Цифровизация экологического мониторинга урбанизированных территорий: интеграционный подход к оценке качества воздуха на основе гетерогенных источников данных
Ключевые слова:
интегрированный экологический мониторинг, качество атмосферного воздуха, гетерогенные источники данных, сенсорные сети, цифровые технологии в экологииАннотация
Стремительная урбанизация и сопутствующее ухудшение качества атмосферного воздуха определяют необходимость совершенствования методологии экологического мониторинга для принятия своевременных и обоснованных управленческих решений. Настоящее исследование направлено на разработку и валидацию комплексной системы оценки качества воздуха урбанизированных территорий, интегрирующей данные разнородных источников: стационарных постов наблюдения, мобильных датчиков, систем дистанционного зондирования и краудсорсинговых платформ. Методология основана на мультипараметрическом подходе, сочетающем пространственно-временное моделирование распространения загрязняющих веществ, алгоритмы машинного обучения для интеграции гетерогенных данных и геостатистический анализ для валидации результатов. Эмпирическую базу составили данные 27 городов Российской Федерации с различными природно-климатическими условиями и структурой загрязнения, собранные на протяжении 2019-2023 гг. Результаты свидетельствуют о значительном повышении точности прогнозирования концентраций загрязняющих веществ при использовании интеграционной модели (средняя ошибка прогноза снижена на 43,7% по сравнению с традиционными методами). Разработанный алгоритм калибровки обеспечивает корректную интерпретацию данных малобюджетных сенсоров, что расширяет возможности для децентрализованного мониторинга. Предложенная система визуализации позволяет формировать динамические карты загрязнения с высоким пространственным разрешением (до 50 м), что обеспечивает детальное выявление проблемных зон и моделирование сценариев распространения загрязнений. Полученные результаты формируют методологическую и технологическую основу для развития системы цифрового экологического мониторинга, соответствующего современным требованиям управления качеством окружающей среды и принципам устойчивого развития
Библиографические ссылки
World Health Organization. WHO global air quality guidelines: particulate matter (PM2.5 and PM10), ozone, nitrogen dioxide, sulfur dioxide and carbon monoxide. Geneva: World Health Organization, 2021. 273 p.
Castell N., Dauge F.R., Schneider P., Vogt M., Lerner U., Fishbain B., Broday D., Bartonova A. Can commercial low-cost sensor platforms contribute to air quality monitoring and exposure estimates? // Environment International. 2017. Vol. 99. pp. 293-302. DOI: 10.1016/j.envint.2016.12.007.
Snyder E.G., Watkins T.H., Solomon P.A., Thoma E.D., Williams R.W., Hagler G.S.W., Shelow D., Hindin D.A., Kilaru V.J., Preuss P.W. The changing paradigm of air pollution monitoring // Environmental Science & Technology. 2013. Vol. 47. № 20. pp. 11369-11377. DOI: 10.1021/es4022602.
Касимов Н.С., Власов Д.В. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах российских городов (по данным ежегодных докладов Росгидромета) // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2018. № 3. С. 14-22.
Ревич Б.А. Риски здоровью населения в «горячих точках» от химического загрязнения Арктического макрорегиона // Проблемы прогнозирования. 2020. № 2. С. 148-157.
Rappaport S.M., Smith M.T. Environment and disease risks // Science. 2010. Vol. 330. № 6003. pp. 460-461. DOI: 10.1126/science.1192603.
Akimoto H. Global air quality and pollution // Science. 2003. Vol. 302. № 5651. pp. 1716-1719. DOI: 10.1126/science.1092666.
Brauer M., Freedman G., Frostad J., van Donkelaar A., Martin R.V., Dentener F. et al. Ambient air pollution exposure estimation for the Global Burden of Disease 2013 // Environmental Science & Technology. 2016. Vol. 50. № 1. pp. 79-88. DOI: 10.1021/acs.est.5b03709.
Castell N., Dauge F.R., Schneider P., Vogt M., Lerner U., Fishbain B., Broday D., Bartonova A. Can commercial low-cost sensor platforms contribute to air quality monitoring and exposure estimates? // Environment International. 2017. Vol. 99. pp. 293-302. DOI: 10.1016/j.envint.2016.12.007.
Kumar P., Morawska L., Martani C., Biskos G., Neophytou M., Di Sabatino S., Bell M., Norford L., Britter R. The rise of low-cost sensing for managing air pollution in cities // Environment International. 2015. Vol. 75. pp. 199-205. DOI: 10.1016/j.envint.2014.11.019.
Lelieveld J., Evans J.S., Fnais M., Giannadaki D., Pozzer A. The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale // Nature. 2015. Vol. 525. pp. 367-371. DOI: 10.1038/nature15371.
Mead M.I., Popoola O.A.M., Stewart G.B. et al. The use of electrochemical sensors for monitoring urban air quality in low-cost, high-density networks // Atmospheric Environment. 2013. Vol. 70. pp. 186-203. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2012.11.060.
Morawska L., Thai P.K., Liu X. et al. Applications of low-cost sensing technologies for air quality monitoring and exposure assessment: How far have they gone? // Environment International. 2018. Vol. 116. pp. 286-299. DOI: 10.1016/j.envint.2018.04.018.
Rappaport S.M., Smith M.T. Environment and disease risks // Science. 2010. Vol. 330. № 6003. pp. 460-461. DOI: 10.1126/science.1192603.
Snyder E.G., Watkins T.H., Solomon P.A., Thoma E.D., Williams R.W., Hagler G.S.W., Shelow D., Hindin D.A., Kilaru V.J., Preuss P.W. The changing paradigm of air pollution monitoring // Environmental Science & Technology. 2013. Vol. 47. № 20. pp. 11369-11377. DOI: 10.1021/es4022602.
