Разработка интеллектуальной системы для исследования и решения экологических проблем загрязнения почвы и воздуха с помощью методов науки о данных
l.naizabayeva@iitu.edu.kz
ЦЕЛЬ
Цель проекта
Разработка интеллектуальной системы принятия решений и прогнозирования токсинов в почве, загрязненных пестицидами и тяжелыми металлами; проектирование геоинформационной системы мониторинга воздушного бассейна с учетом геопространственных данных Казахстана.
О ПРОЕКТЕ
Аннотация
Интеллектуальный мониторинг окружающей среды подразумевает рассмотрение нескольких взаимосвязанных проблем экологии, что является синергией, означающей наибольший эффект от комбинированного решения. Следовательно, становится важным изучение двух и более связанных между собой составляющих проблем экологии городов как чистоты воздуха и земли с помощью интеллектуальных методов науки о данных.
Задачи проекта
- Исследование степени загрязненности тяжелыми металлами почв Казахстана, оценка изменения микробиологической компоненты почв под воздействием тяжелых металлов.
- Применение математической модели фитотоксичности почвы при загрязнении для оценки состояния земель, подвергшихся антропогенному воздействию.
- Проектирование модели интеллектуальной системы восстановления земель, загрязненных ксенобиотиками.
- Исследование модели динамической системы мониторинга воздушного бассейна мегаполиса для разработки функциональной структуры геоинформационной системы обработки данных, показателей оценки динамики состояния воздушного бассейна.
- Разработка имитационной модели и алгоритма функционирования геоинформационной системы мониторинга воздушного бассейна, позволяющей давать в онлайн режиме оценку состояния загрязнения воздушного бассейна в зависимости от природно-климатических факторов и промышленной деятельности на конкретной территории Казахстана.
Новизна
а) Предложен алгоритм для прогнозирования биомассы растений на загрязненной тяжелыми элементами почве при модифицировании структуры модели Miscanmod с учетом климатических данных;
в) Разработан многорядный алгоритм самоорганизации, по прогнозирующим свойствам превосходящий в точности регрессионные модели, обеспечивающий автоматический отбор информативных входных переменных и выбор структуры регрессионной модели оптимальной сложности.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Текущие результаты
Созданы две базы данных о загрязненных токсическими элементами территориях и растениях казахстанской флоры, способных к очистке техногенно-загрязненной почвы.
Разрабатывается интеллектуальная система анализа данных о загрязненных хлорорганическими пестицидами и тяжелыми металлами землях Казахстана.
Разработанная функциональная структура геоинформационной системы мониторинга воздуха будет использоваться как прототип для разработки подобных геоинформационных систем.
Прямой социальный и экономический эффект данного проекта связан с необычайной дороговизной натурных исследований, порой даже невозможностью проведения эксперимента.
Интеллектуальная система мониторинга загрязняющих веществ в воздухе и на поверхности земли позволяет принимать эффективные решения по улучшению социального благополучия населения Казахстана.
Создана модель MiscanCalc на языке C# в Visual Studio для прогнозирования продуктивности биомассы мискантуса на загрязненных ТМЭ почвах, непригодных для производства продуктов питания, на основе конкретной модификации алгоритма модели Miscanmod.
В рамках проекта выполнена PhD диссертация «Проектирование информационной системы для прогнозирования и принятия решений в процессе очистки почвы, содержащей токсичные элементы» Нуржановым Чингизом Аскаровичем по специальности 6D060200 – Информатика.
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СОБСТВЕННОСТЬ
Правовая защита
- Авторское свидетельство №976 «База данных о растениях-фиторемедиантах», Найзабаева Л., Нуржанов Ч.А., 13.12.2018.
- Авторское свидетельство №971 «База данных о загрязненных пестицидами территориях», Найзабаева Л., Нуржанов Ч.А., 13.12.2018.
- Авторское свидетельство №9968 «Многорядный эвристический метод самоорганизации для построения регрессионных уравнений», Мазаков Т.Ж., Джомартова Ш.А., Мазакова А.Т., Нуржанов Ч.А., Жакып Б.М., Амирханов Б.С., Шорманов Т.С., 19.05.2020.
ВНЕДРЕНИЕ
Коммерциализация и практическое применение
Совместная работа с ТОО: тестирование и сопровождение программных приложений, обучение пользователей. Частичная коммерциализация структурирована через соглашения о софинансировании с ТОО. При распространении информации о результатах проекта целью является повышение вероятности внедрения продукции и дальнейшей коммерциализации.
КОМАНДА
Состав исследовательской группы
Найзабаева Лязат, д.т.н.
АО МУИТ, профессор
Scopus ID: 35771216900
ORCID: 0000-0002-4860-7376
Нуржанова Асиль Аруновна, д.б.н.
Институт биологии и биотехнологии растений
Scopus ID: 15029299700
ORCID: 0000-0003-4811-0164
Сембина Гүлбақыт Какейқызы, к.т.н.
АО МУИТ, ассоциированный профессор
Scopus ID: 57203005992
ORCID: 0000-0003-2920-1490
Сейлова Нургуль Абадуллаевна, к.т.н.
АО МУИТ, ассистент-профессор
Scopus ID: 57200070158
ORCID: 0000-0003-3827-179X
Сатымбеков Максатбек Нургалиулы, PhD
КазНУ им. аль-Фараби
Scopus ID: 57201153506
ORCID: 0000-0002-4621-6646
Бисаринова Айгуль Туктикызы, PhD
АО МУИТ, ассистент-профессор
Scopus ID: 57191822295
ORCID: 0000-0001-6629-3051
Нуржанов Чингиз Акарович
ИИВТ
Scopus ID: 57201156097
ORCID: 0000-0002-9760-3101
Барлыкбай Н.Т.
АО МУИТ, сениор-лектор
Магжанова Алма Магжанқызы
АО МУИТ, бухгалтер