Umelá inteligencia stráži kvalitu vzduchu

Mestá po celom svete trpia vysokou koncentráciou látok, ktoré zhoršujú kvalitu ovzdušia. Softvér City Air Quality Management (CyAM) spoločnosti Siemens využíva umelú inteligenciu, aby predpovedala znečistenie na mnoho dní dopredu i efektívnosť možných protiopatrení.

V mestách žije vyše polovice svetovej populácie a mnohé z nich musia riešiť rovnaký problém – nízku kvalitu ovzdušia. Predovšetkým oxidy dusíka a jemný prach často prekračujú prípustné limity a obyvatelia, najmä deti a starší ľudia, trpia zdravotnými následkami. Problém pritom postihuje najmä znevýhodnené skupiny, pretože kvalita vzduchu v chudobnejších štvrtiach býva najhoršia. Nejde preto len o ekologický problém, ale aj o dôležitý prvok sociálnej spravodlivosti.

Viacero veľkých metropol už vypracovalo koncepčné plány, ako znížiť koncentráciu znečisťujúcich látok. Lenže mestskú infraštruktúru nemožno zmeniť zo dňa na deň a mnohé opatrenia prinesú pozitívny výsledok až o desať či dvadsať rokov. „To je príliš neskoro. Technológie potrebné na zlepšenie kvality ovzdušia sú už dnes k dispozícii a možno ich okamžite začať využívať,“ upozorňuje Cathe Reamsová, riaditeľka oddelenia komunikácie pre udržateľnosť a mestskú infraštruktúru v spoločnosti Siemens.

Presné prognózy
Základnou podmienkou pre manažment kvality ovzdušia sú presné informácie, predovšetkým o aktuálnych hladinách oxidov dusíka (NOx) a jemného prachu s veľkosťou častíc menej ako desať mikrometrov (PM10) alebo 2,5 mikrometra (PM2,5). Tie poskytujú senzory, ktoré sú rozmiestené na kritických miestach mestskej infraštruktúry. Ďalším krokom je permanentné sledovanie a vyhodnocovanie týchto dát a ak sa vyskytnú problémy, okamžité prijímanie účinných opatrení. Všetky tieto postupy integruje inteligentný softvér City Air Quality Management (CyAM) spoločnosti Siemens.

V Norimbergu približne tretina obyvateľov využíva verejnú dopravu. Hoci polovica autobusov jazdí na zemný plyn alebo hybridný pohon, mesto potrebuje znížiť koncentráciu oxidov dusíka.

Nástroj CyAM navyše kombinuje merania koncentrácií s predpoveďou počasia a dokáže predvídať kvalitu ovzdušia na niekoľko dní dopredu. „Pri trojdňovej predpovedi stavu oxidov dusíka a prachových častíc PM10 a PM2,5 dosahuje 90-percentú presnosť, prognóza na päť dní je presná na približne osemdesiat percent,“ hovorí C. Reamsová.

Vysoká spoľahlivosť predpovedí je zásluhou umelej inteligencie – softvér kombinuje históriu nameraných hodnôt s údajmi o počasí a zohľadňuje poveternostné podmienky, ktoré ovplyvňujú kvalitu ovzdušia. Počasie je dôležité, pretože úroveň znečistenia závisí od vlhkosti a teploty vzduchu, intenzity slnečného žiarenia, sily a smeru vetra i oblačnosti. Systém rozlišuje medzi pracovnými dňami a víkendami a dokonca zohľadňuje aj výnimočné udalosti, akými sú zhustenie dopravy počas športových udalostí alebo veľtrhov. Učí sa na základe historických dát, preto pre spoľahlivosť výstupov treba databázu informácií aspoň jeden rok dozadu.

Aktuálne namerané hodnoty spolu s predpoveďou stavu ovzdušia na najbližšie hodiny a dni sa zobrazujú na informačnom paneli. Pre väčšiu prehľadnosť používa farby ako na semaforoch – zelené hodnoty znamenajú dobrú kvalitu, žlté riziko a červené signalizujú nebezpečenstvo.

Riešenie pre polmiliónové mesto
Inteligentný nástroj CyAM je schopný navrhovať spôsoby, ako znížiť aktuálnu koncentráciu znečisťujúcich látok. „Mesto môže napríklad vyhlásiť dočasný zákaz používania automobilov s dieselovým pohonom alebo nasadiť na niektorých úsekoch elektrické autobusy,“ vysvetľuje C. Reamsová. Operátori si zároveň môžu overiť, do akej miery budú jednotlivé navrhované opatrenia efektívne. Rozhodovanie na základe objektívnych údajov a rôznych alternatív tak umožní nájsť riešenie, ktoré najmenej obmedzí obyvateľov mesta.

Informačný panel nástroja CyAM zobrazuje aktuálne dáta zo senzorov v Norimbergu. Optimálne hodnoty prekračujú oxidy dusíka i prachové častice do veľkosti desať mikrometrov.

Aplikáciu CyAM v súčasnosti testuje niekoľko veľkých miest. Jedným z nich je Norimberg s päťstotisíc obyvateľmi. Po Mníchove druhá najväčšia bavorská metropola má problémy najmä s koncentráciou oxidov dusíka. Povolený ročný priemer je 40 mikrogramov na kubický meter, v roku 2018 však dosahoval úroveň 46 mikrogramov.

Norimberg nasadil CyAM pred vyše rokom a zbiera údaje s cieľom využiť ich v budúcnosti na prijímanie opatrení v doprave, napríklad zákaz používania niektorých typov automobilov s dieselovými motormi. „Chceme sa čo najrýchlejšie dostať pod povolené limity a tento nástroj môže byť veľmi užitočný,“ hovorí Peter Pluschke, vedúci mestského úradu životného prostredia. V rámci testovacej prevádzky sú údaje o kvalite ovzdušia a jej prognózy široko dostupné pre Norimberčanov na webovej stránke mesta a cez kanál RSS ich sledujú centrá s vysokou návštevnosťou, napríklad kúpaliská alebo domovy dôchodcov s rizikovými skupinami obyvateľov.

Foto: Siemens