BR21881908 – Complex of urban ecological support

Goal of the work: The program goal is formulated by the Committee of Science of the Republic of Kazakhstan and defined in Scientific and Technical Task No. 58: “Creation of a complex of ecological support of urban environment on the basis of UAV, which is able in semi-automatic mode to detect air, water pollution, noise, to assess the level of traffic, to identify places of increased heat energy consumption and to map the obtained data”

Relevance of the work: The relevance of the project is driven by the need to improve the efficiency of environmental monitoring in urban areas under increasing anthropogenic pressure and environmental pollution. The integration of unmanned aerial vehicles with machine learning and remote sensing technologies enables rapid detection of environmental issues, ensures high analysis accuracy, and supports timely decision-making.

Scientific supervisor: Doctor of technical sciences, Professor, Ravil Muhamedyev

Results obtained: Within the framework of the program, a comprehensive hardware and software platform based on unmanned aerial vehicles was developed for environmental monitoring of urban areas. Various UAV types and onboard sensor systems were designed and tested to measure air, water, noise pollution, and heat losses. Flight planning algorithms and software solutions for integration with control and data processing systems were developed. UAV flights equipped with multispectral and thermal cameras were conducted, resulting in a large dataset of images and air quality measurements. Annotated datasets were created, and machine learning methods were developed for detecting and classifying environmental issues. Integration of remote sensing and ground-based data improved the accuracy of analysis. The results confirmed the effectiveness of the developed system for environmental monitoring and management of urban ecosystems.

List of publications with links to them

1. Albrekht V., Mukhamediev R., Popova Y., Muhamedijeva E., Botaibekov A. Top2Vec Topic Modeling to Analyze the Dynamics of Publication Activity Related to Environmental Monitoring Using Unmanned Aerial Vehicles // Publications. – 2025. – Vol. 13. – No. 2. – P. 15. – URL: https://doi.org/10.3390/publications13020015
2. Kudabaeva V., Zhorayev T., Mansharipova A., Tastemirova K., Tastaibek T., Kalenbayev M., Davletshin T. The study of clinical and laboratory parameters of elderly patients with arterial hypertension and post-covid syndrome // Bangladesh Journal of Medical Science. – 2025. – Vol. 24. – No. 3. – P. 975–983. – DOI: https://doi.org/10.3329/bjms.v24i3.82963
3. Краснов Г.С., Гизатуллина А.М., Тастайбек Т.А., Маншарипова А.Т., Мухамедиев Р.И., Сымагулов А. Загрязнение воздуха и риски развития онкологических заболеваний: обзор мета-анализов // Онкология и радиология Казахстана. – 2025. – № 2 (76). – С. 103–108. – URL: https://doi.org/10.52532/2521-6414-2025-2-76-440
4. Якунин К., Құсайын Д., Мухамедиев Р.И., Юничева Н., Кульдеев Н. Сопряжение программ планирования маршрутов полета и систем управления беспилотных летательных аппаратов // Известия НАН РК. Физико-математическая серия. – 2025. – № 2 (354). – С. 317–335. – DOI: https://doi.org/10.32014/2025.2518-1726.359
5. Городецкая Л.А., Мухамедиев Р.И., Юничева Н.Р., Витулёва Е.С. Детектирование твёрдых бытовых отходов с помощью БПЛА в пределах городской агломерации Алматы // Гидрометеорология и экология. – 2025. – № 2 (117). – С. 49–60. – URL: https://doi.org/10.54668/2789-6323-2025-117-2-49-60
6. Кусайын Д., Мухамедиев Р.И., Еримбетова А.С., Кучин Я.И., Сымагулов А. Разработка и внедрение алгоритма оптимизации маршрутов БПЛА // Вестник Казахстанско-Британского технического университета. – 2025. – № 22 (3). – С. 176–185. – URL: https://doi.org/10.55452/1998-6688-2025-22-3-176-185
7. Mukhamediev R.I., Terekhov A., Sagatdinov G., Amirgaliyev Y., Gopejenko V., Abayev N., Symagulov A. Estimation of the Water Level in the Ili River from Sentinel-2 Optical Data Using Ensemble Machine Learning // Remote Sensing. – 2023. – Vol. 15. – No. 23. – P. 5544. – URL: https://doi.org/10.3390/rs15235544
8. Zaitseva E., Mukhamediev R., Levashenko V., Kovalenko A., Kvassay M., Kuchin Y., Symagulov A., Oksenenko A., Sultanova Z., Zhaxybayev D. Comparative Reliability Analysis of Unmanned Aerial Vehicle Swarm Based on Mathematical Models of Binary-State and Multi-State Systems // Electronics. – 2024. – Vol. 13. – P. 4509. – URL: https://doi.org/10.3390/electronics13224509
9. Оксененко А.А., Мухамедиев Р.И., Кучин Я.И., Сымагулов А. Методические указания по теоретическим и практическим занятиям по подготовке операторов дронов для мониторинга качества воздуха в условиях городской агломерации: авторское свидетельство № 55994; опубл. 20.03.2025.
10. Маншарипова А.Т., Мухамедиев Р.И., Тастайбек Т.А., Краснов Г.С., Құдабаева В.Ж. Реабилитация пожилых пациентов с ИБС при мониторинге за пылевыми частицами PM 2.5 в мегаполисе: авторское свидетельство № 62374; опубл. 24.09.2025.
11. Оксененко А.А., Актаев Э.Т., Мухамедиев Р.И., Кучин Я.И., Сымагулов А. Способ экологического мониторинга с использованием гексакоптера: патент № 11193; опубл. 23.03.2025.
12. Акт внедрения результатов НИР по программе BR21881908 / НАО «КазНИТУ им. К.И. Сатпаева», ОО «Ассоциация молодых медиков Алматы», Центр активного долголетия Турксибского района. – Внедрение от 06.02.2025.
13. Акт внедрения результатов НИР по программе BR21881908 в учебный процесс подготовки магистрантов и докторантов / НАО «КазНИТУ им. К.И. Сатпаева». – Внедрение от 28.02.2025.
14. Акт внедрения результатов НИР в учебный процесс автоматики и ИТ / НАО «КазНИТУ им. К.И. Сатпаева». – Внедрение от 19.03.2025.
15. Акт внедрения результатов НИР / НАО «КазНИТУ им. К.И. Сатпаева», ИП Sofart, Клуб настольно-ролевых игр Dice. – Внедрение от 20.03.2025.
16. Акт внедрения результатов НИР / НАО «КазНИТУ им. К.И. Сатпаева», ТОО ЦДО «Happy Land». – Внедрение от 25.04.2025.
17. Акт внедрения результатов НИР по программе BR21881908 / НАО «КазНИТУ им. К.И. Сатпаева», ТОО ДОК «Город друзей». – Внедрение от 27.09.2025.
18. Терехов А.Г., Сагатдинова Г.Н., Мухамедиев Р.И., Савин И.Ю., Амиргалиев Е.Н., Саиров С.Б. Перспективы использования псевдоцветных композитов при анализе многолетних временных рядов спутниковых данных // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2023. – Т. 20. – № 6. – С. 51–66. – URL: http://jr.rse.cosmos.ru/article.aspx?id=2759
19. Mukhamediev R.I. State-of-the-Art Results with the Fashion-MNIST Dataset // Mathematics. – 2024. – Vol. 12. – P. 3174. – URL: https://doi.org/10.3390/math12203174
20. Mukhamediev R.I., Terekhov A., Amirgaliyev Y., Popova Y., Malakhov D., Kuchin Y., Sagatdinova G., Symagulov A., Muhamedijeva E., Gricenko P. Using Pseudo-Color Maps and Machine Learning Methods to Estimate Long-Term Salinity of Soils // Agronomy. – 2024. – Vol. 14. – P. 2103. – URL: https://doi.org/10.3390/agronomy14092103
21. Mukhamediev R., Kuchin Y., Yunicheva N., Kalpeyeva Z., Muhamedijeva E., Gopejenko V., Rystygulov P. Classification of Logging Data Using Machine Learning Algorithms // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14. – P. 7779. – URL: https://doi.org/10.3390/app14177779
22. Mukhamediev R., Yelis M., Yakunin K., Popova Y., Kuchin Y., Symagulov A., Yunicheva N., Zaitseva E., Levashenko V., Muhamedijeva E., Gopejenko V., Mussabayev R. Exploring the health care system’s representation in the media through hierarchical topic modeling // Cogent Engineering. – 2024. – Vol. 11. – No. 1. – P. 2324614. – URL: https://doi.org/10.1080/23311916.2024.2324614
23. Оксененко А.А., Еримбетова А.С., Куанаев А., Мухамедиев Р.И., Кучин Я. Технические средства дистанционного мониторинга с помощью беспилотных летательных платформ // Доклады НАН РК. Физико-математическая серия. – 2024. – № 3. – С. 152–173. – URL: https://doi.org/10.32014/2024.2518-1726.298
24. Мухамедиев Р.И., Терехов А.Г., Оксененко А.А., Еримбетова А.С., Кучин Я.И., Сымагулов А. и др. Эмуляция показаний датчиков качества воздуха в городской среде умного города // Гидрометеорология и экология. – 2024. – № 3. – С. 87–99. – URL: https://doi.org/10.54668/2789-6323-2024-114-3-87-99
25. Смурыгин В.В., Құсайын Д.Р., Мухамедиев Р.И., Кучин Я.И., Исмаилов Д.В., Ксенофонтов Д.А. Парсер данных об уровне загрязненности воздушной среды городской агломерации // Научные труды ВИИРЭиС. – 2024. – № 4 (58). – С. 235–247. – URL: https://www.viires.edu.kz/ru/science/1146-sbornik_nauchnyh_publikacij_uchenyh_viireis/
26. Кучин Я.И., Мухамедиев Р.И., Терехов А.Г. и др. Программный комплекс для оценки уровня воды в реке Или: авторское свидетельство № 42480; опубл. 30.01.2024.
27. Құсайын Д.Р., Смурыгин В.В., Мухамедиев Р.И. и др. Парсер данных об уровне загрязненности воздушной среды городской агломерации: авторское свидетельство № 43308; опубл. 27.02.2024.
28. Смурыгин В.В., Мухамедиев Р.И., Сымагулов А. Программный комплекс для генерации карт сверхвысокого разрешения: авторское свидетельство № 46522; опубл. 28.05.2024.
29. Толеш Г., Маншарипова А.Т. Разработка пациент-ориентированной программы менеджмента реабилитации: авторское свидетельство № 47743; опубл. 21.06.2024.
30. Маншарипова А.Т., Мухамедиев Р.И., Краснов Г.С., Тастайбек Т.А. Влияние экологических факторов мегаполиса на организм пациентов: авторское свидетельство № 43869; опубл. 03.06.2024.
31. Маншарипова А.Т., Кудабаева В.Ж., Тастайбек Т.А. Качество жизни пожилых в программе активного долголетия: авторское свидетельство № 500695; опубл. 23.10.2024.
32. Мухамедиев Р.И. Использование беспилотных летательных систем для решения задач мониторинга: монография. – Алматы, 2024. – 160 с. – URL: https://www.dropbox.com/scl/fi/seda274y7aeoah7wy9k3e/monography2024.pdf
33. Mukhamediev R.I., Kuchin Y., Popova Y., Yunicheva N., Muhamedijeva E., Symagulov A. et al. Determination of Reservoir Oxidation Zone Formation in Uranium Wells Using Ensemble Machine Learning Methods // Mathematics. – 2023. – Vol. 11. – P. 4687.
34. Mukhamediev R.I., Merembayev T., Kuchin Y., Malakhov D., Zaitseva E., Levashenko V. et al. Soil Salinity Estimation for South Kazakhstan Based on SAR Sentinel-1 and Landsat-8, 9 OLI Data with Machine Learning Models // Remote Sensing. – 2023. – Vol. 15. – No. 17. – P. 4269. – URL: https://doi.org/10.3390/rs15174269