ЭКО-IT
Технологии контроля: В Москве собрали триллион данных о состоянии экологии
Как город использует эту информацию и какие инновационные решения применяются для анализа экологической обстановки – в материале «КП»
Технологический тренд
— использование больших объемов данных для анализа и принятия решений во многих сферах экономики. В экологии, где существуют огромные массивы информации, требующие анализа и мониторинга, тенденция аналогичная. Для этого в Москве в 2005 году был создан Единый городской фонд данных экомониторинга, который включает результаты измерений начиная с 1996 года. Суммарно в фонде хранится более 1 трлн измерений. Ежегодно в систему поступают данные по более чем 70 млн показателей.
С помощью системы специалисты «Мосэкомониторинга» (структура входит в Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы) наблюдают за состоянием воздуха, воды, почв, зеленых насаждений и другими параметрами. Следят, чтобы в городе не превышались установленные нормативы и не допускались нарушения природоохранного законодательства.
— использование больших объемов данных для анализа и принятия решений во многих сферах экономики. В экологии, где существуют огромные массивы информации, требующие анализа и мониторинга, тенденция аналогичная. Для этого в Москве в 2005 году был создан Единый городской фонд данных экомониторинга, который включает результаты измерений начиная с 1996 года. Суммарно в фонде хранится более 1 трлн измерений. Ежегодно в систему поступают данные по более чем 70 млн показателей.
С помощью системы специалисты «Мосэкомониторинга» (структура входит в Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы) наблюдают за состоянием воздуха, воды, почв, зеленых насаждений и другими параметрами. Следят, чтобы в городе не превышались установленные нормативы и не допускались нарушения природоохранного законодательства.
«Мосэкомониторинг» – это цифровой комплекс технологических решений, который не только собирает гигабайты новых измерений, но и проводит углубленную аналитику имеющихся результатов. Это позволяет отслеживать динамику состояния природных сред – воздуха, воды, почв, геологических процессов.
НА ЗАМЕТКУ
Данные экомониторинга особенно актуальны в нескольких ситуациях.
Одна из них – помощь государственному эконадзору. Данные экологического мониторинга – доказательная база для обоснования проверок, а также выявления нарушителей. Информация передается во все профильные инстанции и ведомства в структуре Правительства Москвы и в федеральные органы, например, Роспотребнадзор, природоохранную прокуратуру.
Другой пример использования данных – оценка эффекта для экологии от модернизации транспортной системы (внедрения электробусов, запуск МЦК и МЦД, обновление подвижного состава в метро). Например, проследить динамику выбросов в атмосферу за определенный период.
.
Воздух анализируют 78 специальных станций
Сеть «Мосэкомониторинга» включает 78 станций, которые находятся во всех административных округах города. Они располагаются в том числе вдоль дорог, жилых и природных территорий.
В числе станций – 15, которые установлены на границах Москвы и области. Их основная функция – контроль крупных промышленных объектов, кроме того, они помогают отслеживать обстановку в сезон лесных и торфяных пожаров.
Наличие развитой сети станций на территории столичного региона позволяет сопоставлять данные мониторинга. Например, в марте 2023 года на химзаводе в Долгопрудном произошел пожар. Горела цистерна для хранения талового масла. Его используют как компонент смазочно-охлаждающих жидкостей, для получения канифоли, органических кислот и других соединений. Возгорание оперативно потушили. А эковедомства Москвы и Подмосковья тут же обратились к данным нескольких станций мониторинга. Предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ зафиксировано не было.
Сеть «Мосэкомониторинга» включает 78 станций, которые находятся во всех административных округах города. Они располагаются в том числе вдоль дорог, жилых и природных территорий.
В числе станций – 15, которые установлены на границах Москвы и области. Их основная функция – контроль крупных промышленных объектов, кроме того, они помогают отслеживать обстановку в сезон лесных и торфяных пожаров.
Наличие развитой сети станций на территории столичного региона позволяет сопоставлять данные мониторинга. Например, в марте 2023 года на химзаводе в Долгопрудном произошел пожар. Горела цистерна для хранения талового масла. Его используют как компонент смазочно-охлаждающих жидкостей, для получения канифоли, органических кислот и других соединений. Возгорание оперативно потушили. А эковедомства Москвы и Подмосковья тут же обратились к данным нескольких станций мониторинга. Предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ зафиксировано не было.
Станции постоянно анализируют воздух по 16 параметрам
Контролируются основные параметры загрязняющих веществ, в числе которых CO (угарный газ), NO2 (двуокись азота), NO (оксид азота), O3 (озон), PM10, PM2,5, SO2 (оксид серы), NH3(аммиак), H2S (сероводород), бензол, толуол, формальдегид, фенол, стирол, аммиак, метан, сумма углеводородов.
Измеряется содержание в воздухе взвешенных частиц размером менее 2,5 микрометра (PM 2.5). В обиходе мы называем их пылью. Хотя с точки зрения химического состава все сложнее: микрочастицы смешаны с золой, сажей, дымом, сульфатами и иными веществами. Именно их специалисты признают одними из самых опасных загрязняющих веществ. Попадая в альвеолы, частицы нарушают газообмен, который происходит между легкими и кровеносными сосудами. В результате увеличивается риск сердечно-сосудистых заболеваний.
Станции проводят замеры в режиме реального времени каждые 20 минут. Таким образом исключены ситуации, когда мониторинговые службы, ключевые ведомства и жители (ведь информация в открытом доступе – подробнее ниже) могут упустить внештатную ситуацию.
Станции экомониторинга можно встретить по всему городу. Зачастую они выглядят как компактный бокс, на крыше которого установлены разные антенны и датчики. Внутри есть рабочее место для специалистов, которые приезжают настраивать и проверять работу системы. Следят за воздухом не только с земли. С 2007 года работают высотные пункты контроля, установленные на Останкинской башне.
С просьбой провести замеры в конкретных локациях города к Департаменту могут обратиться жители или контролирующие органы. Стационарные станции контроля хоть и охватывают большую часть территорий Москвы и приграничных округов области, все же эффективны только в определенном радиусе.
К тому же есть внешние переменные факторы,
которые влияют на концентрацию загрязняющих
веществ в атмосфере, – ветер, температура
воздуха и другие.
Чтобы охватить весь город, создали «отряд» передвижных лабораторий. Они установлены на трех автомобилях круглосуточной службы оперативного экологического контроля. Штатное оборудование помогает отбирать пробы воздуха для детального изучения уже в стационарной лаборатории.
С просьбой провести замеры в конкретных локациях города к Департаменту могут обратиться жители или контролирующие органы. Стационарные станции контроля хоть и охватывают большую часть территорий Москвы и приграничных округов области, все же эффективны только в определенном радиусе.
К тому же есть внешние переменные факторы,
которые влияют на концентрацию загрязняющих
веществ в атмосфере, – ветер, температура
воздуха и другие.
Чтобы охватить весь город, создали «отряд» передвижных лабораторий. Они установлены на трех автомобилях круглосуточной службы оперативного экологического контроля. Штатное оборудование помогает отбирать пробы воздуха для детального изучения уже в стационарной лаборатории.
Когда вызов срочный (например, крупный пожар), специалисты оперативно приезжают в любую точку города. Уже через 20 минут готовы результаты автоматических измерений по 11 загрязняющим веществам. Эту информацию передают в ключевые ведомства, для принятия мер (если выявлен критический уровень загрязнения). После чего вручную отбирают пробы воздуха, которые доставляют в стационарную лабораторию. Там проводят более углубленное исследование уже по расширенному перечню загрязняющих веществ.
Где найти результаты измерений
Результаты измерений автоматическими станциями в режиме реального времени обновляются на виртуальной карте mosecom.mos.ru/karta. На портале открыт доступ к метеоданным, пользователи могут наблюдать, как меняются условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере Москвы.
Кроме того, можно ознакомиться с показателями прошлых периодов. На портале открытых данных data.mos.ru выложены такие наборы данных экологического мониторинга:
Чтобы быстро найти эти данные на портале, в разделе «Категория» выберите «Справочная информация», в разделе «Поставщик» – «Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы».
- параметры загрязнения атмосферного воздуха;
- данные передвижной лаборатории контроля загрязнения атмосферного воздуха;
- динамика объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от автомобильного транспорта;
- ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения;
- параметры качества водных объектов;
- состояние зеленых насаждений (по данным наблюдения на контрольных площадках);
- состояние почв на основе суммарного показателя загрязнения;
- состояние родников (за исключением микробиологических показателей качества воды);
- участки проявления оползневых процессов.
Чтобы быстро найти эти данные на портале, в разделе «Категория» выберите «Справочная информация», в разделе «Поставщик» – «Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы».
Контроль за 52 предприятиями
Отслеживать выбросы промышленных предприятий, в том числе теплоэлектростанций, помогают автоматические системы контроля, установленные прямо на производствах. Таких систем по Москве более 200.
Данные с них в режиме реального времени поступают в единый городской фонд данных экомониторинга. Система автоматически производит расчеты выбросов и сопоставляет данные с установленными нормативами. Она же становится важным инструментом, когда Росгидромет объявляет режим неблагоприятных метеоусловий (НМУ) – погоды, при которой выбросы рассеиваются слабо, например, штиль или инверсии ветра (когда потоки воздуха дуют то в одну, то в противоположную стороны). При НМУ производства обязаны сокращать количество выбросов. Надзорные и контролирующие органы благодаря датчикам могут оперативно убедиться, соблюдается ли эта мера.
Помогает в работе и стационарное видеонаблюдение за территориями крупных промзон. У ключевых ведомств также есть доступ к видеокамерам, поэтому они контролируют выбросы в режиме онлайн.
Данные с них в режиме реального времени поступают в единый городской фонд данных экомониторинга. Система автоматически производит расчеты выбросов и сопоставляет данные с установленными нормативами. Она же становится важным инструментом, когда Росгидромет объявляет режим неблагоприятных метеоусловий (НМУ) – погоды, при которой выбросы рассеиваются слабо, например, штиль или инверсии ветра (когда потоки воздуха дуют то в одну, то в противоположную стороны). При НМУ производства обязаны сокращать количество выбросов. Надзорные и контролирующие органы благодаря датчикам могут оперативно убедиться, соблюдается ли эта мера.
Помогает в работе и стационарное видеонаблюдение за территориями крупных промзон. У ключевых ведомств также есть доступ к видеокамерам, поэтому они контролируют выбросы в режиме онлайн.
Отечественное оборудование и разработки
Метеоданные – одно из направлений, по которому в систему экомониторинга также поступают данные. Собственная сеть метеонаблюдений в режиме реального времени позволяет контролировать развитие опасных погодных явлений. В работе используется российская разработка – профилемер МТП-5. Это всепогодная, автономная система измерений профилей температуры на высоте до 1000 метров. Температуру воздуха измеряют, поскольку она является одним из факторов анализа условий рассеивания вредных примесей в атмосфере. По умолчанию, чем выше от земли, тем ниже температура. Восходящие потоки воздуха «отправляют» выбросы вверх, где они рассеиваются.
Возможна и обратная ситуация – инверсия. Это аномалия роста температуры воздуха с высотой вместо обычного понижения. Такое явление препятствует рассеиванию загрязняющих веществ в атмосфере, примеси скапливаются у земли. Профилемеры как раз позволяют определять инверсию.
В числе российского оборудования – газоанализаторы для измерения оксидов азота и аммиака в воздухе.
«Работы по совершенствованию и развитию системы активно продолжаются. Совместно с производителями и поставщиками измерительного оборудования проводятся испытания новой техники», – говорит заместитель руководителя ГПБУ «Мосэкомониторинг» Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы Евгений Никитич. По его словам, доля отечественного высокоточного лабораторного оборудования увеличена до 70%, а по отдельным направлениям, например газовой хроматографии, – до 90%.
Метеоданные – одно из направлений, по которому в систему экомониторинга также поступают данные. Собственная сеть метеонаблюдений в режиме реального времени позволяет контролировать развитие опасных погодных явлений. В работе используется российская разработка – профилемер МТП-5. Это всепогодная, автономная система измерений профилей температуры на высоте до 1000 метров. Температуру воздуха измеряют, поскольку она является одним из факторов анализа условий рассеивания вредных примесей в атмосфере. По умолчанию, чем выше от земли, тем ниже температура. Восходящие потоки воздуха «отправляют» выбросы вверх, где они рассеиваются.
Возможна и обратная ситуация – инверсия. Это аномалия роста температуры воздуха с высотой вместо обычного понижения. Такое явление препятствует рассеиванию загрязняющих веществ в атмосфере, примеси скапливаются у земли. Профилемеры как раз позволяют определять инверсию.
В числе российского оборудования – газоанализаторы для измерения оксидов азота и аммиака в воздухе.
«Работы по совершенствованию и развитию системы активно продолжаются. Совместно с производителями и поставщиками измерительного оборудования проводятся испытания новой техники», – говорит заместитель руководителя ГПБУ «Мосэкомониторинг» Департамента природопользования и охраны окружающей среды города Москвы Евгений Никитич. По его словам, доля отечественного высокоточного лабораторного оборудования увеличена до 70%, а по отдельным направлениям, например газовой хроматографии, – до 90%.
Контроль водных объектов
В столице насчитывается около 1200 рек, озер, прудов, каналов и водохранилищ. В городе есть 66 контрольных створов (проще говоря, пунктов) для наблюдения за водными объектами. Пробы здесь отбирают весь год.
Но юго-востоке Москвы, недалеко от Бесединских мостов, где Москва-река выходит из города, действует автоматическая станция контроля загрязнения воды. Вода протекает через нее без остановок и поступает на анализ – результаты записываются каждые 20 минут. Как и в случае с контролем за атмосферным воздухом, все цифры аккумулируются в едином городском фонде данных экомониторинга.
«Мосэкомониторинг» также следит за состоянием дна, берегов и водоохранных зон. По городу – 142 участка наблюдений, а общая длина маршрутных обследований составляет порядка 750 км. Инспекторы следят, чтобы берега не разрушались, и передают информацию коммунальным службам, если берегу нужно укрепление. Кроме того, специалисты смотрят, чтобы уровень воды не достигал критических отметок, в русле рек не оказывалось инородных объектов. Контролируют, чтобы не возникало стихийных свалок и не разрасталась сорная флора.
Но юго-востоке Москвы, недалеко от Бесединских мостов, где Москва-река выходит из города, действует автоматическая станция контроля загрязнения воды. Вода протекает через нее без остановок и поступает на анализ – результаты записываются каждые 20 минут. Как и в случае с контролем за атмосферным воздухом, все цифры аккумулируются в едином городском фонде данных экомониторинга.
«Мосэкомониторинг» также следит за состоянием дна, берегов и водоохранных зон. По городу – 142 участка наблюдений, а общая длина маршрутных обследований составляет порядка 750 км. Инспекторы следят, чтобы берега не разрушались, и передают информацию коммунальным службам, если берегу нужно укрепление. Кроме того, специалисты смотрят, чтобы уровень воды не достигал критических отметок, в русле рек не оказывалось инородных объектов. Контролируют, чтобы не возникало стихийных свалок и не разрасталась сорная флора.
Зеленые насаждения и почвы
В Москве находится более 130 площадок постоянного наблюдения за состоянием зеленых насаждений. Специалисты оценивают такие дендрологические параметры, как декоративность, состояние кроны и ряд других. Площадки помогают контролировать распространение вредителей и в дальнейшем принимать меры.
Кроме того, в столице также мониторят состояние почв. В этом году пробы отбирались с 313 площадок постоянного наблюдения. Помимо постоянных площадок, есть другие, где измерения происходят периодически – по мере необходимости. Всего их 1333.
Отбор проб проводят «методом конверта». На площадке размечают квадрат со стороной от одного до пяти метров. По углам квадрата, а также в центре отбирают пять точечных проб. Затем смешивают, чтобы получилось некое среднее арифметическое. Масса каждой пробы не меньше 1 кг.
Во время исследований специалисты изучают основные агрохимические свойства почв: рН, содержание органического углерода, азота, фосфора, калия, контролируют возможные процессы засоления, определяют общее содержание тяжелых металлов и органических загрязнителей – бензпирена и нефтепродуктов. Всего 25 параметров.
В Москве находится более 130 площадок постоянного наблюдения за состоянием зеленых насаждений. Специалисты оценивают такие дендрологические параметры, как декоративность, состояние кроны и ряд других. Площадки помогают контролировать распространение вредителей и в дальнейшем принимать меры.
Кроме того, в столице также мониторят состояние почв. В этом году пробы отбирались с 313 площадок постоянного наблюдения. Помимо постоянных площадок, есть другие, где измерения происходят периодически – по мере необходимости. Всего их 1333.
Отбор проб проводят «методом конверта». На площадке размечают квадрат со стороной от одного до пяти метров. По углам квадрата, а также в центре отбирают пять точечных проб. Затем смешивают, чтобы получилось некое среднее арифметическое. Масса каждой пробы не меньше 1 кг.
Во время исследований специалисты изучают основные агрохимические свойства почв: рН, содержание органического углерода, азота, фосфора, калия, контролируют возможные процессы засоления, определяют общее содержание тяжелых металлов и органических загрязнителей – бензпирена и нефтепродуктов. Всего 25 параметров.
Все загрязняющие вещества разделены на три класса опасности. Наибольшую угрозу для человека, животных и растений представляет I класс: ртуть, свинец, цинк, мышьяк и кадмий. Но следят не только за наиболее опасными. Например, постоянно анализируют количество фосфора. Фосфорные удобрения нередко используют садоводы на своих участках, чтобы повысить урожайность. Вот только его избыток в городской почве ни к чему хорошему не приведет. Превышение этого вещества приводит к раннему старению растений: они не могут качественно синтезировать другие микро- и макроэлементы, важные для питания. Поэтому «Мосэкомониторинг» и отслеживает так много показателей.
По результатам анализов в 2022 году (за 2023-й данные пока не опубликованы) отмечено улучшение качества московских почв: в 2,4 раза снизилось загрязнение нефтепродуктами за последние 10 лет. 95% обследованных территорий характеризуются минимальным за последние 10 лет загрязнением почв тяжелыми металлами.
За геологическими процессами «Мосэкомониторинг» также ведет контроль. В центре внимания территории, где вероятны оползни и провалы грунтов. Разработаны «умные» системы контроля, которые фиксируют ситуацию в динамике и сигнализируют о критических изменениях, для оперативного принятия мер. Создана также 3D-модель оползневых склонов, которая позволяет специалистам более детально контролировать происходящие на участках процессы.
За геологическими процессами «Мосэкомониторинг» также ведет контроль. В центре внимания территории, где вероятны оползни и провалы грунтов. Разработаны «умные» системы контроля, которые фиксируют ситуацию в динамике и сигнализируют о критических изменениях, для оперативного принятия мер. Создана также 3D-модель оползневых склонов, которая позволяет специалистам более детально контролировать происходящие на участках процессы.