Осмоловка как идея

Идея проекта AirMQ зародилась более двух лет назад в результате общения с активистами, которые выступали против сноса Осмоловки — небольшого квартала двухэтажной застройки в самом сердце Минска. В январе прошлого года стало известно, что район стал частью охранной зоны, и дамоклов меч над ним убрали. Но до этого вероятность сноса утопающего в зелени, уютного и тихого района была.

— На этой волне у нас с Михаилом Дорошевичем родилась идея сравнить качество воздуха внутри самого района и по его периметру, — рассказывает разработчик оборудования Иван Бецун. — Мы решили придумать датчики, которые можно будет развесить по кварталу и его наружной границе.

Иван приступил к прототипированию различных вариантов датчиков. Начал с простых и доступных, которые используются в любительском конструировании, но вскоре переключился на устройства посерьезнее. За это время был испытан не один десяток датчиков — как пылевых, так и атмосферных, — пока не остановились на оптимальной конструкции.

Иван Бецун в 1990-х окончил РТИ (ныне БГУИР) по специальности «Радиотехника», на старших курсах поработал конструктором-разработчиком, основал собственную компанию «Датастрим», работал в сфере телекоммуникаций, занимал должность директора представительства ZyXEL в Беларуси. Сейчас появилось свободное время, чтобы вернуться к профессии, которой когда-то учился.

— Сперва это все собиралось руками довольно примитивным способом — сначала на макетных платах, потом изготавливали их лазерно-утюжным методом.

Это способ, при котором схема платы печатается лазерным методом на глянцевой бумаге, а потом с помощью утюга переносится на текстолит, — удивительная по своей находчивости и требующая использования лишь подручных средств техника.

— Затем появилась возможность заказывать малые партии плат на китайских фабриках. Конструируем плату, создаем дизайн, отправляем производителю — сейчас это основной вариант для быстрого прототипирования. Если повезет с логистикой, готовые платы могут приехать за две-три недели.

Иван отмечает, что в интернете уже можно найти с десяток контактов таких китайских заводов, приемлемых по качеству, стоимости и срокам изготовления.

— Китайские производители печатных плат создали очень удобные сервисы для удаленного заказа печатных плат. Процесс заказа прост и открыт, и можно в онлайне наблюдать за всем процессом производства. Достаточно дружелюбно для любого конструктора.

Из эксперимента в Осмоловке Иван извлек несколько важных выводов. Во-первых, с помощью относительно дешевых и доступных китайских датчиков можно делать сенсорные системы, которые показывают весьма адекватные результаты. Конечно, если подходить к их выбору внимательно.

— Выбор огромный. Есть датчики совершенно игрушечные, которые показывают большую разбежку параметров и погрешность.

Во-вторых, по результатам полугодовых измерений стало понятно, что качество воздуха на той стороне квартала, где есть интенсивный трафик, значительно отличается от воздуха внутри квартала. Средние значения разбегались почти на 50% — конечно, не в пользу воздуха, который был по периметру.

И в-третьих, разрешающая способность этих датчиков позволяет измерять пылевой след практически от каждого автомобиля индивидуально. А если располагать датчики в точках концентрации автомобилей, например на перекрестке со светофором, то загрязненность воздуха становится заметна еще больше.

В итоге Иван и активисты могли наблюдать, что в определенные часы днем загрязненность пылью была гораздо выше, чем ночью.

Экологи по всему миру, как и СМИ, с приходом в различные уголки мира пандемического карантина удивлялись, каким чистым, оказывается, может быть воздух в, казалось бы, безнадежно загазованных регионах. Загрязнение воздуха выбросами промышленности и транспорта является одной из причин развития сердечно-сосудистых, респираторных и онкологических заболеваний. Потому так важно знать, чем ты дышишь, чтобы принимать как повседневные решения (о выборе момента для проветривания квартиры), так и масштабные (о том, где ты будешь жить и каким воздухом будет дышать твоя семья).

Что за датчик?

На эксперименте в Осмоловке решили не останавливаться. Появился план, состоящий из нескольких частей, обратились за содействием к экоактивистам. Сперва нужно понять, что проект AirMQ — это общественная инициатива. Соответственно, заоблачных бюджетов у него нет. Есть достаточно много примеров из мирового опыта, где подобные проекты по отслеживанию загрязнения воздуха развиваются как общественные. Бюджет ограничен компонентами, львиную долю стоимости которых составляют сами сенсоры. Поэтому самые массовые проекты по измерению качества воздуха ограничиваются измерением пыли — твердых и аэрозольных частиц.

— Понятно, что это не единственный загрязнитель, но косвенно концентрация пыли говорит о наличии и других загрязняющих веществ — особенно в городской среде, где микс основных загрязнителей хорошо известен и распространен.

Вторая характеристика общественных проектов — это отсутствие спонсора. Они стихийно образуются с инициативой снизу, и заинтересованные пользователи сами подключаются к нему. По какой-то общей методике они собирают свои датчики, устанавливают их и становятся источниками информации.

— Чем больше таких источников, тем выше точность измерения. Можно использовать корреляцию между показаниями датчиков из одной зоны и тем самым повышать точность системы в целом.

Иван подчеркивает, что команда проекта проанализировала опыт, достоинства и недостатки большого количества похожих проектов по всему миру. Как коммерческих, так и стихийных. Все они основываются на доступных в продаже датчиках и микроконтроллерах.

—  Мы решили улучшить аппаратную часть, сделав ее пригодной для добавления новых типов датчиков. И в то же время более надежной и гибкой с точки зрения электропитания, что придало бы датчикам автономность. Но при этом обеспечить и сохранить открытость проекта, возможность собирать датчики самостоятельно и подключаться к системе.

Дописываем документацию, по которой любой желающий сможет собрать датчик из доступных в Беларуси или в китайских интернет-магазинах компонентов. Можно будет подключиться к проекту и получать данные как для себя, так и для общего дела — они будут отображаться на карте, доступной каждому.

Нынешняя базовая конструкция датчика измеряет концентрацию пыли (PM1.0 с размерами 0,3—1 мкм, PM2.5 с размерами 1—2,5 мкм, PM10 с размерами 2,5—10 мкм) и атмосферные параметры (температуру, влажность и давление). Себестоимость такого комплекта для самостоятельной сборки составляет от $20 до $30. Помимо платы датчиков, он состоит из платы контроллера Wi-Fi, воздуховода, пластикового корпуса, кронштейна для крепления к стене и кабеля питания USB. Черная коробочка крепится на кронштейн, питается от розетки, аккумулятора или солнечной панели, подключается к домашней Wi-Fi-сети, регистрируется на сервере и раз в минуту передает туда измеренные данные. Пользователю остается с помощью приложения задать параметры Wi-Fi и указать точку геолокации датчика.

— Конструкция модульная, позволяет устанавливать разные платы датчиков. Сейчас мы их активно разрабатываем. Есть датчик радиации со счетчиком Гейгера, есть платформа для электрохимических датчиков, с которой можно использовать широкий спектр газовых сенсоров. Это довольно сложная область, так как такие датчики требуют комплексной калибровки, методика которой индивидуальна для каждого типа датчика.

На подходе датчики для измерения концентрации двуокиси азота и других городских загрязнителей.

Где и зачем?

Несколько датчиков проекта AirMQ установлены за пределами Минска, в других городах Беларуси. Вместе с экологами сперва были выбраны семь городов, в которых будут проводиться замеры. Но потом решили не ограничивать географию проекта этими точками и постараться обеспечить равномерное покрытие карты.

Как выбираются места для установки датчиков? Проект общественный, так что первым критерием является желание гражданина повесить такой датчик у себя за окном или на балконе. Но, конечно, если заявка пришла из того места, где уже есть датчик, то рассматривать в первую очередь ее не станут. Также есть требования к высоте установки.

— Мы стараемся измерять приземный слой. Тот воздух, которым дышат пешеходы. Отсюда и ограничение по высоте: не выше третьего этажа.

Нам интересно контролировать воздух там, где он наиболее загрязнен. Часто мы отталкиваемся от мнения людей, которые считают, что воздух там, где они живут, является достаточно грязным. Таких мест в Беларуси достаточно — не меньше десятка из тех, что на слуху.

Один из примеров — завод «Омск Карбон Могилев» по производству технического углерода. Ему экологи приписывают выброс твердых частиц осенью 2018 года во время тестового запуска. Тогда руководство завода открестилось от выброса сажи.

— Есть цементные заводы, которые по определению выбрасывают достаточно много пылевых частиц. Есть ряд промышленных предприятий, вокруг которых экологическая обстановка действительно не самая благоприятная.

Мы, наверное, в основном будем концентрироваться на городах, на измерении транспортных загрязнений, но при этом не исключаем и промышленные загрязнения. И для контраста будем размещать датчики там, где загрязнение воздуха минимально. У Белгидромета эталонная станция с нулевым уровнем размещена в Березинском заповеднике — гипотетически самом чистом месте.

Иван отмечает, что сейчас на государственных станциях по замеру качества воздуха проходит модернизация. До недавних пор они публиковали данные в виде еженедельных отчетов, в которых фиксировались факты превышения усредненных предельно допустимых параметров качества воздуха. А при таком подходе невозможно уловить момент кратковременного выброса, который может не оказать влияния на среднесуточный показатель.

— Это то, что двигало нами в развитии AirMQ. Государственная сеть контроля качества воздуха не в состоянии оперативно отслеживать случаи загрязнения, которые волнуют людей больше всего.

Если что-то случается, люди пишут жалобу в санэпидемслужбу, эксперты приезжают на место, делается отбор проб воздуха, их отвозят в лабораторию, проверяют и в установленный срок выдают заключение. И в 90% случаев ничего не обнаруживается. С одной стороны, потому что специалисты приезжает слишком поздно, когда предмет загрязнения просто улетучился или его сдуло ветром. С другой стороны, таким веществам, как, например, меркаптаны, достаточно ничтожных концентраций, чтобы вызвать у населения критическое ощущение дискомфорта, при этом уловить их присутствие в открытой атмосфере почти нереально.

Получается замкнутый круг: жители, которые сталкиваются с такими трудностями, не могут понять, почему государство не в состоянии ничего изменить, а государство не хочет и не может подтвердить наличие проблемы, потому что технически не в состоянии ее зафиксировать.

А независимые измерения могли бы отсечь мистификации и кривотолки, которые возникают вокруг таких ситуаций. Как в случае с минской ТЭЦ-4, которую временами подозревают в сжигании резервного топлива — мазута.

— Мы сейчас предлагаем установить там несколько датчиков. Попробуем фиксировать запах мазута с помощью датчика органических летучих соединений, который очень чутко реагирует на любую органику, углеводороды, эфирные масла.

---

Иван резюмирует: планов много, проект, можно сказать, находится на начальной стадии реализации. Доступ к данным планируют сделать открытым, работают над API, который позволит сторонним разработчикам использовать массив информации.

— Само наличие таких данных может порождать дополнительные проекты аналитического характера. Учитывая наличие в стране интереса к открытым данным, это вполне может развиться во что-то плодотворное.

Читайте также:

• «Даю установку!» Рассасываем рубцы памяти и вспоминаем Кашпировского
• По пунктам: чем ноутбук на Windows хуже MacBook за ту же цену

Хроника коронавируса в Беларуси и мире. Все главные новости и статьи здесь

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Самые оперативные новости о пандемии и не только в новом сообществе Onliner в Viber. Подключайтесь

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by