logologo-text
Кризис-контроль: как в МГТУ создается система комплексного экомониторинга

Автор: Анастасия Троянова, Иван Шипнигов, Екатерина Карпухина

21 ноября 2022

image

Read 5 minutes

Раньше люди судили о состоянии окружающей среды лишь по визуальным признакам, — смог в воздухе, загрязненные водоемы, потрескавшаяся от эрозии земля. Сегодня мы можем разглядеть невидимые глазу вещества, которые порой оказывают более пагубное воздействие на природу и климат, чем заметные загрязнители. Эксперты отслеживают баланс парниковых газов в атмосфере, наблюдают за вредными выбросами, прогнозируют последствия тех или иных загрязнений. Для этого необходимы специальные устройства и программы, которые играют роль «увеличительных луп», «аналитиков» и «предсказателей». Созданием подобных технологий занимаются и в нашем Университете.

Специалисты МГТУ им. Н. Э. Баумана проектируют систему комплексного экомониторинга — это одна из самых крупных разработок внутри стратегического проекта Bauman Go Green. Она состоит из двух основных частей — контрольно-измерительных приборов и геоинформационной системы, функционирующей с помощью особого программного комплекса. Руководит проектом доцент кафедры Э-9 «Экология и промышленная безопасность», к. т. н. Роман Таранов — именно с ним мы и обсудили ход реализации этой масштабной задумки.

Система создается не только для мониторинга экологической обстановки, но и для оценки эффективности поглощения парниковых газов. В природе все взаимосвязано, а каждая среда — почва, воздух или вода — может как поглощать парниковые газы, так и вырабатывать их. Из-за климатических изменений появилась потребность регулировать поступление в окружающую среду газов, обладающих сильным парниковым эффектом, — к ним относятся, например, двуокись углерода, метан и оксид азота.

Чтобы понять, насколько антропогенная деятельность должна «ужаться», специалисты оценивают не только количество выбросов, производимых странами, но и поглощение эмиссий разными средами — водой, почвой, растениями. У каждого природного объекта существует свой потенциал поглощения, но эта величина непостоянна и зависит от погодных и климатических факторов. Именно потому, что у природы множество переменных, людям необходимо наблюдать за ними и накапливать данные, чтобы в будущем на этой основе можно было строить прогнозы и анализировать происходящие в окружающей среде изменения. С этой задачей помогают справиться разнообразные системы мониторинга, которые сегодня создают в разных организациях и научных институтах по всему миру — в том числе и в МГТУ им. Н. Э. Баумана.

На территории Щелковского учебно-опытного лесхоза Камшиловка Мытищинского филиала МГТУ под работы была выделена территория площадью примерно в три-четыре футбольных поля.

«Это место удовлетворяло нас по всем показателям — здесь есть и лес, и поляна, и водный объект. К тому же работает охрана и построено несколько зданий, где мы можем расположить оборудование, — рассказывает Роман Александрович. — Водный объект — необходимое условие, поскольку мы планируем проводить измерения во всех средах, потому система и называется комплексной. Он интересен не столько поглотительными способностями, сколько эмиссиями — из-за происходящих на дне процессов гниения он может выделять довольно много метана».

На сегодняшний день закончен первый этап работы — создан эскизный проект системы экомониторинга, разработано программное обеспечение, закуплено оборудование. На территории проведена разводка кабелей, намечены точки установки приборов — осталось дождаться их приезда. «Надеемся, что к весне получим все необходимое. Практически все контрольно-измерительные и серверное оборудование — иностранное, но больших проблем с закупкой у нас не возникло. Поставщики по-прежнему принимали заказы, но ощутимо увеличилась цена техники и выросли сроки поставки, — объясняет Таранов. — Единственная отечественная вещь, которая устроила нас по качеству, — это казанская метеостанция с датчиками контроля качества почвы. Ее мы уже получили».

В почву датчики газообмена, температуры, влажности и засоленности «посадят» на разные глубины (до метра) с интервалом около 30 см. Их расположат везде — на открытой местности, под лесом и на берегу водоема, чтобы контролировать раздел сред. Для измерения выхода парниковых газов с поверхности воды и определения ее физико-химических свойств на водоеме будет специальный плот с контрольно-измерительной аппаратурой: колориметр, оксиметр, спектрофотометры, анализатор биологического потребления кислорода и газоанализаторы для определения метана и двуокиси углерода. Метеостанции с газоанализаторами, актинометрическими приборами, осадкомерами, датчиками солнечной радиации и прочими устройствами будут расположены на разных высотах. «Мы пока обдумываем варианты их установки — либо поставим метеостанции на крыши зданий, либо сделаем специальные двадцатиметровые стойки», — говорит Роман Александрович.

Данные, собранные приборами, будут поступать в геоинформационную систему (ГИС). Для их обработки специалисты НОЦ исследований экстремальных ситуаций МГТУ (НОЦ ИЭС) разработали программное обеспечение. 

«Основная задача была в том, чтобы новый программный комплекс мог моментально получать информацию от всего контрольно-измерительного оборудования, обрабатывать ее и выдавать результат — динамику изменения параметров экологического состояния окружающей среды (от температуры до солнечной радиации) и колебание баланса парниковых газов с построением карт распределения их концентраций», — объясняет Роман Таранов. — Программное обеспечение создано и уже доступно по ссылке, но пока оно не наполнено: нет приборов — нет данных. В перспективе этот «скелет» обрастет «мышцами», информация будет передаваться в онлайн-режиме, а увидеть ее сможет любой желающий».

По словам Романа Александровича, проектируемая система экомониторинга создавалась не с нуля — у специалистов кафедры Э-9 богатый опыт работы в бауманском Научно-учебном центре управления кризисными ситуациями (НУ ЦУКС). И хоть оценкой климатических данных МГТУ будет заниматься впервые, разработка комплексной системы экомониторинга стала плавным продолжением работы над развитием существующих программных комплексов.

ЦУКС был создан в МГТУ в 2014 году — его открыли в содружестве с МЧС России. Он стал уменьшенной версией национального ЦУКСа, который находится в МЧС. ЦУКС появился на Э-9 неспроста, ведь еще с советских времен кафедра считается одной из лучших в стране по вопросам техносферной безопасности и охране труда и готовит широкопрофильных специалистов по этим направлениям.

С момента открытия в ЦУКСе проводились ежегодные учения — по видеосвязи группа студентов связывалась с оперативной группой МЧС для решения определенной задачи. «Работа велась независимо друг от друга, а затем результаты сравнивались — причем оценивалось не только качество, но и скорость. Наши студенты справлялись не хуже специалистов МЧС, а порой даже быстрее их», — вспоминает Таранов. Среди предлагаемых — самые разные чрезвычайные ситуации вроде пожаров, наводнений или взрывов, а в качестве задач предлагалось, например, рассчитать площадь поражения территории и построить пути эвакуации населения. Бауманский ЦУКС, как и национальный, подключен к платформе «БРИЗ», а это значит, что при необходимости можно увидеть все чрезвычайные ситуации, происходящие на территории России в реальном времени. Учения с МЧС проводились на базе ЦУКСа вплоть до ковидных времен, специалисты кафедры надеются, что скоро их удастся возобновить в том же формате.

ЦУКС оснащен множеством программных комплексов — студенты кафедры осваивают их, еженедельно занимаясь в центре и выполняя практические работы. Например, программа Toxi+ Risk, предоставленная НТЦ «Промбезопасность», позволяет рассчитывать поля потенциального территориального риска и оценивать распространение разных опасных веществ от какого-либо источника. Другой комплекс — от компании ЦИЭКС — помогает рассчитывать затопление территорий. А программа «3D-город» позволяет увидеть, как на том или ином мегаполисе скажется взрыв, наводнение или пожар.

Аспиранты и сотрудники кафедры выполняют в ЦУКСе реальные проекты от разных организаций, которым необходимо провести научно-исследовательские работы, связанные с экологической и промышленной безопасностью. Более того, за плечами специалистов Э-9 — создание комплексной системы мониторинга и техногенных ЧС для вологодского отделения МЧС. Весь этот опыт и знания послужили фундаментом для разработки собственной системы экомониторинга, которую вот-вот запустят в Камшиловке.

В будущем новая система экомониторинга должна послужить самым разным целям. С ее помощью можно будет оценивать и прогнозировать риски выбросов парниковых газов из-за лесных и торфяных пожаров, анализировать их возможные последствия, вырабатывать заблаговременные решения по минимизации ущерба. Планируется, что разработанный программный комплекс будет автоматически выдавать первичное решение для той или иной чрезвычайной ситуации. А поскольку система в первую очередь будет носить учебный характер, то будет способствовать подготовке бакалавров и магистров в области экологического мониторинга и углеродного менеджмента для органов исполнительной власти, производственных, научных и экспертных организаций.

«Мы сможем проводить аудит промышленных предприятий на предмет их соответствия российским и мировым экологическим стандартам. Производственные предприятия всегда создают выбросы, а мы сможем их контролировать в качестве помощников, чтобы организация знала, где у нее вырабатывается больше всего эмиссий, и ликвидировала эти очаги», — объясняет Роман Таранов.

Кроме того, существует идея использовать Камшиловку не только в качестве учебного комплекса, но и как испытательный полигон для проверки и отработки различных технологий по контролю окружающей среды. Так что за будущее новой системы экомониторинга можно не переживать — совсем скоро она обретет осязаемые черты и станет рабочим инструментом в руках высококлассных специалистов, готовых загрузить ее работой на годы вперед.

Фото: Личный архив Романа Таранова