Система экологического мониторинга студентов НГТУ НЭТИ поможет избавить Кузбасс от угольной пыли
16 октября в Кузбассе успешно завершились испытания прототипа системы экологического мониторинга, которую разработали студенты из Новосибирска. Проект выполнен совместно с Кемеровским филиалом Института вычислительной техники СО РАН (КФ ИВТ СО РАН). Программно-аппаратный комплекс WDAS позволяет дистанционно собирать и передавать на сервер данные заказчика о загрязнении в режиме реального времени при помощи беспроводной связи. Применение первой в мире многофункциональной беспроводной системы мониторинга возможно не только в сфере экологии, но и в строительстве, сельском хозяйстве и энергетике. Разработка выполнена с целью реализации задач Нацпроекта «Экология».
В отличие от существующих на рынке устройств, новая система ведет сбор данных на сервер автоматически и работает автономно без подключения к электросети. 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 к минимуму.
«Вишенкой на торте», по словам разработчиков, станет ее многофункциональность: 80% представленных на рынке датчиков можно подключить к автоматическому беспроводному комплексу. Так, например, система способна собрать информацию с датчиков вибрации для определения устойчивости сооружения в строительстве. В сельском хозяйстве датчики уровня кислотности почвы (важный показатель для посадки растений), температуры, влажности и света позволят создать благоприятные условия для выращивания полевых культур. Датчики Холла помогут измерять величину тока в сфере энергетики.
«Перед нами стояла задача реализовать экомониторинг, но наша команда решила выйти за эти границы и сделать систему «сквозной». Мы разработали программно-аппаратный комплекс так, чтобы к нему можно было подключить не только датчик пыли, но и многие другие», — рассказал генеральный директор ООО «Vectortec Развитие», магистрант первого курса факультета бизнеса НГТУ НЭТИ Георгий Зорин. По мнению разработчика, используемая архитектура беспроводной связи и многофункциональность системы позволяет говорить об отсутствии полных аналогов в мире, так как большинство мониторинговых систем сделаны под конкретную сферу использования и имеют односложную беспроводную связь.
В экологии система может не только определять уровень концентрации мелких, средних и крупных частиц в воздухе, но и выводить другие показатели загрязнения сточных вод, почвы, атмосферы, которые встречаются не только на промышленных предприятиях и свалках, но и в городских застройках.
«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 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.
Преимуществом разработки WDAS 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 5 раз по сравнению с существующими технологиями.
Зарубежные системы мониторинга используют связь GPRS на каждом датчике, что увеличивает стоимость мониторинга такими системами в 10—50 раз. Система WDAS, разработанная студентами НГТУ НЭТИ, подразумевает расположение базовой станции в зоне покрытия сотовой связи, а датчиков — в любых точках объекта. Это важно для промышленных предприятий, где сотовая связь есть далеко не везде. В разрабатываемой системе такую связь использует только базовая станция.
«Для нас проект был как вызов, нас не столько интересовала финансовая составляющая, сколько техническая реализация такой непростой системы. Мы сделали всё с нуля: разработали платы, разработали корпус, находили и подбирали все необходимые части для работы системы, сами программировали и прошивали», — рассказал Георгий Зорин. Проект разработки системы мониторинга стартовал летом 2019 года. Кемеровские ученые обратились к студентам НГТУ НЭТИ с предложением совместной работы в исследованиях, связанных с негативными изменениями экологической обстановки.
На сегодняшний день в Кузбассе добыча угля открытым способом происходит более чем на 100 угольных разрезах, вокруг которых образуются облака черной пыли. За последние два года в Кузбассе прошло 25 акций против расширения угольных разрезов и увеличения объемов угледобычи. «Люди из-за взрывных работ дышат пылью, возникают проблемы экологии. Действующая система мониторинга не позволяет ответить на вопрос, кто именно виноват в загрязнении атмосферного воздуха, поэтому появился такого рода проект», — рассказал Георгий Зорин.
Следующим этапом совместного проекта Vectortec и Кемеровского филиала Института вычислительной техники СО РАН станет расширение функционала системы, подготовка к сертификации разработки и к внесению ее в государственный реестр средств измерения. Сейчас Георгий Зорин и его команда подали заявку на конкурс «Старт — цифровые технологии». В дальнейшем команда Vectortec хочет вывести разработку в серийное производство и реализовать проекты с другими крупными заказчиками.
Команда разработчиков компании Vectortec состоит из семи инженеров, программистов и математиков. Среди них четыре выпускника факультета радиотехники и электроники НГТУ НЭТИ, один студент факультета бизнеса НГТУ НЭТИ, один выпускник механико-математического факультета НГУ и один программист-самоучка. Команда стартаперов, которая разработала автономную многофункциональную систему мониторинга и «умные ценники», — резиденты сетевого межвузовского бизнес-инкубатора «Гараж».
Напоминаем, что в конце мая «умные ценники», которые разработала команда Vectortec, начали работать в магазине «Фасоль». «Умные ценники» меняют цены на товар автоматически в зависимости от спроса, остатков на складе и других показателей ценообразования без участия дополнительного персонала. Программа позволяет проводить глубинную аналитику, отслеживать поведение потребителей и способна заменить маркетинговые отделы небольших сетей магазинов.
Справка
По данным аналитического центра при Правительстве РФ совокупный объем выбросов в России, загрязняющих атмосферу, в 2018 году составил 32,3 млн. Кемеровская область входит в список областей, где происходит больше всего выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников. В 2018 году количество выбросов в области составило 515,6 кг на человека.
В июле 2019 года 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.
