Институтът GATE изследва качеството на въздуха чрез симулации

Симулация на вятъра около висока сграда

Институтът GATE изследва качеството на въздуха чрез симулации

Симулациите изследват замърсителите на въздуха според движението на вятъра и в зависимост от разположението и височината на сградите

Майя Бойчева-Манолчева
475 прочитания

Симулация на вятъра около висока сграда


През 2020 година Институтът GATE при Софийския университет, в партньорство със Столичната община, "Софияплан", университета "Чалмърс" в Гьотеборг, Швеция, и университета "Твенте" в Нидерландия стартира пилотен проект за изграждане на цифров двойник на София. Основната му цел е да предостави технологична среда за проектиране, експериментиране и оптимизиране на града, с което да се подпомогне интелигентното взимане на решения въз основа на данни.

Три пилотни сценария

Цифровият двойник се фокусира върху три пилотни сценария:

  • Параметрично градско планиране. В сътрудничество със "Софияплан" екипът на GATE разработва инструменти за параметрично градско планиране. За целта се използват предварително дефинирани индикатори, регулации и правила, свързани с населението, зелените площи, транспортната свързаност, наличната инфраструктура и др. В момента се разработва модел за идентифициране на недостига на детски градини в София и препоръчване на потенциално местоположение за нови. "Чрез този модел може да отпадне районирането, а като основен фактор за прием да се взима 10-минутното пешеходно разстояние от дома на детето до детската градина. Така, ако детето живее в един квартал, а по-близката детска градина е в съседния, то ще може да се запише в по-близката детска градина независимо от квартала в адресната регистрация. Подобно решение би намалило автомобилния трафик, породен от необходимостта децата да се придвижват до детска градина на големи разстояния", обяснява проф. д-р Десислава Петрова-Антонова, ръководител на научната група "Градове на бъдещето" в института.
  • Соларен потенциал на сгради. Изследването на соларния потенциал на сградите е свързано със създаване на пилотен 3D модел на район "Лозенец", който представя геометрията на сградите, включително техните покривни конструкции. "Задачата е предизвикателна предвид комбинирането на данни от различни източници с различна резолюция и времева компонента - кадастрални данни, ортофотоизображение, сателитни снимки и др.", коментира д-р Петрова-Антонова.
  • Качество на атмосферния въздух. Изследването на качеството на атмосферния въздух се развива в две направления: 1. Симулация на разпространението на замърсителите на микрообхват в градска среда, например в един квартал, и в затворено помещение; 2. Анализ на качеството на въздуха с цел предсказване на замърсяването във времето и пространството.

Замърсяването на въздуха е сложна смес от прахови частици и газове. Фините прахови частици (ФПЧ) 2.5 се отделят както от естествени източници като горски пожари и прах, така и от човешки дейности като отопление и готвене с твърди горива и газ.

"Приложните научни изследвания и базираните на тях решения имат изключително важна роля в предоставянето на добавена стойност от данните - знания и инструменти, подпомагащи взимане на информирани решения и предприемане на адекватни и ефективни мерки."

Проф. д-р Десислава Петрова-Антонова
Проф. д-р Десислава Петрова-Антонова

Ръководител на научната група "Градове на бъдещето" в института GATE

"Замърсяването на въздуха продължава да бъде водещ проблем за здравето в България, където голяма част от населението живее в райони, които не отговарят на препоръката на Световната здравна организация за ниво на замърсяване. Дългосрочното излагане на замърсен въздух повишава риска от редица заболявания, включително когнитивни нарушения", коментира д-р Петрова-Антонова. "Това ни мотивира да работим по създаването на модели за анализ и симулация на качеството на въздуха. Комбинирайки различни данни, могат да се открият сложните взаимовръзки между нива на замърсяване и техните източници, метеорологични условия, организация на градската среда, начините на придвижване на хората и т. н.", обяснява тя.

Статията е част от тематичния доклад "Digitalk Report | ESG - Environmental, Social, Governance" на Digitalk от 06/2022 г. Цялото издание можете да намерите в дигиталната библиотека.

Симулациите, които GATE реализира, изследват разпространението на замърсителите на въздуха въз основа на движението на вятъра (неговата посока и скорост) и в зависимост от разположението и височината на сградите (т.нар. геометрия на сградите). По думите на д-р Петрова-Антонова това ще помогне да се вземат информирани решения за построяването на нови сгради, така че да не пречат на естествената вентилация на градската среда.

За да се предскаже разпространението на азотен диосид (NO2) в пространството, в института използват данни от Изпълнителната агенция по околна среда (ИАОС) и данни от платформата AirThings на Столичната община. Анализът позволява да се определи нивото на замърсяване на произволно местоположение, дори и в близост да няма станция за наблюдение на качеството на въздуха.

Разработен е и модел, който извършва предсказване на нивата на всички замърсители (CO, NO2, O3 and PM2.5), измервани във всички станции на ИАОС с гранулярност 1, 3, 6, 12 и 24 часа.

Лаборатория в градска среда

Част от инфраструктурата на института е лабораторията в градска среда, която се изгражда на територията на район "Лозенец" (предстоящо откриване през есента на тази година). Целта ѝ е да подпомогне събирането на данни, необходими за изследването на процесите и явленията в града, включително замърсяването на атмосферния въздух. Така данните, получавани в реално време, могат да се интегрират в 3D модела на пилотния район. В момента в лабораторията са инсталирани 12 станции за качество на атмосферния въздух, от които едната е позиционирана до новата сграда на института. Станциите отчитат нивата на газовите замърсители на въздуха и фините прахови частици, дават информация за посока и скорост на вятъра, температура, влажност, налягане и количество на валежите. Допълнително са инсталирани 60 сензора за шум, отчитащи нивата на шума и неговата посока, както и 50 сензора за преброяване на пешеходци. Лабораторията е оборудвана и с дрон за лазерно сканиране и въздушно заснемане, като вече са реализирани и първите тестови пилотни мисии.

Разпокъсаност на данните

Основният проблем, с който се сблъсква екипът на института, е, че данните за качеството на въздуха са разпокъсани между различни организации, съхраняват се в различен формат с различна гранулярност и липсва единен унифициран достъп до тях. Част от данните се намират в Изпълнителната агенция по околна среда, други са в общината - чрез проекта AirThings, платформата Air.bg също следи нивата на фините прахови частици, а метеорологични данни основно се събират в Института по метеорология и хидрология. Затова GATE подготвя създаването на пилотно пространство за данни за качеството на въздуха, където тази информация ще може да се достъпва по стандартизиран начин от заинтересовани страни. GATE e българският хъб на Международната асоциация за пространство на данни (International Data Spaces Association - IDSA), който насочва и обединява националните усилия в посока използване и споделяне на данни както в бизнеса, така и в обществено значими области. Като такъв той е движеща сила в ангажирането на бизнеса и публичните и градските администрации, както и инкубатор и акселератор, който ускорява създаването на иновациите, базирани на обмена на данни и изкуствен интелект и тяхното използване на национално и регионално ниво.

"Данните за текущото замърсяване на въздуха са изключително тревожни. Статистиката показва повече от 200 смъртни случая на 100 000 жители (статистика от Европейската агенция по околна среда). Това поставя градове като София и Пловдив с най-висок процент на смъртност, свързана с лошото качество на въздуха", коментира д-р Десислава Петрова-Антонова. Според нея това налага незабавни действия както от политическа, така и от регулаторна и гражданска гледна точка. "Затова приложните научни изследвания и базираните на тях решения имат изключително важна роля в предоставянето на добавена стойност от данните - знания и инструменти, подпомагащи взимане на информирани решения и предприемане на адекватни и ефективни мерки", допълва тя.

През 2020 година Институтът GATE при Софийския университет, в партньорство със Столичната община, "Софияплан", университета "Чалмърс" в Гьотеборг, Швеция, и университета "Твенте" в Нидерландия стартира пилотен проект за изграждане на цифров двойник на София. Основната му цел е да предостави технологична среда за проектиране, експериментиране и оптимизиране на града, с което да се подпомогне интелигентното взимане на решения въз основа на данни.

Три пилотни сценария

С използването на сайта вие приемате, че използваме „бисквитки" за подобряване на преживяването, персонализиране на съдържанието и рекламите, и анализиране на трафика. Вижте нашата политика за бисквитките и декларацията за поверителност. ОК