Автор: В соответствии с [1, 2] развитие технологий цифровой экономики в области экологии и природоохранной деятельности, включающие разработку эффективных систем экологического мониторинга, являются приоритетными задачами. В работе представлен проект программно-аппаратного комплекса, предназначенного для автоматизированного определения ключевых параметров качества воды с использованием технологий компьютерного зрения и интеграции данных в модель цифрового двойника.
Аппаратная часть комплекса включает датчики для измерения физико-химических показателей воды (температура, pH, мутность, концентрация нефтепродуктов и др.), а также камеры для съёмки водной поверхности. Программная часть реализована на языках Python и Nim и решает задачи сбора данных, их фильтрации, передачи на сервер и анализа.
Ключевым элементом является алгоритм компьютерного зрения, который по изображениям с камер в автоматическом режиме определяет такие параметры, как наличие плёнок на поверхности воды (нефтепродукты, органические вещества) и концентрацию взвешенных веществ. Это позволяет осуществлять мониторинг в режиме, близком к реальному времени, и дополнять данные с традиционных датчиков.
Все поступающие данные интегрируются в виртуальную модель — цифровой двойник водного объекта. Цифровой двойник — это виртуальная модель реального объекта или системы, которая позволяет имитировать его поведение и прогнозировать результаты различных воздействий [3]. Модель позволяет визуализировать текущее состояние, выявлять пространственные закономерности в распределении загрязнений и прогнозировать их динамику с помощью методов машинного обучения. При наличии информации об источниках сбросов (мощность выбросов, покомпонентный состав) можно определить конкретную область нахождения источника негативного воздействия, а если их несколько, то оценить вклад каждого из них в то или иное превышение нормативных значений.
Внедрение комплекса создаёт новые возможности для контроля и надзора. Для надзорных органов система предоставляет инструмент для автоматического документирования фактов загрязнения. При обнаружении превышений ПДК или аномального изменения какого-либо наблюдаемого параметра алгоритм фиксирует событие с привязкой ко времени и координатам, формируя вещественное доказательство для последующих административных процедур. Таким образом, комплекс не только решает техническую задачу мониторинга, но и способствует формированию новой модели взаимодействия.
Функциональная схема работы комплекса представлена на рис. 1.
Предложенный подход демонстрирует повышение оперативности контроля за счёт автоматизации и использования компьютерного зрения, а также расширение аналитических возможностей за счёт создания цифрового двойника. Комплекс может быть интегрирован с существующими системами экологического контроля.
Литература
- Распоряжение Правительства РФ от 15 декабря 2023 г. № 3664-р «О стратегическом направлении в области цифровой трансформации отрасли экологии и природопользования, относящейся к сфере деятельности Министерства природных ресурсов и экологии РФ».
- Указ Президента РФ от 07.05.2024 г. № 309 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года».
- В.С. Валиев, Д.В. Иванов, Д.Е. Шамаев, Р.Р. Хасанов. Создание цифровых двойников в рамках цифровой трансформации экологического мониторинга // Российский журнал прикладной экологии. 2022. С. 29-33.
Авторы: Гусев А.В., (Российский государственный социальный университет, г. Москва) Шахраманьян М.А. (Финансовый университет при Правительстве РФ, г. Москва)
