Naukowcy z PW, IMGW i dwóch firm chcą usprawnić monitoring jakości wód w Polsce i Europie. Ma temu służyć projekt WaterSense - ASIR, pozwalający na identyfikację zagrożeń stanu rzek w oparciu o rozwiązania Internetu Rzeczy (IoT).

Projekt realizowany będzie przez konsorcjum, w skład którego wchodzą: Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy i dwie firmy: MAGLY i Nebucode. Liderem jest Politechnika Warszawska (PW), z której uczestniczą wydziały: mechaniczny technologiczny, chemiczny oraz CEZAMAT. Łącznie 20 naukowców będzie rozwiązywać problem niewystarczającego obecnie monitoringu wód rzecznych w trybie ciągłym, w Polsce i Europie. Problem wynika przede wszystkim z braku rozwiązań technologicznych dostosowanych do warunków rzecznych.

Autonomiczny System Internetu Rzeczy 

Naukowcy chcą stworzyć Autonomiczny System Internetu Rzeczy (IoT) do Monitorowania Jakości Wody i Wsparcia Operacyjnego Identyfikacji Zagrożeń (WaterSense – ASIR), dostosowanego do warunków środowiska rzecznego, działającego w sposób ciągły.

Jak podkreślono na stronie PW, ponad 99 proc. polskich rzek jest w złym stanie, ale bez wprowadzenia ich stałego monitoringu nie można rozpocząć działań dążących do poprawy. Istniejące rozwiązania dostosowane są głównie do śledzenia sytuacji w wodach morskich i oceanicznych; wody słodkie są przez nie pomijane. Co więcej, dostępne na rynku stacje pomiarowe zasilane są w większości energią z paneli słonecznych, co w polskich warunkach nie sprawdza się. Dodatkowym problemem jest brudzenie się czujników sensorycznych – w rzekach woda jest bardziej zanieczyszczona niż w oceanach, co wymaga zastosowania innych, najlepiej jednorazowych, czujników na specjalnych rolkach, które poradzą sobie z obrastającym je biofilmem rzecznym.

„(…) Projekt rozpoczął się od myśli inżynierskiej i researchu, z którego wyniknęło, że nie monitorujemy w ogóle jakości wody. Zadałem sobie wówczas pytanie, dlaczego tego nie robimy, co jest tego powodem, gdzie są ograniczenia" - komentuje cytowany na stronie uczelni Filip Budny z PW, kierownik ds. inżynierii technicznej projektu.

Trzy elementy integracji 

W założeniu system WaterSense - ASIR integruje trzy elementy: autonomiczną stację pomiarową, inteligentny system zarządzania stacjami pomiarowymi oraz interaktywną krajową mapę ryzyka zanieczyszczenia rzek.

Stacja pomiarowa w sposób ciągły będzie monitorowała dziesięć kluczowych parametrów wody: pH, chlorki, azotany(V), jony amonowe, ortofosforany(V), przewodnictwo, zawartość tlenu, temperaturę wody, prędkość przepływu i głębokość. Siedem z nich będzie mierzonych przy użyciu opatentowanej technologii WaterSense, z modułem systemu rolkowego, wyposażonym w kilkaset jednorazowych i niedrogich miniaturowych czujników, które nie wymagają kalibracji ani czyszczenia. Zużywające się czujniki automatycznie zastępowane są nowymi, dzięki czemu mogą pracować przez 365 dni w roku. Specjalny mikrogenerator hydroelektryczny zasilany płynącą wodą oraz ogrzewanie układów elektronicznych pozwoli stacji stabilnie działać nawet zimą.

Drugi komponent, inteligentny system zarządzania stacjami pomiarowymi, to platforma działająca w infrastrukturze chmurowej, która monitoruje, zarządza i analizuje dane, zebrane w autonomicznych stacjach pomiarowych. System ma być oparty na różnych modułach, m.in. module prognozowania wartości parametrów fizykochemicznych wody, module identyfikującym anomalie w danych pomiarowych czy module REST API, który pozwoli na swobodne i intuicyjne połączenie oraz synchronizację danych generowanych i zbieranych przez system z zewnętrznymi bazami danych.

Aktualne informacje na temat zanieczyszczeń 

Jak podkreślają autorzy projektu, moduły AI przewidują wartości parametrów wody z 72-godzinnym wyprzedzeniem.

Zadaniem ostatniego elementu systemu - interaktywnej mapy ryzyka zanieczyszczenia rzek - będzie dostarczanie aktualnych informacji na temat ryzyka zanieczyszczeniem w krajowych rzekach. Mapa zostanie opracowana na bazie ogólnodostępnych danych, które zostaną zintegrowane, przetworzone i przeanalizowane pod kątem sektorowych źródeł zanieczyszczeń, powodujących podwyższony poziom ryzyka zanieczyszczeniem dla danego odcinka rzeki.

Narzędzie będzie dostarczać informacji niezbędnych dla dokładnego zrozumienia sytuacji ekologicznej rzek w różnych regionach kraju.

Zintegrowana prezentacja informacji

Mapa pozwoli również prezentować informacje w sposób zintegrowany - co oznacza, że operatorzy systemu będą mogli sprawdzić poziom ryzyka zanieczyszczenia na konkretnym obszarze i poznać przyczyny tego zjawiska. Dla lokalnych władz, przedsiębiorstw czy organizacji ekologicznych mapa może być źródłem wiedzy - umożliwi identyfikację obszarów szczególnie narażonych na zanieczyszczenia i głównych typów zanieczyszczeń występujących w danym regionie. Wesprze więc podmioty z niej korzystające przy planowaniu lokalizacji stacji lub sieci pomiarowych - sugerują specjaliści z PW.

Naukowcy są komercjalizować swój system. Przewidują, że odbiorcami mogą być instytucje odpowiedzialne za gospodarkę wodną i ochronę środowiska, przedsiębiorstwa wodno-kanalizacyjne, jednostki samorządu terytorialnego, przedsiębiorstwa zainteresowane monitorowaniem jakości wód w trybie ciągłym.

Projekt jest współfinansowany w ramach programu HYDROSTRATEG II. Ma się zakończyć w 2027 r.

Katarzyna Czechowicz

kap/ zan/

Fot. Depositphotos