По конкурсу на грантовое финансирование молодых ученых по научным и (или) научно-техническим проектам на 2021-2023 годы (Министерство науки и высшего образования Республики Казахстан)
Актуальность
Сегодня в мире существует множество проблем, связанных с канализационными системами, таких как затопление в канализационных колодцах, накопление газа на дне камер, кража крышек канализационных люков, а также заиливание в канализационных колодцах и вдоль трубопроводов. Эти проблемы влекут за собой значительные последствия, такие как повреждение инфраструктуры, прерывание стока в результате засорения канализации, травмы или даже смерть от падения в открытые люки и вдыхания газов внутри люков, повреждение транспортных средств, проезжающих через частично или полностью открытые люки, что часто приводит к авариям. Проблема извещения о полном заполнении жидкостью люка или септической емкости традиционно решается путем физического осмотра при открытой камере или с помощью различных поплавковых датчиков. Однако в зимнее время поплавок может примёрзнуть к стенке колодца или к предыдущему уровню жидкости, таким образом, не фиксируя текущий уровень жидкости. Для решения вышеупомянутых проблем в рамках данного проекта предлагается разработка системы раннего оповещения с использованием интегрированных датчиков для индикации открытия люка, критических уровней жидкости и осадка (ила) на дне колодца. Таким образом, система даст полную картину о состоянии содержимого колодцев и их крышек в канализации города или частных септических резервуаров. Вышеперечисленное говорит об актуальности и научной новизне данного исследования.
Цель
Разработка системы раннего оповещения, состоящей из многофункционального устройства и геоинформационной системы для визуализации состояния канализационных колодцев и септиков и их люков.
Достигнутые результаты
2021 год:
1. Произведен сбор данных и анализ текущей ситуации, нормативно-технических и литературных источников. Рассмотрены преимущества, недостатки, и будущие тенденции развития решений по мониторингу систем канализации. Выявлено, что основные недостатки – отсутствие совместимости компонентов друг с другом или с существующей инфраструктурой, дороговизна и привязка к производителю. Будущие тенденции указывают на увеличение их функционала. Анализ данных из СМИ, акиматов районов, ГКП «Астана Су Арнасы» и Единого контакт-центра iKomek109 показал, что наблюдается тенденция роста количества проблем канализации. Анализ НТД РК позволил адаптировать разрабатываемую систему к реалиям Казахстана. Основываясь на вышесказанном, сформирована методологическая основа для эффективной разработки проекта.
2. Произведено тестирование и интеграция модуля автоматического определения открытия крышки люка. Для данного модуля наиболее эффективным решением явилось применение оптического инфракрасного датчика TOF-400F VL53L1X. При этом установлено, что расстояние от датчика до люка не должна превышать 30 см.
3. Произведено тестирование и интеграция модуля для обнаружения достижения критического уровня жидкости. Для данного модуля наиболее эффективным решением явилось применение лидарного датчика TF-Luna, действующий эффективно до глубины 5 м колодца.
4. Проведено тестирование и интеграция модуля для обнаружения достижения критического уровня заиления. Инфракрасный датчик YL-63, загерметизированный в пластмассовый корпус цилиндрической форы с диаметром 30 мм, был разработан для данного модуля и показал приемлемые результаты при тестировании.
5. Начата разработка геоинформационной системы. Начата разработка IT-архитектура геоинформационной системы.
6. Опубликована следующая научная статья:
— A multi-criteria analysis of sewer monitoring methods for locating pipe blockages and manhole overflows / Y. Utepov, A. Kazkeyev, A. Aniskin // Technobius. — 2021. — Vol. 1, No. 4. — P. 0006. https://doi.org/10.54355/tbus/1.4.2021.0006
2022 год:
1. Завершена разработка геоинформационной системы. Завершена разработка IT-архитектуры геоинформационной системы, которая была основывана на JavaSript библиотеке OpenLayers с открытым исходным кодом. Разработано программное обеспечение ГИС, содержащая интерактивную карту в различных вариациях и визуализирующую текущий статус канализационных колодцев, люков и коллекторов. Проведена интеграция датчиков с ГИС.
2. Опубликована следующая научная статья:
— Development of a sewer monitoring system using ultrasonic and infrared sensors / Ye.B. Utepov, A.V. Neftissov, Zh.A. Shakhmov, A.B. Kazkeyev // BULLETIN of Almaty University of Power Engineering and Telecommunications. — 2022. — Vol. 56, No. 1. — P. 58–68. https://doi.org/10.51775/2790-0886_2022_56_1_58
3. Получен следующий охранный документ:
— Авторское право на программу для ЭВМ №23812 от 22.02.2022 «Программное обеспечение для интегрированной автоматической системы раннего оповещения о переполнении канализации, засорении и вандализме»
2023 год:
1. Проведено пилотное испытание системы. Произведена сборка системы, тестирование и отладка. Произведена пилотная установка и мониторинг, результаты которых показали работоспособность прототипа системы.
2. Опубликованы следующие научные статьи:
— Prototyping an integrated IoT-based real-time sewer monitoring system using low-power sensors / Y. Utepov, A. Neftissov, T. Mkilima, A. Mukhamejanova, S. Zharassov, A. Kazkeyev, A. Biloshchytskyi // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. — 2023. — Vol. 3, No. 5 (123). — P. 6–23. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.283393 (процентиль 47% по CiteScore в базе Scopus);
— Potential application of an automatic sewer monitoring system based on sensors / Ye.B. Utepov, A.E. Yeleussinova, A.K. Tleubayeva, T.S. Abilmazhenov, A.S. Tulebekova // International Journal of GEOMATE. — 2023. — Vol. 25, No. 109. — P. 45–52. https://doi.org/10.21660/2023.109.3929 (процентиль 40% по CiteScore в базе Scopus).
3. Получены следующие охранные документы:
— Авторское право на программу для ЭВМ №30458 от 21.11.2023 «Топология печатной платы датчика мониторинга состояния канализационных колодцев»;
— Патент на полезную модель №7556 от 07.07.2023 «Программно-аппаратный комплекс интегрированной автоматической системы раннего оповещения о переполнении канализации, засорении и вандализме».
4. Издана следующая монография:
— Автоматическая система мониторинга канализации на основе сенсоров и ГИС / Е.Б. Утепов, А.С. Тулебекова, С.Б. Ахажанов // Монография. — Астана: ТОО «Solid Research Group», 2023. — 113 с.
Исследовательская группа проекта
| № | ФИО, степень, звание | Позиция в проекте | Период участия в проекте | Идентицикаторы |
| 1 | Утепов Елбек Бахитович, PhD, профессор | Научный руководитель проекта | 2021-2023 | Scopus ID: 57211963527 Researcher ID: M-9719-2016 ORCID: 0000-0001-6723-175X |
| 2 | Шахмов Жанболат Ануарбекович, PhD, ассоциированный профессор | Старший научный сотрудник | 2021-2022 | Scopus ID: 55378440800 Researcher ID: B-7860-2012 ORCID: 0000-0003-1680-5287 |
| 3 | Ахажанов Сунгат Беркинович, PhD, ассоциированный профессор | Старший научный сотрудник | 2021-2023 | Scopus ID: 57201680872 Researcher ID: AAF-7945-2020 ORCID: 0000-0002-0903-3517 |
| 4 | Тулебекова Асель Сериковна, PhD, профессор | Старший научный сотрудник | 2022-2023 | Scopus ID: 55356989600 Researcher ID: P-7820-2014 ORCID: 0000-0001-8553-3081 |
| 5 | Мухамеджанова Асель Толеубековна, PhD | Научный сотрудник | 2023 | Scopus ID: 57193949788 Researcher ID: GOV-4074-2022 ORCID: 0000-0002-5084-2527 |
| 6 | Тлеубаева Акмарал Кубегеновна, к.т.н. | Научный сотрудник | 2023 | Scopus ID: 57214136352 Researcher ID: GHM-7424-2022 ORCID: 0000-0002-6741-780X |
| 7 | Акишев Марс Сатыбалдыевич, MSc | Научный сотрудник | 2021-2022 | Scopus ID: 57195505847 Researcher ID: AAV-6241-2020 ORCID: 0000-0003-1362-6566 |
| 8 | Жарасов Шынгыс Жарасович, PhD | Младший научный сотрудник | 2021-2023 | Scopus ID: 57232252200 Researcher ID: ADE-7311-2022 ORCID: 0000-0002-0468-8362 |
| 9 | Казкеев Алижан Бауржанулы, MSc | Младший научный сотрудник | 2021-2023 | Scopus ID: 58493148000 Researcher ID: KVV-9501-2024 ORCID: 0000-0001-6591-7440 |
| 10 | Aniskin Aleksej, к.т.н., ассоциированный профессор | Зарубежный ученый | 2021-2023 | Scopus ID: 57201720016 Researcher ID: E-7467-2018 ORCID: 0000-0002-9941-1947 |
Информация для потенциальных пользователей
Проект прошел цикл НИОКР с получением запатентованного прототипа, готового к коммерциализации в виде заключения лицензионного соглашения и (или) промышленного производства.
Russian