Придумано нами. Система прогнозирования наводнений

 Наводнения – одно из самых страшных стихийных бедствий. Ежегодно они наносят урон огромным территориям, причиняют многомиллиардный ущерб и уносят жизни людей. Если не полностью устранить, то сократить возможные последствия наводнений можно с помощью точного и быстрого паводкового прогноза чрезвычайного события (ЧС). Белгородские ученые разработали автоматизированную систему прогнозирования рисков наступления и развития половодий и паводков. Ее главные преимущества – максимальная оперативность и собственное аппаратно-программное обеспечение, не зависимое от западных аналогов сетевых ресурсов.
Напомним, что самым масштабным за последние 115 лет стало наводнение на Дальнем Востоке, которое произошло в конце лета 2013 года. Как сообщает РИА «Новости», больше других пострадали Амурская область, Еврейская автономная область и Хабаровский край. Всего с начала паводка было подтоплено 37 муниципальных районов, 235 населенных пунктов и более 13 тыс. жилых домов. Общая площадь затопленных территорий составила более 8 млн кв. км. Пострадавшими признали около 190 тыс. человек, а общий объем ущерба составил 527 млрд рублей.Из чего состоит
Система краткосрочного прогнозирования наводнений представляет собой аппаратно-программный комплекс.
Разработка основывалась на трудах двух ученых Черноземья: доктора географических наук, профессора НИУ «БелГУ» Федора Лисецкого, реализующего на Белгородчине концепцию бассейнового подхода, и доктора сельскохозяйственных наук, профессора Курского государственного университета, Михаила Кумани. Кстати, именно Михаил Владимирович провел фундаментальные исследования по уточнению для Курской и Белгородской областей методов прогнозирования наводнений. Всего над разработкой трудились около восьми ученых. Организацией работы проектной группы руководил начальник отдела средств дистанционных измерений Федерально-регионального центра аэрокосмического и наземного мониторинга объектов и природных ресурсов Сергей Кунгурцев.
Приборная часть – это гидропост, установленный на берегу реки. Он представляет собой штангу, на которой размещается цилиндр 25 см высотой и 12 см в диаметре, выполненный из толстой стали с крышками, которые прикручиваются болтами. Внутри находится плата, на которой размещено устройство с микропроцессором, которое держит связь с сетевым оператором связи. Питание осуществляется за счет установленного аккумулятора – в экспериментальном образце он такой же, что и в современных источниках бесперебойного питания. Сверху установлена маленькая антенна, которая держит обеспечивает связь с сотовым оператором, а снизу – разъем, к которому присоединяется кабель датчика. Этот кабель закапывается в землю, переходит в воду, где на определенном расстоянии от берега на якоре установлен датчик давления и температуры воды.
Программное обеспечение, которое загружено в микропроцессор, работает с заданным режимом. Так, оно способно замерять уровень воды с любой частотой. В обычное время достаточно одного замера в сутки, в период опасности возникновения паводков подъема воды – каждые 15 минут. Этот период измерения управляется с компьютера, который собирает данные со всех гидропостов. Принцип организации таких постов должен иметь бассейновый подход, то есть учитывать все процессы, которые происходят с рекой и ее притоками.
«Наблюдение за паводками и половодьями должны подчиняться бассейновому подходу. Есть бассейн, четкий географический район, который можно выделить. В одном бассейне мы должны иметь один центр, который обрабатывает данные гидропостов. Устройство передает сведения об уровне воды, а мы передаем ему команду, как себя вести, например, делать замеры раз в 15 минут», – поясняет Сергей Кунгурцев.
По какому принципу должны быть установлены гидропосты? Чрезвычайные происшествия всегда касаются населенных пунктов – вот в таких районах они и нужны. Причем один гидропост должен быть установлен неподалеку от населенного пункта, а другой – на 80-100 км выше по течению.
В нашей стране все водомерные посты на реках давно существуют, но замеры на них, в большинстве случаев, производятся вручную: изменение уровня воды проводит сотрудник специализированной службы с помощью обыкновенного шеста футштока или по маркам на опоре моста.
«Оборудования для гидропостов в мире производится немало. Можно установить любое аналогичное, и пост будет исправно работать. Но приборы сделаны на зарубежной элементной базе, иностранными специалистами и с применением алгоритмов прогнозирования, рассчитанных на другие географические условия. Кроме того, информация, которая поступает с таких гидропостов, передается через серверы страны-производителя. А это зависимость и даже утечка оперативной информации», – отмечает Сергей Анатольевич. 
Как работает
Как только информация с гидропостов собрана и обработана, в дело вступает программное обеспечение. Существует много принципов прогнозирования, которые учитывают массу параметров: запасы снега, скорость таяния, характеристика почвы и т. д. Это требует большого массива входных данных и занимает время – такой прогноз оперативным не назовешь.
«Из существующего множества алгоритмов научного прогнозирования поведения уровня воды и момента наступления чрезвычайной ситуации мы выбрали такой вариант, который, почти не используя статистические данные, дает оперативный прогноз. То есть мы можем сказать, что, например, через четыре часа к определенному населенному пункту подойдет волна и будет повышение уровня, а через два часа таким-то образом этот уровень будет затоплен. Этих нескольких часов вполне достаточно, чтобы принять меры», – поясняет ученый.
Кстати, четыре часа для этой системы – далеко не предел. Она способна предсказывать развитие событий на ближайшие 8-10 часов.
«Система может обучаться. Мы можем загрузить в нее измерения предыдущих 50-80 лет. Это дает возможность более точного прогнозирования ситуации», – добавляет он.
Программа собирает предварительные сведения, сопоставляет их с уже имеющимися данными и формирует предварительный прогноз. Однако окончательное решение принимает оператор, который следит за имеющимися данными. Он может дать сигнал оповещения, связавшись с сотрудниками местных администраций через рассылку СМС. Такое информирование будет куда более быстрым, чем стандартное обращение по инстанциям.
Кроме прогнозирования, эта программа может моделировать картину затопления. Например, если ввести в нее данные рельефа местности определенного населенного пункта, то, во-первых, мы можем увидеть картину затопления, во-вторых, наблюдать, куда именно подбирается уже существующий уровень воды.
Результаты апробации
Система уже была опробована в Белгороде, на Везелке, а также на реке Новый Оскол неподалеку от Валуек и курском Сейме. Наблюдения в течение трех месяцев позволили отладить работу экспериментального образца.
Однако пока запускать систему в производство нельзя. Необходимо провести опытно-конструкторскую работу: разработать чертежи, проработать технологию, опытную эксплуатацию, испытать зимой, продумать защиту от вандалов. На это требуется около 15-20 млн рублей. Даже с учетом того, что разработка теоретической части и экспериментального образца стоила 10 млн рублей (получены в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» Министерства образования и науки РФ), конечная стоимость такого отечественного ноу-хау получается вполне скромной, а при грамотном применении, и не только для прогнозирования паводков ЧС, может окупиться при первом же наводнении.
В нашей стране установлены несколько тысяч автоматизированных станций, измеряющих уровень воды, но они иностранного производства. И далеко не все водомерные посты охвачены системами автоматизированного мониторинга.Возможности для аграриев
Разработанная система прогнозирования может применяться не только для предсказания наводнений. Она также будет полезна в земледелии. Вполне возможно поставить датчики не уровня воды в водоеме, а влажности и температуры почвы, уровня грунтовых вод, то есть нужного для агрономов параметра.
«Собранные данные позволят принимать верные, а главное, оперативные решения относительно полива и других мер по выращиванию сельскохозяйственных культур, – считает Сергей Кунгурцев. – Такими датчиками можно охватить весь бассейн и способствовать развитию ландшафтного земледелия. Нужны только деньги и волевое решение заказчика».
Фото: Максим Белоус

Елена Зачепа
проспект Славы, 60
308000
Белгород
+7 (4722) 58-44-00

Источник: mirbelogorya.ru