Что можно сделать для того, чтобы воздух в Челябинске стал чище? В ЮУрГУ предложили эффективный вариант решения – мониторинг, оценка и регуляция выбросов от автомобильного транспорта*. О том, как и для чего разрабатывалась высокоплотная сигнальная онлайн-система мониторинга выбросов от автотранспорта, о характеристиках системы, результатах внедрения и превращении Челябинска (и не только его!) в «умный» город с экологичной системой управления транспортом – в интервью с доцентом ПИШ «Сердце Урала», ведущим научным сотрудником УНИД, доцентом кафедры «Автомобили и автомобильный сервис», к.т.н. Владимиром Шепелёвым.
– Уточните, пожалуйста, как именно расшифровывается «AIMS-Eco»?
– Экологический мониторинг на основе искусственного интеллекта – это специализированная система, основанная на методах искусственного интеллекта, предназначенная для оценки выбросов от автотранспорта. Она обеспечивает сбор, анализ и обработку данных о загрязнении воздуха выхлопами автомобильного транспорта.
AIMS-Eco обеспечивает мониторинг выбросов вредных веществ, оценивает их влияние на окружающую среду и разрабатывает рекомендации для смягчения негативных последствий, связанных с автомобильным движением. Система интегрирует данные с различных источников, (телекоммуникационные системы, метеорологические станции), используя алгоритмы машинного обучения для точного прогнозирования и оценки экологических рисков, связанных с транспортной деятельностью.
– О каких наиболее значимых результатах по проекту можно говорить сегодня?
– На сегодняшний день проект по разработке высокоплотной сигнальной системы AIMS-Eco демонстрирует значительные достижения благодаря расширенному функционалу и области покрытия. Система была апробирована для оценки выбросов от автотранспорта и сейчас позволяет обеспечить подробный мониторинг как общего объема выбросов, так и концентраций 11 типов загрязняющих веществ. Это осуществляется с учетом интенсивности транспортных потоков и метеорологических условий.
– Какие преимущества системы вы бы могли отметить?
– Ключевые преимущества системы – её сигнальный режим работы и способность к оценке выбросов не только на перекрестках, но и на прилегающих улицах. AIMS-Eco фиксирует аномалии и отклонения в состояниях транспортных потоков и концентрациях выбросов в реальном времени, формируя оперативные уведомления для органов власти и дорожных служб.
Система продемонстрировала эффективность в выявлении основных источников загрязняющих веществ в структуре транспортных потоков, что позволяет сформировать решения по их минимизации. Благодаря продвинутому анализу данных о задержках и времени простоя транспортных средств, AIMS-Eco обеспечивает более эффективное управление дорожным движением, что влияет на снижение заторов как на ключевых перекрестках, так и на прилегающих участках. Система предоставляет данные в режиме реального времени, что позволяет службам, ответственным за организацию дорожного движения, оперативно реагировать на изменения в ситуации на дорогах и адаптировать стратегии по улучшению городской инфраструктуры к каждой конкретной ситуации. Таким образом, AIMS-Eco не только способствует решению актуальных задач в области экологии и транспортного управления, но и задает новые стандарты для мониторинга и управления экологическими рисками в «умных» городах.
– Расскажите подробнее о внедрении системы?
– Результаты внедрения системы AIMS-Eco свидетельствуют о её высокой эффективности и значительном интересе со стороны заказчиков. Свидетельство тому – долгосрочные контракты с такими городами, как Пермь, Магнитогорск, Ханты-Мансийск. Это подчеркивает растущий запрос на решения, которые способны трансформировать подход к экологическому мониторингу и управлению транспортными потоками. В настоящее время мы находимся на завершающей стадии разработки технического задания с Челябинском и Санкт-Петербургом, где ведётся проработка дальнейшего масштабирования после успешного пилотирования. Особенно примечателен опыт Магнитогорска, где область мониторинга улично-дорожной сети уже превысила 50%! Это достижение не только демонстрирует потенциал системы, но и открывает новые перспективы для её внедрения в городских экосистемах. Это способствует повышению качества жизни и устойчивому развитию городов.
Такой рост интереса со стороны городов – лучшее свидетельство того, что AIMS-Eco становится неотъемлемым инструментом для эффективного экологического и транспортного управления в «умных» городах, прокладывая путь к более безопасным и экологически чистым городским средам.
.jpg)
Моделирование расчета оценки выбросов селитебных территорий (улиц, прилегающих к перекресткам)
– Результаты работы системы AIMS-Eco для определения с помощью искусственного интеллекта загрязнения атмосферы транспортными выбросами верифицируются с помощью оборудования ЦКП «Экоаналитика». Специалисты экологического поста сравнивают показания нейросети (системы AIMS-Eco) с показаниями своих приборов. Можете ли вы прокомментировать результаты? Куда поступают данные? Как используются результаты сравнения показаний?
– На начальном этапе нашего проекта мы осуществляли верификацию результатов с использованием сертифицированной мобильной лаборатории «Центра экологического мониторинга Челябинской области». Этому активно способствовало Министерство экологии Челябинской области. С 2024 года наш потенциал значительно увеличился благодаря возможности использовать оборудование ЮУрГУ, приобретённое в рамках программы «Приоритет-2030». Это дополнение позволило нам существенно повысить точность моделирования рассеивания выбросов в условиях городской застройки.
Что касается верификации результатов работы системы «AIMS-Eco», то такая работа действительно ведется. Специалисты экологического поста регулярно сравнивают показания нейросети с данными, получаемыми с помощью оборудования Центра компетенций по экологии и экологической безопасности (ЦКП «Экоаналитика»).
Данные, полученные в результате сравнения, поступают в систему мониторинга, где тщательно анализируются. Результаты анализа используются для корректировки алгоритмов нейросети, что позволяет повышать ее точность и надежность. Кроме того, они служат основой для принятия решений на уровне городских властей по управлению качеством воздуха и оптимизации транспортных потоков. Это, в свою очередь, способствует снижению уровня загрязнения атмосферы.
Таким образом, работа по верификации данных не только подтверждает эффективность системы «AIMS-Eco», но и обеспечивает более взвешенный подход к разработке экологической политики на муниципальном уровне.
– Доступны ли результаты системы мониторинга обывателю? Если да, то на каком сайте их можно посмотреть? Или данные предназначены только для узких специалистов?
– Результаты системы мониторинга «AIMS-Eco» доступны всем желающим. Мы стремимся обеспечить прозрачность данных и информированность жителей о состоянии качества воздуха в их городе. Информация, полученная системой, публикуется на официальном сайте проекта [AIMS.susu.ru] (http://AIMS.susu.ru), где пользователи могут ознакомиться с актуальными показателями загрязненности атмосферы, а также с анализами состояния транспортных выбросов.
Кроме того, мы ведем активную работу с компанией Сбер для интеграции данных в платформу ДубльГИС. Это позволит жителям города выбирать маршрут из разных вариантов (например, самый короткий, самый удобный) и в итоге строить самые экологичные маршруты. Это решение направлено на улучшение качества жизни горожан, минимизируя их воздействие на окружающую среду. Таким образом, не только узкие специалисты, но и любой заинтересованный гражданин может получить доступ к результатам мониторинга и использовать их для собственных нужд и принятия информированных решений.
– Система AIMS Eco состоит из нескольких модулей. Первый рассчитывает траффик на перекрёстке, второй вычисляет объёмы выбросов, третий определяет эффективность использования транспортной инфраструктуры, четвёртый (аналитический) модуль – изучает транспортный поток. Возможно, в системе появились новые модули или были усовершенствованы имеющиеся?
– Да, в системе «AIMS-Eco» действительно произошли значительные улучшения и расширения функционала! Во-первых, мы увеличили зоны мониторинга, включив в себя дороги, прилегающие к перекресткам, что позволяет более точно отслеживать состояние транспортной инфраструктуры и уровень загрязнения воздуха.
Во-вторых, была разработана сигнальная система информирования о превышении выбросов, которая позволяет оперативно сообщать о проблемах с качеством воздуха и обеспечивать своевременную реакцию со стороны соответствующих служб.
Кроме того, в рамках Передовой инженерной школы двигателестроения и специальной техники «Сердце Урала» был разработан модуль, который в режиме реального времени оценивает состояние дорожного покрытия на основе поведения водителей. Функционал модуля позволяет оперативно выявлять и устранять помехи, вызванные образованием сугробов, появлением дорожных ям и колейностью на дорогах. Такой подход значительно улучшает управление коммунальными машинами и повышает транспортную и экологическую безопасность дорожного движения.
– Каковы перспективы развития проекта?
Ближайшие перспективы «AIMS-Eco» включают интеграцию технологий в систему Интернета вещей (IoT), что позволит создать более эффективную и взаимосвязанную инфраструктуру для мониторинга и управления транспортом и экосистемой города. Мы активно работаем над оптимизацией системы, чтобы снизить требования к серверному оборудованию и улучшить алгоритмы обнаружения. Кроме того, мы разрабатываем систему прогнозирования состояния транспортных потоков и оценку влияния дорожных аномалий, таких как ДТП и неблагоприятные метеорологические условия, на заторы. Это позволит нам создать более эффективную систему реагирования, направленную на предотвращение последствий и снижение негативного воздействия на дорожную ситуацию и экосистему городов.
*Система мониторинга выбросов реализуется в рамках проекта «Разработка высокоплотной сигнальной онлайн-системы мониторинга выбросов от автотранспорта» (СП 3 «Экосреда постиндустриальной агломерации», программа «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и Университеты»).