Разработка интеллектуальной программно-аппаратной системы мониторинга, визуализации и анализа городских данных с использованием сети мобильных сенсоров

Руководитель проекта: Едилхан Дидар

Источник финансирования: ГФ КМУ МНВО РК​

Годы реализации: 2024–2026​​

Объем финансирования: 90 млн.тенге​

Цель проекта: создание интеллектуальной системы мониторинга качества воздуха и уровня шума на основе сети мобильных сенсоров, с анализом пространственно-временных данных и визуализацией результатов для принятия точечных решений городской администрацией.​ 

Актуальность проекта: проект направлен на решение актуальных экологических проблем Астаны – загрязнение воздуха и высокий уровень шума, которые напрямую влияют на здоровье горожан. Система на базе мобильных сенсоров, IoT и облачных технологий позволит в режиме реального времени собирать и анализировать пространственно-временные данные, а также строить прогнозы и визуализации. Это обеспечит более точный контроль за экологической ситуацией и поможет администрации принимать своевременные меры. Решение экономически эффективно и может быть масштабировано для других городов. 

1. Литературный обзор и анализ современных решений и научно-исследовательских работ в области сбора, анализа и визуализации пространственно-временных данных в реальном времени с использованием мобильных сенсоров, IoT решений, облачных систем хранения и машинного обучения.  
2. Проектирование архитектуры и разработка интеллектуальной системы мониторинга, оценки и анализа городских данных в реальном времени с использованием мобильных сенсоров. Система будет включать алгоритм перемещения мобильных сенсоров на примере Астаны с применением теории графов и решением задачи оптимизации для покрытия множества точек за минимальное время и перемещения. 
3. Анализ пространственно-временных данных по качеству воздуха и уровню шума в реальном времени. Статистический анализ и построение модели позволят получить закономерности, найти шаблонные признаки и сильные отклонения, построить корреляцию показателей по загрязненности воздуха и шума города Астана. На основе данных, будет построена прогнозная модель с помощью алгоритмов машинного и глубинного обучения. 
4. Интерактивная визуализация результатов сбора и анализа городских данных в единой интеллектуальной системе включая результаты результаты модели прогнозирования на карте города Астана. Система послужит удобным и интуитивно понятным интерфейсом для простых пользователей и администрации города.
5. Исследование влияния уровня загрязненного воздуха и высокого шума на здоровье человека с привязкой к локации, времени суток и сезону на основе международных стандартов. 
6. Публикация не менее 2 (двух) статей в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science или имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти), и не менее 2 (двух) статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных КОКНВО, и не менее 1 (одного) патента на изобретение (включая положительное решение по нему).

1. Литературный обзор и анализ современных исследований в области сбора, анализа и визуализации пространственно-временных городских данных в реальном времени. 
2. Концептуальная архитектура интеллектуальной программно-аппаратной системы мониторинга, оценки и анализа городских данных по качеству воздуха и уровню шума.
3. Результаты анализа городских данных, закономерности и аномалии в данных, а также результаты анализа корреляции показателей качества воздуха и уровня шума от других социально-экономических показателей.
4. Оптимальный алгоритм перемещения мобильной сети сенсоров в городе Астана для измерения показателей качества воздуха и уровня шума с учетом особенностей местности. 
5. Прогнозная модель оценки уровня загрязнения воздуха и шума в городе Астана на несколько дней вперед с использованием дополнительных открытых наборов данных. 
6. Интеллектуальная информационная система мониторинга, визуализации и анализа городских данных с удобным интерфейсом и наглядной картой по уровню загрязненности воздуха и шума в городе Астана 
7. Набор детальных рекомендаций показателей качества воздуха и уровня шума в определенных локациях города и обзор влияния показателей на качество жизни горожан.
8. Не менее 2 (двух) статей в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science или имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти), и не менее 2 (двух) статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных КОКНВО, и не менее 1 (одного) патента на изобретение (включая положительное решение по нему).

1. Разработана комплексная архитектура и структурная модель системы сбора данных в режиме реального времени с использованием технологии интернета вещей из мобильных сенсоров. ​​ 
2. Разработана комплексная архитектура программно-аппаратной системы с указанием используемых технологий и вариантов интеграции.​​ 
3. Разработана структурная модель сбора данных из мобильного набора сенсоров и передачи информации в облачную систему хранения данных.​​ 
4. Оформлен литературный обзор, анализ и научное обоснование предложенной комплексной архитектуры программно-аппаратного комплекса и структурной модели сбора данных.​​ 
5. Разработан оптимальный алгоритм перемещения мобильной сети сенсоров в Астане с использованием теории графов и открытых картографических интерфейсов. ​ 
6. Опубликована статья на тему «Analysis and assessment of air quality in Astana: comparison of pollutant levels and their impact on health» в журнале, рекомендованном КОКНВО РК – «Scientific Journal of Astana IT University» 
7. Разработана комплексная система сбора данных по качеству воздуха и уровня шума в динамическом режиме. 
8. Сформулирована структурная модель и сформулированны алгоритмы сбора, анализа и визуализации данных из мобильного набора сенсоров. 
9. Предоставлены результаты тестирования работы системы и набор данных по Астане. 
10. Опубликована статья на тему «Spatio-Temporal Analysis Of Air Quality And Noise Pollution: Advanced Statistical Methods And Predictive Modeling» в журнале, рекомендованном КОКНВО РК – «Вестник ВКТУ». 
11. Опубликована статья на тему «Comparative Analysis of IoT Wireless Technologies Communications through Experimental Simulations» в журнале, цитируемый в базе данных Scopus – «Procedia Computer Science». 
12. Опубликована статья на тему «Интеллектуальная модель поиска оптимального маршрута покрытия всех улиц с ограничениями по перемещениям» в журнале, цитируемый в базе данных Scopus – «International Journal of Information and Communication Technology».