Leader-ID
2314 subscribers

Как современные системы измеряют качество воздуха

240 full reads
Как современные системы измеряют качество воздуха
Как современные системы измеряют качество воздуха

По данным Минприроды, в 34 городах России каждый день фиксируют высокое и очень высокое загрязнение воздуха. В основном в крупных промышленных центрах. В целом по стране объем промышленных выбросов снижается, но в некоторых городах он упорно растет: в 2020 году в Магнитогорске количество выбросов увеличилось на 64%, в Челябинске на 13%, в Новокузнецке на 4,1%, в Норильске на 2%.

Во многих городах просто нет данных о качестве воздуха: мониторят не все загрязняющие вещества, а информация в реальном времени недоступна даже руководству. Большинство регионов и предприятий не используют математическое моделирование для прогноза загрязнений.

Компания CityAir разработала технологические решения, которые в ближайшей перспективе могут изменить ситуацию: сделать информацию о качестве воздуха полной, понятной и доступной через смартфон. Генеральный директор компании Павел Глотов рассказал, где уже работают новые системы мониторинга, почему люди переживают из-за отключения постов и зачем все это чиновникам.

Как контроль воздуха работает на уровне региона

Директива Евросоюза 2008/50/EC обязывает европейские города контролировать качество воздуха и улучшать его. В России эти вопросы государство регулирует в рамках программы «Чистый воздух» нацпроекта «Экология». Нормы по выбросам постоянно ужесточают, в том числе из-за требований по декарбонизации экономики. У региональных властей есть KPI по экологической ситуации в субъекте, и им нужна объективная информация о качестве воздуха.

Один из передовых регионов — Сахалин. Вместе с правительством Сахалина мы построили сеть: установили 34 поста контроля в 18 муниципальных образованиях. Помимо Южно-Сахалинска посты работают в Корсакове, Александровск-Сахалинском, Макаровском, Ногликском, Охинском, Поронайском и Смирныховском районах.

Данные о качестве воздуха с постов CityAir доступны всем на портале правительства Сахалина
Данные о качестве воздуха с постов CityAir доступны всем на портале правительства Сахалина
Установка станции контроля воздуха
Установка станции контроля воздуха

На примере Сахалина мы убедились, что качество воздуха — острый социальный вопрос, люди действительно следят за этим и требуют от чиновников полной открытости.

Когда мы забирали оборудование на поверку, местные жители сразу писали и звонили в министерство экологии Сахалина. Спрашивали, почему пост не работает, почему с сайта пропала информация и что скрывают. Такая реакция подтверждает, что власти, создавая открытую систему мониторинга, действуют правильно.

Мы адаптировали информацию для широкого потребителя. Не все знают, какие концентрации веществ в воздухе безопасны. Поэтому мы ввели интегральный параметр: индекс качества воздуха от 1 до 10, где 1 — отлично, а 10 — совсем плохо. По этому индексу люди могут быстро понять, что происходит у них в городе или районе.

Слева интегральная оценка качества воздуха в Москве: в этот день она равна двойке. В нижнем блоке справа можно посмотреть данные по всем веществам
Слева интегральная оценка качества воздуха в Москве: в этот день она равна двойке. В нижнем блоке справа можно посмотреть данные по всем веществам
А так содержание примесей выглядит в мобильном приложении AirVoice
А так содержание примесей выглядит в мобильном приложении AirVoice

Из чего состоит система мониторинга

Основа системы мониторинга — это посты, оснащенные газовыми сенсорами и анализаторами пыли. Посты могут быть компактными — размером с рюкзак (как у нас), или стационарными — размером с торговый павильон, для установки которого надо отводить землю.

Современные посты мониторинга работают автоматически, они непрерывно собирают данные о концентрациях примесей «с улицы» и отправляют их на IT-платформу. Платформа объединяет и анализирует информацию с разных постов. Использует математические модели, которые позволяют увеличивать количество данных и строить прогнозы. Именно благодаря IT-решениям системы мониторинга превращаются в системы управления качеством воздуха.

Конечное звено системы — представление, в том числе визуализация данных. Для повседневного наблюдения мы выводим результаты измерений в реальном времени в виде простых индексов и картинок. А для профессиональных экологов и администраторов можно настроить дашборды, уведомления и детальные отчеты.

В городах России есть и неавтоматические посты. Информацию с них тоже можно загружать на нашу платформу: это поможет получить исторические данные, уточнить математические модели, описывающие тренды качества воздуха в регионе, и в итоге — сделать более точные прогнозы.

Кроме того, платформа принимает данные о пожарах, результаты спутникового наблюдения за атмосферой, глобальный прогноз погоды. Чем больше у платформы достоверных данных, тем платформа эффективнее.

Ценность продукта — не в железе, а в информации

Базовая комплектация оборудования позволяет отслеживать концентрации оксида углерода, диоксида азота, озона и мелкодисперсных частиц. Это стандартный набор веществ, за содержанием которых рекомендует следить Всемирная организация здравоохранения. Для индустриальных заказчиков ставим датчики на формальдегиды, аммиаки, диоксид серы и сероводород. У оборудования модульная структура, то есть можем отслеживать в принципе что угодно.

В зависимости от комплектации одна станция стоит от 500 тысяч до двух миллионов рублей. По меркам рынка это невысокая цена: промышленные предприятия и администрации регионов могут позволить себе расширить сеть мониторинга.

Но главная ценность продукта — не оборудование, а информация о качестве воздуха. Заказчик получает возможность видеть данные, которые обновляются раз в минуту.

Еще один пласт информации — это аналитика. Софт агрегирует всю информацию и умеет сравнивать периоды. Математические модели могут сделать прогноз качества воздуха по разным веществам на неделю и на год вперед. Например, рассчитать с учетом скорости и направления ветра, куда в ближайшие часы пойдет облако загрязнения, выброшенное заводом. Пользователь увидит на карте расчет вплоть до районов и даже домов, в том числе на той территории, где постов мониторинга нет. Мы много работаем над построением траекторных моделей рассеивания выбросов и постоянно улучшаем математику, чтобы сделать ее максимально точной.

Мы видим, что это востребовано. Например, стивидорные предприятия, которые занимаются перевалкой угля, понимают, сколько квадратных километров накроет угольная пыль, если они начнут погрузку. Этот инструмент помогает принять решение: перегружать уголь сейчас или подождать два часа, когда изменятся атмосферные условия и люди в соседнем поселке не будут жаловаться на пыль.

Так выглядит прогноз рассеивания
Так выглядит прогноз рассеивания

Экология — это сервис

Есть стереотип, что предприятия-загрязнители не заинтересованы раскрывать информацию о качестве воздуха. Но мы видим, что в реальности всё уже по-другому. Предприятия, особенно градообразующие, хотят показывать, что происходит и как меняется ситуация. С одной стороны, ими движет социальная ответственность, как бы высокопарно это ни звучало, с другой — желание продемонстрировать работу по модернизации производства.

Павел Глотов: «Мониторинг и управление качеством воздуха — большой и быстрорастущий рынок в мировом масштабе. Ожидается, что к 2025 году объём глобального рынка таких систем достигнет 6,4 миллиарда долларов и будет расти на 7% каждый год»
Павел Глотов: «Мониторинг и управление качеством воздуха — большой и быстрорастущий рынок в мировом масштабе. Ожидается, что к 2025 году объём глобального рынка таких систем достигнет 6,4 миллиарда долларов и будет расти на 7% каждый год»

В России пока никто кроме нас не предоставляет экомониторинг как услугу, и мы видим, что заказчикам это нужно. Многие вообще не хотят закупать оборудование, ставить его на баланс, заниматься обслуживанием.

Индустриальные заказчики готовы работать по схеме аутсорсинга: они покупают информацию и ПО, а не железо.

Мы согласовываем количество постов и места размещения, и вся ответственность за работоспособность системы лежит на нас. Все оборудование метрологически валидно, зарегистрировано в реестре средств измерения. А дальше дополняем услугу новыми элементами: возможностью интерпретировать данные и строить прогнозы, работой 24/7 в широком диапазоне климатических условий, получением информации онлайн, мобильным приложением для общественности.

Вместе со «Сколтехом» мы сейчас работаем над применением машинного обучения в нашей системе аналитики. Это позволит точнее строить прогнозы. Потребителем этой информации могут быть не только власти и предприятия. Мы смотрим и на рынок b2c, где сможем предложить, например, покупателям недвижимости анализ качества воздуха в том или ином районе или даже доме.

И все-таки «железо» — это важно

В ближайшие три года мы будем заниматься не только математикой. Надеемся совершить прорыв в области точности измерения концентраций газов с помощью оптических датчиков. Сейчас во всем мире считается, что технологии в этой сфере достигли потолка и более чувствительными сенсоры сделать невозможно. Но мы полагаем, что потенциал газоанализаторов на основе генераторов света еще не раскрыт, и надеемся создать датчик, который будет улавливать малейшие концентрации.

CityAir — участник рынка EcoNet Национальный технологической инициативы, и мы тесно работаем с другими участниками. Так, заключили договор индустриального партнерства с Новосибирским государственным университетом: в ближайшие 3‒4 года хотим вместе разработать прототип датчика, о котором я говорил выше. В случае успеха можно будет обеспечить города недорогими и очень эффективными постами мониторинга. То есть очень быстро реализовать право людей на открытую, объективную и точную информацию о качестве воздуха.