С помощта на изкуствен интелект изследователи разработват виртуални градове в опит да помогнат на органите в прогнозирането на замърсяването в градска среда и да предприемат мерки там, където е най-необходимо.

От Антъни Кинг

В градовете замърсяването на въздуха може да варира рязко между отделните улици. Изгорелите газове могат да се задържат между високи сгради, да се събират на оживени кръстовища или да се разнасят към училищна врата. Въпреки това градските власти често не разполагат с подробните прогнози, необходими за предприемане на мерки, преди нивата да станат опасни.

Според професор Соледад Ле Кленш, специалист по приложна математика в Техническия университет в Мадрид и ръководител на изследователската група ModelFLOWs, по-доброто разбиране за движението на въздушните маси в градска среда би могло да помогне в борбата с едно от най-големите предизвикателства в областта на околната среда и здравето в Европа.

Le Clainche работи с изследователи в Белгия, Нидерландия, Швеция и Обединеното кралство в рамките на финансиран от ЕС научноизследователски проект, наречен MODELAIR, за да подобри познанията за невидимите, силно обособени от местните условия модели на градско замърсяване.

„На много места се разработват инструменти за измерване на замърсяването на въздуха, но ние сме първите, които изчисляват в реално време замърсяването в три измерения в изследваните от нас градските райони“, споделя тя.

Виртуални градове на основата на ИИ

Изследователите от MODELAIR разработват основани на ИИ 3D цифрови близнаци на градовете. Чрез съчетаване на компютърни симулации, данни от сензори и 3D модели те предоставят картина в реално време на качеството на въздуха в градовете на ниво улица.

Целта е да се подпомогнат градските власти да вземат по-обосновани решения относно планирането на движението, местния мониторинг и точките, където да се приложат мерки за контрол на замърсяването. Изследването допълва мисията на ЕС за неутрални по отношение на климата и интелигентни градове, която помага за намаляване на емисиите и подобряване на градския живот в европейските градове.

Понастоящем инструментите се изпитват в Брюксел, Мадрид и Бристол. Всеки град си поставя за цел да бъдат проучени различни начини на използване — от разбиране на въздействията на градското устройство до подобряване на наблюдението на място и тестване на ответните мерки.

По-голямата част от хората в европейските градове са изложени на нива на замърсяване на въздуха, които надвишават нивата, които Световната здравна организация (СЗО) счита за безопасни. Замърсяването на въздуха повишава риска от сърдечни заболявания, инсулт и различни видове рак, както и влошава състоянието при астма и респираторни инфекции. Макар и често да не се вижда с просто око, то е сериозен проблем.

Според изчисления на Европейската агенция за околна среда през 2023 г. намаляването на замърсяването на въздуха до нивата, посочени в насоките на СЗО, е могло да предотврати 182 000 смъртни случая от фини прахови частици, 63 000 от излагане на замърсяване с озон и 34 000 от азотен диоксид в 27-те държави — членки на ЕС.

Според СЗО нови данни сочат, че замърсяването на въздуха също е възможна причина за възникването на деменция, като най-тежките последици за здравето в резултат на замърсяването са били в страни от Източна и Югоизточна Европа .

Въпреки че като цяло замърсяването на въздуха в Европа е намаляло, продължават да се появяват изненадващи нови данни за вредите от него. В проучване от 2025 г. е установено, че експозицията на често срещани малки частици и азотни оксиди във въздуха през първите 18 години от живота е свързана с по-лошо сърдечносъдово здраве, особено с повишено кръвно налягане при младите хора.

Точност до нивото на улицата

Le Clainche и колегите й се стремят да излязат извън рамките на обичайния обобщителен поглед върху нивата на замърсяване в даден град.

Екипът използва агенти с изкуствен интелект – софтуерни асистенти, които непрекъснато събират информация от сензори, метеорологични прогнози и компютърни модели, за да изготвят конкретни прогнози по места.

Някои от методите на проекта вече са достъпни чрез приложението с отворен код ModelFLOWs-App.

Наличните днес модели могат да ни дадат полезна информация, но те не винаги отразяват пълната картина, необходима за прилагане на действия. Предизвикателството е да се комбинира цялата информация, с която разполагаме — от станциите за мониторинг на качеството на въздуха и други ограничени източници на данни — с много подробни симулации за движението на въздуха в даден град. 

„Затова създадохме MODELAIR – с негова помощ можем да правим много по-точни прогнози за това как замърсителите се разпространяват в градските райони“, споделя Алесандро Паренте, експерт по въздушните потоци и използването на изкуствен интелект за цифрови двойници в Свободния университет в Брюксел, Белгия, и член на екипа на MODELAIR.

„Градските власти се затрудняват да вземат решения по въпроса за замърсяването на въздуха“, добави той. 

Инициативата започва през 2023 г. и съчетава компютризирани триизмерни копия на градовете с експерименти с аеродинамична тръба, за тестване и прецизиране на прогнозите.

Ответни действия в реално време

В сложната триизмерна градска среда е трудно да се изясни поведението на частиците и газообразните замърсители, тъй като променливи като налягане, вятър и топлина могат да се изменят на всеки час и да влияят на нивата на замърсяване.

Паренте споделя, че целта на екипа е учените да си взаимодействат с агентите с изкуствен интелект, с цел да се запълнят пропуските и да се прогнозира какво се случва на конкретен ъгъл или кръстовище.

„Агентите на ИИ събират експериментални данни, изготвят прогнози и предлагат възможни отговори“, казва Паренте. „Но е важно да е ясно, че ИИ може да прави само предложения. Учените все пак трябва да оценят тези предложения и в крайна сметка политиците трябва да решат дали и как да предприемат действия въз основа на тях.“

Информацията в реално време би могла да помогне на отговорните градски служители да претеглят различни варианти, например да променят транспортните потоци или да решат къде да разположат местната промишленост.

„Чрез начина, по който се изграждат новите квартали в града, може да се пренасочи трафикът, за да се избегнат задръстванията, или да се контролира по добре ефекта на „топлинния остров“, заяви Ле Кленш.

Градските топлинни острови се образуват, защото асфалтът, бетонът и сградите задържат топлината, което спомага за образуването на озон и задържа замърсителите на определени улици.

Градоустройствено планиране, пренасочване на движението

Изкуственият интелект би могъл да предложи засаждане на дървета на конкретни места, за да се намалят температурите, да се абсорбират някои замърсители и да се създаде сянка, например. В крайна сметка учените и политиците ще използват подробната информация на ниво улица, предоставена от цифровия двойник, за да решат къде точно да предприемат мерки.

„Цифровият близнак е инструмент, който ще наподобява малка част от града, като ни дава информация за това как даден модел на въздушен поток е свързан с високи нива на замърсяване“, заяви Льо Клинш. „Създаваме инструменти, които могат да бъдат наистина полезни за общините.“ В Мадрид вече проявяват голям интерес да ги използват.“

Изследователите съчетават симулации с висока степен на точност с данни от реалния свят и в момента се готвят да тестват инструмент за вземане на решения в реално време в брюкселския квартал Иксел. В Мадрид ще използват моделите за оценка на различните варианти за маршрутизиране на трафика.

Един от партньорите по проекта – белгийската инженерна компания BuildWind – разработва цифрови модели на градовете с цел проучване на ветровите потоци на нивото на улиците, микроклимата и качеството на въздуха. Съществуващата BrusAir платформа картографира замърсяването на въздуха в Брюксел, включително в близост места с повипена уязвимост, като училища.

„Тази информация е предназначена да помогне на специалистите по градоустройство и градската администрация да разберат точно къде се концентрират замърсителите“, разяснява Алесандро Гамбале, главен изпълнителен директор на BuildWind. 

BuildWind е сътрудничила с учени като Паренте по реални проблеми, свързани със замърсяването на въздуха, и се надява, че новото проучване ще допринесе за по-нататъшното усъвършенстване на BrusAir. Резултатите от изследването MODELAIR ще бъдат широко разпространени в края на тази година.

Ако подходът проработи както е планирано, той би могъл да предостави по-подробна представа за въздуха, който хората дишат в градска среда, което ще улесни вземането на решения кога и къде е необходимо да се предприемат мерки, преди замърсяването да се натрупа.

Първоначално статията е публикувана в Хоризонт — списанието на ЕС за научни изследвания и иновации.

Описаните в статията изследвания са частично финансирани по програмата „Действия „Мария Склодовска-Кюри“ (MSCA).

Повече информация