычислительной техники СО РАН (КФ ИВТ СО РАН). Программно-аппаратный комплекс VectorAIr позволяет дистанционно собирать и передавать на сервер данные для заказчика о загрязнении в режиме реального времени при помощи беспроводной связи. Система мониторит и анализирует актуальные показатели концентрации мелких, средних и крупных частиц в воздухе, содержание озона, диоксида серы, диоксида азота и угарного газа. Применение многофункциональной беспроводной системы мониторинга возможно не только в сфере экологии, но и в строительстве, сельском хозяйстве и энергетике.

В начале октября студенты НГТУ НЭТИ закончили апгрейд системы экологического мониторинга: изменили «начинку» устройств и модернизировали программную часть комплекса. Полевые испытания обновленной системы прошли на угольных разрезах Кемеровской области. Их результат подтвердил, что у программно-аппаратного комплекса повысилось качество измерений, появилась функция вычисления зон загрязненности по индексу качества воздуха и расширилось число фиксируемых параметров. Сейчас система VectorAIr способна определять частицы пыли размером менее 2,5 микрометра, вещества диоксида азота, диоксида серы, озона, угарного газа, температуру, давление и влажность.

За счет применения искусственного интеллекта программа может прогнозировать зоны распространения загрязнений атмосферы. По словам студентов, это позволяет правильно распределять ресурсы государства и компаний, с тем, чтобы при минимальных вложениях в защитно-очистные сооружения получить максимальное повышение качества воздуха. В ходе пилотирования системы ребята выяснили, что основным загрязнителем на обследуемой территории является автомобильная дорога.

«Ранее сбор информации о загрязнении воздуха производился несколько раз в месяц, в связи с чем данные не были столь актуальными, а способы их передачи не позволяли автоматизировать процесс их анализа в нашем программном обеспечении. И для того, чтобы решить эту проблему, нам была необходима система мониторинга, которая позволяла бы собирать информацию о загрязнении в режиме реального времени», — говорит научный сотрудник КФ ИВТ СО РАН кандидат технических наук Иван Харлампенков.

В отличие от существующих на рынке устройств VectorAIr ведет сбор данных на сервер автоматически и работает автономно без подключения к электросети, а также использует в своем составе только промышленные датчики. Программно-аппаратный комплекс, разработанный студентами, состоит из базовой станции и устройств сбора данных. Устройства принимают данные с датчиков и передают их базовой станции по беспроводной связи LoRa. Базовая станция формирует пакет с информацией и раз в 1—2 часа отправляет его по связи GPRS на сервер заказчика.

Решение позволяет сократить зависимость от сотовой связи, осуществляя сбор данных по протоколу LoRa, тем самым, по словам авторов разработки, увеличить охват территории исследуемого объекта до 10 км и сократить постоянные финансовые расходы на операторов сотовой связи до минимума.

С учетом сформированного опыта и полученных результатов участники бизнес-инкубатора НГТУ НЭТИ планируют использовать комплекс VectorAIr в Красноярске.

«Наша задача будет определить влияние каждого завода на общий уровень загрязнения и проверить гипотезу, которую была выдвинута главой Роспотребнадзора, об основном загрязнителе – компании «UC Rusal». Ранее мы уже сталкивались со схожей ситуацией в ходе применения VectorAIr в Кемеровской области. Все считали, что главным загрязнителем является ТЭЦ, но в ходе детального анализа выяснилось, что основным фактором загрязнения является автомобильная дорога», – рассказал магистрант факультета радиотехники и электроники НГТУ НЭТИ, резидент бизнес-инкубатора «Гараж» вуза и технический директор проекта VectorAIr Владимир Радченко.

«Мы думаем, что именно в тесной коллаборации НГТУ НЭТИ, Кузнецкого центра технической и экологической экспертизы и Кемеровского филиала ИВТ СО РАН возможно найти оптимальное решение, которое не только остановит загрязнения Красноярска, но и сохранит ресурсы на вложении средств в те объекты инфраструктуры, которые фактически не являются загрязнителями», – рассказал Владимир Радченко.

Преимуществом разработки VectorAIr станут и экономические выгоды ее использования. Используемые беспроводные технологии и автономность системы позволят сократить человеческие, финансовые затраты и время. Это позволит снизить расходы на мониторинг более чем в пять раз по сравнению с существующими технологиями.

Справка

В 2019 году российские предприятия и транспорт выбросили в атмосферу 22,7 млн т загрязняющих веществ, говорится в отчете аналитической службы международной аудиторско-консалтинговой сети FinExpertiza. На одного жителя России пришлось в среднем около 155 кг вредных выбросов в год — эта цифра колеблется от 23 кг до 1,6 т в зависимости от региона, утверждают эксперты.

В 2019 году было принято распоряжение Правительства РФ, согласно которому утвержденные в нем объекты к 2022 году должны обеспечить передачу информации Роскомнадзору о выбросах загрязняющих веществ в окружающую среду.

Ученые выяснили, что не существует минимального порога загрязненности, который бы не оказывал влияния на здоровье. Последствиями воздействия загрязненного воздуха на здоровье могут стать появление аллергических реакций, осложненного течения астмы, раздражение слизистых оболочек, рака и других заболеваний.