На сегодняшний день в промышленных городах расположено множество различных производств. Выбросы от них увеличивают риски заболеваний, в частности, заболеваний органов дыхания, что особенно опасно для детей. Власти городов пока не могут эффективно решить данную проблему, так как стационарных постов наблюдения за уровнем загрязнения воздуха крайне мало, данные измеряются редко и доходят с задержкой. В связи с этим инженерам команды Airalab пришла в голову идея установить современный автоматический датчик Libelium во дворе, например, на детской площадке. Это даст возможность следить за состоянием воздуха в режиме онлайн, и тем самым поможет обезопасить городских жителей. С этого и начался проект “Умный двор. Безопасная среда” - подробности ниже.
Коротко о проекте
Проект “Умный двор. Безопасная среда” представляет собой систему датчиков, следящих за чистотой воздуха во дворе. Использование технологии блокчейн для хранения информации в децентрализованной сети в данном случае позволит государству и его гражданам доверять этим данным и пользоваться ими наравне с данными со стационарных постов.
Как можно использовать данные, сохраненные в децентрализованной сети?
- Горожане получат возможность покупать данные напрямую у датчиков, минуя бюрократические процедуры. смогут продавать информацию о состоянии воздуха заинтересованным организациям напрямую, то есть без участия посредника, что открывает возможность окупаемости затрат на установку датчиков.
- Администрация сможет использовать информацию, полученную с частных датчиков, для улучшения качества жизни горожан.
- Предприниматели смогут продавать информацию о состоянии воздуха заинтересованным организациям напрямую, то есть без участия посредника, что открывает возможность окупаемости затрат на установку датчиков.
Воспользоваться датчиком можно по сервисной модели: из децентрализованного приложения нужно отправить запрос на получение данных с датчика, затем на цифровой платформе умного города в ответ на полученный спроси будет создан смарт-контракт на запуск измерений датчиком, а на запросы данных, подписанные приватным ключом заказчика, датчик будет отвечать текущими показаниями. Кроме того, показания защищены благодаря использованию технологии блокчейн: аналогично варианту использования Робономики в защите данных цепочек поставок каждое сообщение датчика подписано его приватным ключом, а хеш показаний хранится в блокчейне, то есть достоверность данных всегда можно проверить, сверив хеш рассматриваемых данных с записанными в блокчейне и проверив подписи отдельных измерений.
Чтобы посмотреть, как это работает уже сейчас, переходите по ссылке: http://dev.aira.life/sensors-house/#/
Первые эксперименты и результаты
10 августа 2018 года на территории одного из жилых комплексов Тольятти был установлен измерительный комплекс, оснащенный датчиками Libelium, фиксирующими состояние воздуха. Полученные данные дали первое представление о текущем состоянии воздуха в городе на примере одного двора. Использовано оборудование испанского поставщика Libelium. Оборудование Waspmote Plug&Sense! просто в эксплуатации и не требует специальных метрологических знаний. Устройство Arduino-совместимо и программируется на языке C++. Измерения можно проводить непрерывно и отправлять показания через интернет по 4G.
Промышленный инженер команды Airalab, Алишер Хасанов, поделился своим личным мнением об использовании оборудования Libelium:
«Smart Environment PRO - отличная платформа. Вы можете начать с прототипа на Waspmote с Gases PRO в офисе, а затем перенести прошивку на устройство с чехлом для наружной установки. В течение дня заряда батареи достаточно для отправки измерений через 4G от 5 датчиков раз в минуту или чаще. В ночное время аккумулятор заряжается от того же фонаря, на котором установлен датчик. Также вы можете использовать Arduino-совместимые библиотеки с небольшими изменениями. Например, мы использовали библиотеку одноразовых паролей и подписей ed25519. Для работы датчиков достаточно прочитать документацию - никаких специальных навыков не требуется. Что касается меня, я хотел бы иметь возможность проверить датчик и использовать его в качестве утвержденного измерительного инструмента на всей территории России, но даже сейчас это отличная платформа для экспериментов. Он компактен и гибко программируется с высокой частотой измерения. Более того, он имеет более надежные измерения (благодаря заводской калибровке), чем альтернативные Arduino-совместимые решения, а также дает возможность быстро подготовить систему к работе ».
Исследования
Данные, полученные с замеров атмосферного воздуха за период 15.08.2018-31.08.2018, были обработаны статистически с выявлением среднесуточных значений показаний датчиков, установленных на детской площадке по адресу: Спортивная, 33, ставшей первым объектом исследования. Во время проведения эксперимента превышения суточной предельно-допустимой концентрации веществ выявлено не было.
Примечательно, что высокие концентрации NO (рис.1) наблюдаются в дневное время (примерно с 5.00 до 16.00), тогда как в ночное время выбросы NO практически нулевые. Повышение показателей SO2, частиц PM1, PM2.5, PM10 ежедневно наблюдается в вечернее-ночное время (с 15.00 до 8.00), причем максимальные значения выбросов по SO2 (в случае неизменности получаемых значений в течение суток) превышают среднесуточные предельно-допустимые значения.
Из наблюдений выше можно сделать вывод об источниках выбросов загрязняющих веществ: источниками выбросов NO, вероятнее всего, можно считать автотранспорт.
А вот вечерне-ночные выбросы SO2, частиц PM1, PM2.5, PM10 можно связать с работой промышленных предприятий.
Учитывая проведенный корреляционный анализ взаимосвязи частиц PM1, PM2.5, PM10 и концентраций SO2/NO, повышение показателей PM1, PM2.5, PM10 связано с выбросами веществ, отличных от SO2/NO. Однако учитывая все вышенаписанное, нельзя сделать выводы о природе веществ (неорганические или органические выбросы), отличных от SO2/NO, которые приводят к повышению показателей частиц PM1, PM2.5, PM10 (рис.2).
Социальная активность граждан
Согласно мониторингу качества воздуха в Тольятти социальным сообществом активистов, ухудшение состояния воздуха наблюдалось в ночь с 25.08.2018 на 26.08.2018, что подтверждается данными, с установленных нами датчиков. Специалисты компании уточняют, что результаты эксперимента будут интересны лишь жильцам конкретного дома и строить доводы применимые к городу пока преждевременно. Для более масштабных выводов нужно провести эксперимент в рамках нескольких домов. Период данного эксперимента - 1 год и ориентировочно 10 домов в городе Тольятти.
Промежуточные выводы
Среднесуточная ПДК (предельно-допустимая концентрация) не превышена ни по одному показателю, хотя и наблюдался резкий рост в определенные промежутки времени.
На основании замеров, которые проводились раз в 10 минут круглосуточно в период с 15 августа по 31 августа 2018 года, можно дать следующую рекомендацию: в период наиболее активного использования транспорта на дорогах города лучше воздерживаться от длительных прогулок и пребывания на улице.
Рост некоторых показателей в период с 15:00 до 05:00 вероятно можно считать причиной смога и резкого запаха в воздухе.
Дальнейшие исследования и эксперименты
На основе анализа данных с датчика, установленного в одном из дворов, инженеры Airalab убедились в том, что их исследования являются полезными и необходимыми. Также появилась идея выйти за рамки исследований состояния воздуха лишь в одной точке города, установив целую сеть датчиков. В связи с этим дальнейшие планы по работы над проектом выглядят следующим образом:
- изучение общественного мнения на предмет вероятных мест установки датчиков;
- обращения в профильные ведомства за комментариями относительно полученных результатов;
- продолжение эксперимента не только в плане установки большего количества датчиков, но и объединения их в сеть, способную вести онлайн-мониторинг качества атмосферного воздуха в городе Тольятти;
- тестирование сети датчиков.
Если данные будут собираться с нескольких домов, что в первую очередь нацелено на интерес к состоянию воздуха их жителей и ряду профильных ведомств, то это будет способствовать адаптации законов под реалии развития современных технологий. Гражданский контроль экологии должен позволять автоматизированно учитывать данные, полученные от граждан, с помощью открытого API “Умного города”.
Также читайте пресс-релиз в блоге Libelium: http://iotsmart.ru/smart-yards-airalabrus/
На английском: http://www.libelium.com/preventing-asthsma-sensor-network-air-quality-pm10-dust-in-play-area/
