Modeling of systems and processes

Моделирование систем и процессов

2219-0767

100339

10.12737/2219-0767-2025-18-2-86-96

Технические науки

Application of artificial intelligence algorithms for air pollution monitoring from urban road transport

Применение алгоритмов искусственного интеллекта для мониторинга загрязнения воздуха городским автотранспортом

Мальцев

Василий Владимирович

Mal'cev

Vasiliy Vladimirovich

gizmo_07@mail.ru

Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov

16 07 2025

18 2 86 96 23 06 2025

https://zh-szf.ru/en/nauka/article/100339/view

В статье исследована проблема загазованности автомобильных дорог вблизи жилых зон города Воронежа, а также вопросы информирования населения об уровне загрязнения воздуха. Исследованы главные причины загрязнения воздуха на круговом перекрестке. В ходе исследования проанализированы возможности применения технологий искусственного интеллекта для более точного прогнозирования загрязняющих выбросов в атмосферу. Основное внимание было сосредоточено на создании комплексной системы экологического контроля, которая способна работать в режиме реального времени. Одним из ключевых достижений стала разработка концептуальной модели системы экстренного информирования населения. Такая система будет оперативно уведомлять горожан о критических изменениях в составе воздуха, что даст людям возможность принимать защитные меры заблаговременно. В рамках работы также были сформулированы практические предложения по модернизации городской инфраструктуры. Особое внимание уделялось оптимизации движения транспорта - этот фактор существенно влияет на экологическую ситуацию в мега-полисах. Параллельно изучили перспективы внедрения ИИ-решений для улучшения условий жизни горожан и минимизации негативного влияния загрязненного воздуха на их здоровье. Практическая ценность полученных выводов заключается в том, что они могут лечь в основу долго-срочных программ экологически ответственного развития городов. Кроме того, результаты работы открывают новые возможности для снижения транспортной нагрузки на окружающую среду. Отдельно стоит отметить перспективы объединения данных экологического мониторинга с действующими системами городского управления — это позволит быстрее и эффективнее решать возникающие экологические задачи.

The article investigates the problem of air pollution from roads near residential areas in the city of Voronezh, as well as issues of informing the public about the level of air pollution. Key factors influencing the concentration of pollutants, in particular the traffic situation at a roundabout intersection, are analyzed. The possibilities of using artificial intelligence (AI) algorithms to improve the accuracy of predicting emissions of harmful substances and creating an effective system for monitoring the environmental situation are explored. A concept for a system of rapid notification of the population about changes in air pollution levels has been developed, allowing for timely response to the deterioration of the environmental situation. Recommendations are proposed for optimizing urban infrastructure and managing traffic flows in order to reduce the negative impact on the environment. The prospects for the introduction of AI technologies to improve the quality of life of the population and reduce health risks associated with air pollution are considered. The results obtained can be used to develop strategies for sustainable urban planning and to take measures to reduce the impact of transport on the environment.

искусственный интеллект программное обеспечение транспортный поток САПР экологическая безопасность городское планирование

artificial intelligence AI software traffic flow CAD environmental safety urban planning

В Воронеже, как и во многих современных крупных городах, транспортный поток стал ключевым фактором загрязнения атмосферы. Это явление оказывает пагубное влияние не только на здоровье горожан, но и на общее качество городской среды. Для эффективного противодействия этой проблеме критически важно проводить тщательную оценку и непрерывный мониторинг выбросов вредных веществ, производимых транспортными средствами [1].Несмотря на очевидную значимость данного вопроса, его решение сталкивается с рядом серьезных препятствий. Главным из них является отсутствие полноценной интерактивной карты выбросов. Такой инструмент мог бы предоставить жителям и городским властям возможность в реальном времени отслеживать уровень загрязнения воздуха в разных районах Воронежа. Отсутствие подобной системы существенно затрудняет своевременное информирование населения о повышенной загазованности и препятствует принятию оперативных мер по минимизации воздействия вредных выбросов [2].Существующие механизмы оповещения государственных структур и органов власти о загрязнении воздуха зачастую демонстрируют низкую эффективность. Существующие системы мониторинга часто работают слишком медленно и не успевают адекватно отреагировать на быстро меняющуюся экологическую ситуацию. Это приводит к серьезной проблеме: при планировании городского развития экологические факторы зачастую остаются на втором плане. Такой подход создает предпосылки для накопления экологических проблем, которые в будущем могут серьезно ухудшить качество воздуха в городах.В нашем исследовании мы изучаем разнообразные методики определения объемов вредных веществ, поступающих в атмосферу от городского транспорта. Параллельно анализируем существующие проблемы в системе информирования - как обычных жителей, так и представителей власти - о реальном состоянии воздушной среды. Центральное место в работе занимает изучение возможностей искусственного интеллекта и технологий машинного обучения. Эти современные решения могут кардинально изменить подходы к построению прогностических моделей загрязнения и формированию систем контроля и предупреждения.Наше внимание сосредоточено на изучении того, как ИИ может объединить и проанализировать множество разрозненных данных: информацию о движении транспорта, показатели качества воздуха, а также другие параметры, которые определяют экологическое благополучие современных городов. Такой подход позволит создать более совершенные инструменты для управления городской средой и значительно снизить негативное воздействие транспортного потока на качество воздуха. Внедрение этих инновационных технологий может стать ключевым шагом в борьбе за чистый воздух и здоровую городскую среду в Воронеже и других крупных городах [3][4].

Афанасьева, Л. А. Исследование выбросов вредных веществ в атмосферу от автотранспорта в Люберецком районе и оценка интенсивности загрязнения / Л. А. Афанасьева // Студенческий. – 2023. – № 6-1(218). – С. 20-23. – EDN CVAOSO.

Afanasyeva, L. A. Investigation of emissions of harmful substances into the atmosphere from motor transport in the Lyubertsy district and assessment of pollution intensity / L. A. Afanasyeva // Student's. – 2023. – № 6-1(218). – Pp. 20-23. – EDN CVAOSO.

Сергаев, С. О. Загрязнение атмосферы передвижным автотранспортом / С. О. Сергаев // Экология, рациональное природопользование и охрана окружающей среды : Сборник статей по материалам XIII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых, Лесосибирск, 15 декабря 2023 года. – Лесосибирск: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева", 2023. – С. 197-198. – EDN MDRNXX.

Sergaev, S. O. Pollution of the atmosphere by mobile vehicles / S. O. Sergaev // Ecology, rational use of natural resources and environmental protection : A collection of articles based on the materials of the XIII All-Russian Scientific and Practical Conference with the international participation of schoolchildren, students, graduate students and young scientists, Lesosibirsk, December 15, 2023. Lesosibirsk: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Siberian State University of Science and Technology named after Academician M.F. Reshetnev", 2023, pp. 197-198, EDN MDRNXX.

Cherbaeva, Zh. P. Assessment of the negative impact of transport on environmental ecology / Zh. P. Cherbaeva, O. N. Kozhukhina, P. D. Obukhov // The World of Science without Borders: Proceedings of the 11th all-Russian Scientific and Practical Conference for Young Researchers with International Participation, Tambov, 26 апреля 2024 года. – Tambov: Tambov State Technical University, 2024. – P. 73-75. – EDN CRMWTJ.

Cherbaeva, Zh. P. Assessment of the negative impact of transport on environmental ecology / Zh. P. Cherbaeva, O. N. Kozhukhina, P. D. Obukhov // The World of Sci-ence without Borders: Proceedings of the 11th all-Russian Scientific and Practical Conference for Young Researchers with International Participation, Tambov, April 26, 2024. – Tambov: Tambov State Technical University, 2024. – P. 73-75. – EDN CRMWTJ.

Regional transport dominates air pollution events in all seasons in Beijing in 2020 / Zh. Zhang, S. Wang, P. Wang [et al.] // Atmospheric Environment. – 2024. – Vol. 323. – P. 120395. – DOI 10.1016/j.atmosenv.2024.120395. – EDN VVJFQP.

Сумин, В. И. Использование ситуационного моделирования в разработке систем принятия решений для сложных организационных систем / В. И. Сумин, А. С. Кравченко, А. В. Толкачев // Моделирование систем и процессов. – 2024. – Т. 17, № 3. – С. 71-79. – DOI 10.12737/2219-0767-2024-69-77. – EDN FBBHJO.

Sumin, V. I. The use of situational modeling in the development of decision-making systems for complex organizational systems / V. I. Sumin, A. S. Kravchenko, A.V. Tolkachev // Modeling of systems and processes. - 2024. – Vol. 17, No. 3. – pp. 71-79. – DOI 10.12737/2219-0767-2024-69-77. – EDN FBBHJO.

Грибанов, А. А. Моделирование процесса комбинированного полива с использованием электрохимически активированной воды в теплицах / А. А. Грибанов, А. А. Мещерякова, А. В. Стариков // Моделирование систем и процессов. – 2024. – Т. 17, № 4. – С. 31-42. – DOI 10.12737/2219-0767-2024-17-4-31-42. – EDN ZTAVIF.

Gribanov, A. A. Modeling of the process of combined irrigation using electrochemically activated water in greenhouses / A. A. Gribanov, A. A. Meshcheryakova, A.V. Starikov // Modeling of systems and processes. – 2024. – Vol. 17, No. 4. – pp. 31-42. – DOI 10.12737/2219-0767-2024-17-4-31-42. – EDN ZTAVIF.

Волокитина, Т. С. Методы распознавания динамических объектов с использованием искусственного интеллекта / Т. С. Волокитина // Современные научные исследования и инновации. – 2021. – № 4(120). – EDN SSVAJJ.

Volokitina, T. S. Methods of recognition of dynamic objects using artificial intelligence / T. S. Volokitina // Modern scientific research and innovation. – 2021. – № 4(120). – EDN SSVAJJ.

Головченко, Н. А. Обработка информации с помощью искусственного интеллекта / Н. А. Головченко // Образование. Наука. Культура: традиции и современность: Материалы XI Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 225-летию со дня рождения А.С. Пушкина, Анапа, 06–07 июня 2024 года. – Краснодар: ООО "Издательский Дом-Юг", 2024. – С. 224-227. – EDN ONZMDT.

Golovchenko, N. A. Information processing using artificial intelligence / N. A. Golovchenko // Education. Science. Culture: traditions and modernity: Proceedings of the XI All-Russian Scientific and Practical Conference dedicated to the 225th anniversary of the birth of Alexander Pushkin, Anapa, June 06-07, 2024. Krasnodar: Publishing House-Yug, LLC, 2024. pp. 224-227. EDN ONZMDT.

Сафронов, Е. Нейросети и их практическое применение / Е. Сафронов, О. В. Акимова // Актуальные вопросы современной науки и образования : Сборник научных статей по материалам Всероссийской конференции в рамках проведения XХIII научно-практических чтений, посвященных памяти философа и общественного деятеля А.Н. Радищева, приуроченных к Году педагога и наставника, Малоярославец, 14 апреля 2023 года. – Малоярославец: Московский финансово-юридический университет МФЮА, 2023. – С. 288-291. – EDN ZDNBAJ.

Safronov, E. Neural networks and their practical application / E. Safronov, O. V. Akimova // Current issues of modern science and education : A collection of scientific articles based on the materials of the All-Russian Conference within the framework of the XXIII scientific and practical readings dedicated to the memory of the philosopher and public figure A.N. Radishchev, dedicated to the Year of the Teacher and Mentor, Maloyaroslavets, April 14, 2023. – Maloyaroslavets: Moscow University of Finance and Law, MFUA, 2023. – pp. 288-291. – EDN ZDNBAJ.

10.

Гулевский, Н. А. Методы обработки видеофайлов для проведения анализа / Н. А. Гулевский // Инновации. Наука. Образование. – 2021. – № 32. – С. 1280-1284. – EDN CTTALF.

Gulevsky, N. A. Methods of processing video files for analysis / N. A. Gulevsky // Innovations. Science. Education. – 2021. – No. 32. – pp. 1280-1284. – EDN CTTALF.

11.

Modelling of Deep Street Canyon Air Pollution Chemistry and Transport: A Wintertime Naples Case Study / Yu. Dai, A. Mazzeo, J. Zhong [et al.] // Atmosphere. – 2023. – Vol. 14, No. 9. – P. 1385. – DOI 10.3390/atmos14091385. – EDN UNXUIG.

Modelling of Deep Street Canyon Air Pollution Chemis-try and Transport: A Wintertime Naples Case Study / Yu. Dai, A. Mazzeo, J. Zhong [et al.] // Atmosphere. – 2023. – Vol. 14, No. 9. – P. 1385. – DOI 10.3390/atmos14091385. – EDN UNXUIG.

12.

Безопасные информационные технологии : Сборник трудов Тринадцатой международной научно-технической конференции, Москва, 30 октября – 01 2024 года. – Москва: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2024. – 237 с. – ISBN 978-5-6045553-9-2. – EDN IEAUTU.

Secure information technologies : Proceedings of the Thirteenth International Scientific and Technical Conference, Moscow, October 30 – 01, 2024. – Moscow: Bauman Moscow State Technical University, 2024. - 237 p. – ISBN 978-5-6045553-9-2. – EDN IEAUTU.

13.

Вьюненко, Е. К. Проблема правового регулирования использования потенциально опасных возможностей искусственного интеллекта / Е. К. Вьюненко // Байкальский студенческий юридический форум-2024. Современные проблемы правотворчества и правоприменения: Материалы Всероссийской студенческой научно-практической конференции, Иркутск, 21 марта 2024 года. – Иркутск: Всероссийский государственный университет юстиции, 2024. – С. 22-27. – EDN FRPGKZ.

Vyunenko, E. K. The problem of legal regulation of the use of potentially dangerous artificial intelligence capabilities / E. K. Vyunenko // Baikal Student Law Forum-2024. Modern problems of law-making and law enforcement: Proceedings of the All-Russian Student Scientific and Practical Conference, Irkutsk, March 21, 2024. Irkutsk: All-Russian State University of Justice, 2024. pp. 22-27. EDN FRPGKZ.

14.

Нтакпе, Ж. К. Объяснимый искусственный интеллект как путь улучшения и регулирования использования искусственного интеллекта / Ж. К. Нтакпе // Интеллектуальные технологии в эргономике и когнитивных науках : Сборник материалов всероссийской научно-практической онлайн-конференции с международным участием, Брянск, 04–06 июня 2024 года. – Брянск: Брянский государственный технический университет, 2024. – С. 404-406. – EDN FMYMGN.

Ntakpe, J. K. Explicable artificial intelligence as a way to improve and regulate the use of artificial intelligence / J. K. Ntakpe // Intellectual technologies in ergonomics and cognitive sciences : Proceedings of the All-Russian scientific and practical online conference with international participation, Bryansk, 04-06 June 2024. Bryansk: Bryansk State Technical University, 2024. pp. 404-406. EDN FMYMGN.

15.

Potapova, U. A. Optimization of pedestrian crossing placement / U. A. Potapova // The World of Science without Borders : PROCEEDINGS OF THE 10th ALL-RUSSIAN SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE (WITH INTERNATIONAL PARTICIPATION) FOR YOUNG RESEARCHERS, Tambov, 21 апреля 2023 года. – Tambov: Издательский центр ФГБОУ ВО "Тамбовский государственный технический университет", 2023. – P. 78-79. – EDN FTDGKF.

Potapova, U. A. Optimization of pedestrian crossing placement / U. A. Potapova // The World of Science without Borders : PROCEEDINGS OF THE 10th ALL-RUSSIAN SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFER-ENCE (WITH INTERNATIONAL PARTICIPATION) FOR YOUNG RESEARCHERS, Tambov, April 21, 2023. – Tambov: Publishing Center of Tambov State Technical University, 2023, pp. 78-79. – EDN FTDGKF