Свързани новини

• 

  100 дни – 100 лъжи: Кабинет на потопа

  „100 дни – 100 лъжи”,: това беше ...

Системи, които спасяват живот

Видян 1951 пъти | Коментари 0
Гласували 0

Фигура 4: Типична станция за контрол на речното ниво. Източник НекстЛаб.

Някои от основните показатели на станциите са:

• Измерват абсолютното ниво и скоростта на покачване нивото на водата на реки и водоеми с 2 независими датчика;
• Измерват интензитета и количеството на падналите дъждове;
• Анализират в реално време измерените резултати; 
• Имат собствено захранване от възобновяем източник, което позволява целогодишна автономна работа без достъп до електрическа мрежа, независимо от метеорологичните условия;
• Имат дистанционно задаване на граници за абсолютна стойност и за скорост на изменение на нивото на водата и на падналия дъжд, при достигането на които станцията сама преминава последователно в три нива на “аномалия”: 

• Изпращане на SMS до предварително зададени телефонни номера с различно съдържание при установяване на всяко следващо ниво на “аномалия”;
• Датчик валежи: максимална интензивност – 200 мм/м²/час, чувствителност – 0,5 мм/м²;

На Фиг. 5 е показана примерна графика на заложени нива при повишаване нивото на река. От графиката се вижда как нивото на водата се повишава с времето (синята линия). Когато нивото на реката достигне зададената стойност за тази станция (червената линия), трябва да се предприеме евакуация по предварително разработен план.

Фигура 5: Принципна схема за задействане на процедура в зависимост от нивото на реката. Източник: автора

Реалните измервания на няколко параметъра са показани на следващата графика (Фиг. 6). От графиката се вижда как веднага се регистрира едновременните сигнали (срещата на двата пика) от двата сензора – дънния (линия 2) и ултразвуковия (линия 1), измерващи нивото на водата и линия 3 – количество валежи.

Фигура 6: Реална графика за измервания на ниво на река. Източник: автора.

В България съществуват изградени подобни системи за наблюдение на нивата на водите в реките и язовирите. 

Космически системи за наблюдение и ранно предупреждение от природни бедствия, вкл. и наводнения 

Съществуват 3 основни вида космически технологии, които играят важна роля в ранното предупреждение различни за начало и проследяване на бури и урагани, наводнения и свлачища. Те наблюдават както обширни територии от земната повърхност (Фиг. 7), така и милиметрови отклонения от движението на земни маси и анализират растителни покривки. 

Известните системи са следните:

1. Сателитни телекомуникации; използват се по 2 начина – да предават данни от сензори, разположени в отдалечени райони, до обсерватории, където се анализират и използват за разработване на прогнози относно потенциално катастрофални събития, и да се предават предупреждения от един географски регион в друг. 
2. Наблюдение на Земята; някои примери за приложения включват: следене развитието на наводненията в много големи басейни; проследяване пътя на циклоните, тайфуните и ураганите в морето, преди да достигнат сушата; оценяване сериозността на засушаванията; определяне наличието на горещи точки в активните вулкани; проследяване на активни движения на инфраструктурни обекти (напр. мостове и виадукти), включително свлачища; и др. 
3. Сателитна навигация или сателитна навигационна система за автономно геопозициониране. Сателитна навигационна система с глобално покритие се нарича глобална навигационна спътникова система (GNSS).

Понастоящем сателитните телекомуникации и наблюдението на Земята се използват по-често в няколко вида системи за ранно предупреждение.

Независимо, какви технологии се използват, добрата научно приложна практика е да се съчетават наземни и космически технологии за генериране на модели и предупреждения от наводнения. Една опростена примерна схема е изобразената по-долу (Фиг. 8).

Фигура 8: От алармиране за опасност до крайния потребител. Източник: автора.

Често се счита, че достъпът до сателитни данни е труден и ограничен. За щастие, вече имаме достъп до все повече данни с отворен достъп от правителствени сателити като Landsat и Sentinel, както и безплатните ресурси за облачни изчисления като Amazon Web Services, Google Earth Engine и Microsoft Planetary Computer. За съжаление обаче, тези ресурси не се използват пълноценно от държавните и общински служби за наблюдение на земята и своевременно оповестяване за предстоящи наводнения и други бедствия.

Наблюдението на исторически данни, могат да покажат как реките са се изместили от своите обичайни корита, къде има презастрояване в рискови от наводнение области или как бреговата линия е ерозирала (Фиг. 9).

Фигура 9: Сателитен изглед от сателит на НАСА за степента на масивните наводнения в Пакистан (преди и след наводнението). Източник: NASA Landsat 9, news.abplive.com/.

Най-продължителната сателитна мисия на Земята е на сателита Landsat. Генерираната база от изображения на Земята (Фиг. 10) при него е от 1972 г. насам. Най-новият спътник от серията, Landsat 9, беше изстрелян от НАСА през септември 2021 г. На изображението голата земя изглежда кафява или червеникава, растителността е зелена, а натоварената със седименти вода и наситената почва са нюанси на синьото.

Фигура 10: Landsat 8 засне изображенията на 7 април 2023 г., когато придошлите води от валежите през февруари и началото на март течаха през водосбора на река Диамантина, Австралия. Източник: NASA Landsat 8.

Едно от ограниченията на тези сателити, които предоставят общодостъпна информация е тяхната пространствена и времева резолюция. Landsat има времева резолюция от 16 дни, което означава, че едно и също място на Земята се заснема приблизително веднъж на всеки 16 дни. С Landsat 8 и 9 в орбита можем да получим глобално покритие на Земята веднъж на всеки 8 дни. За бърза оперативна работа тези данни няма да вършат качествена работа, но при изучаване на тенденции, сравненията с минали и сегашни данни са по-лесни.

Глобална система за информиране за наводненията (Global Flood Awareness System GloFAS). 

Предложен е нов глобален компонент за мониторинг на наводненията, който се основава на автоматизираната обработка на спътникови данни от радара от “Сентинел-1” (SAR) по програма “Коперник”, използване на ансамблов подход, базиран на 3 отделни най-съвременни алгоритми за откриване на наводнения от сателити.

Изследователите от целия свят разработват нови системи за изкуствен интелект, които ще помогнат за прогнозиране и предупреждение за наводнения чрез обработка на изображения и други данни, заснети от сателити. За Европа се използва сателитната програма Sentinel на Европейската космическа агенция.

Космическите системи играят важна роля в ранното предупреждение за наводнения, като предоставят информация от високотехнологични сателити и сензори, които могат да следят и анализират условията на земната повърхност и атмосферата. 

Сателитни данни и изкуствен интелект

Чрез сателитно наблюдение на водни структури може:

• Да се засече милиметрово движение на структури и развитие на растителност;
• Да се изведе ежемесечно отдалечени наблюдения и статистика на промяната на растителността, вегетационна влага; 
• Да се направи годишен ретроспективен анализ на данни за определяне на движението на земята и тенденциите на просмукване;
• Да се направи анализ на промените надолу по веригата за картографиране на риска от наводнения и актуализации на класификацията на опасностите.

Движението на земната кора от различни природни и антропогенни дейности (пропадане на пътища при строителство, подземни работи и др.) особено при интензивни и продължителни валежи е много важно да се наблюдава. Спътниковото наблюдение обхваща голям период от време от 2016 г. досега и с точност до милиметър анализира движението на структури на земята във вертикално направление. Без да се впускаме в подробности, ще покажем крайния резултат от спътникови измервания на вертикално движение на земна структура, която е наблюдавана и има статистически данни в периода 2016 – 2021 г. (Фиг.11).

наблюдение и анализ на данните. Източник: АУРЕ – Проект Хармония.

Чрез геопространствен изкуствен интелект се постига ретроспективен анализ, който точно определя тенденциите и аномалии – необичайни промени в движението на земята, растителността и нива на влага, което помага за разполагане на ресурси на правилното място на правилното време. Тази сравнително нова за България технология ще бъде използвана за анализ на свлачища, пропадане на инфраструктура (пътища, мостове, тунели, сгради и др.).

Предимствата са очевидни – ясна непрекъсната картина на цялата база активи и намаляване на оперативни разходи чрез намаляване на случайни проверки и поддръжка. Не на последно място е и намаленият риск за безопасността. Събраните данни от различни космически сензори се обработват и анализират чрез технологии като изкуствен интелект и машинно обучение, което може да помогне за по-точни прогнози и предупреждения.

Тези космически системи са важни инструменти за предварителното определяне на засегнатите области, което може да помогне за подготовката и предприемането на необходимите действия преди наводнението да стане сериозна заплаха.

Сигнали за всички опасности на всички места или Alert For All (A4A) 

Въвеждането на комплексни системи за ранно оповестяване в един град представлява важна стъпка към повишаване на сигурността и готовността на населението предвид разнообразни заплахи и бедствия. Системите обединяват различни технологии и комуникационни мрежи с цел ефективно предоставяне на информация и инструкции към гражданите, когато се налага. Въведените информационни табла на стратегически места, като автобусни спирки, метро, МОЛ, хотели, улици и офиси, играят ролята на важни визуални и комуникационни точки за разпространение на предупреждения и насоки (Фиг. 12).

Фигура 12: Информационни табели на различни места. Източник: автора

Тази интегрирана система позволява на гражданите и посетителите на града да получат навременна и актуална информация като текстови съобщения относно евентуални бедствия като наводнения, горски пожари, замърсявания с опасни газове и фини прахови частици и др. Тези предупреждения могат да дойдат от различни източници като метеорологични служби, сензори за наблюдение, сателитни системи и други. С информацията, предоставена на информационните табла, гражданите могат да се подготвят и предприемат необходимите стъпки за сигурността си. Тази информация може да се комбинира със система за оповестяване посредством мобилните оператори.

В интернет съществуват множество платформи за предупреждения от различни видове бедствия (Фиг. 13). Повечето от тях са със свободен достъп, но не всички предават данни от последната минута. 

Такива системи също така дават възможност на органите за управление на бедствията да поддържат свързаност и взаимодействие с обществото по време на кризи. Трябва да се има предвид, че повечето подобни системи генерират своята информация автоматично и услугите, примерно на GDACS, не са предназначени да заменят официалните източници на информация или местните и националните органи за гражданска защита, които имат отговорността да издават евакуационни или други мерки за защита на гражданите. Предупрежденията и автоматичните оценки на въздействието изискват допълнителна проверка от алтернативни източници на данни. Те не следва да се използват за вземане на решения без алтернативни източници на информация, които да потвърдят или опровергаят тяхната валидност.

Унгарската национална асоциация за радиосигнализация за бедствие и инфокомуникации (RSOE)

RSOE управлява Информационната служба за извънредни ситуации и бедствия (EDIS) с цел наблюдение, документира и анализира всички видове извънредни или бедствени събития по целия свят. RSOE обработва данни на няколко организации, органи и доверени медии, за да получат надеждна информация, като използва високата скорост и огромна база данни в интернет. Предоставените услуги включват показване на събраната информация за различни потребителски интерфейси и уведомяване на клиентите за избрани събития (Фиг. 14).

Фигура 14: Основни стъпки за работата на EDIS. Източник.

Системите за ранно предупреждение са ключови инструменти за адаптация към климатичните промени и намаляването на риска от бедствия и имат за цел да избегнат или намалят опастността и щетите, както за хората така и за околната среда. Когато се комбинират данните събрани от спътници, наземни сензори и визуално наблюдение, ще може по-лесно и надеждно да се прогнозират наводнения и свлачищни процеси. Службите на гражданска защита могат да издават ранни предупреждения, на база на количеството валежи, които могат да предизвикат наводнения, и свързаните с тях опасности от свлачища за определен наклон или определен тип почва.

Източник заглавна снимка: Unsplash (свободен лиценз)

В статията са използвани материали от:

1. U.S. Geological Survey (USGS) 
2. Наредба за условията и реда за функциониране на националната система за ранно предупреждение и оповестяване на органите на изпълнителната власт и населението при бедствия и за оповестяване при въздушна опасност.
3. Информационен бюлетин за състоянието на водите, МОСВ, октомври, 2021
4. Early Warning Systems, UN 
5. Global Flood Awareness System 
6. How to use free satellite data to monitor natural disasters and environmental changes, The Conversation 
7. KeepTrack 
8. Landsat Image Gallery 
9. GDACS – Глобална система за предупреждение и координация при бедствия 
10. Emergency and Disaster Information Service