Предыстория проекта
Юго-Восточная Азия, характеризующаяся тропическим муссонным климатом, ежегодно сталкивается с серьезной угрозой наводнений в сезон дождей. В качестве примера рассмотрим бассейн реки Чао Прайя в одной из стран, протекающий через самый густонаселенный и экономически развитый столичный регион страны и прилегающие территории. Исторически сложилось так, что сочетание внезапных проливных дождей, быстрого стока с горных районов и затопления городов сделало традиционные, ручные и основанные на опыте методы гидрологического мониторинга неэффективными, что часто приводило к несвоевременным предупреждениям, значительному материальному ущербу и даже жертвам.
Чтобы отказаться от реактивного подхода, национальное управление водных ресурсов в сотрудничестве с международными партнерами запустило проект «Интегрированная система мониторинга наводнений и раннего предупреждения для бассейна реки Чао Прайя». Цель заключалась в создании современной, точной и эффективной системы борьбы с наводнениями в режиме реального времени с использованием Интернета вещей, сенсорных технологий и анализа данных.
Основные технологии и области применения датчиков
Система объединяет различные передовые датчики, образуя «глаза и уши» слоя восприятия.
1. Дождемер с опрокидывающимся ведром – «передовой сторож» для определения источников наводнений.
- Места развертывания: Широко используется в горных районах, расположенных выше по течению рек, лесных заповедниках, водохранилищах среднего размера и ключевых водосборных бассейнах на окраинах городов.
- Функции и роль:
- Мониторинг осадков в режиме реального времени: сбор данных об осадках каждую минуту с точностью до 0,1 мм. Данные передаются в режиме реального времени в центральный диспетчерский пункт через GPRS/4G/спутниковую связь.
- Предупреждение о шторме: Когда дождемер фиксирует чрезвычайно интенсивные осадки за короткий период времени (например, более 50 мм за один час), система автоматически запускает первоначальное оповещение, указывающее на риск внезапных наводнений или быстрого стока в этом районе.
- Слияние данных: Данные об осадках являются одним из наиболее важных входных параметров для гидрологических моделей, используемых для прогнозирования объема стока в реки и времени наступления пиков паводков.
2. Радарный расходомер – «пульсовый монитор» реки
- Места установки: Во всех основных руслах рек, в ключевых местах слияния притоков, ниже водохранилищ, а также на важных мостах или башнях на въездах в города.
- Функции и роль:
- Бесконтактное измерение скорости: использует принципы отражения радиолокационных волн для точного измерения скорости поверхностного течения воды, не зависит от качества воды или содержания осадка и не требует сложного технического обслуживания.
- Измерение уровня воды и поперечного сечения: В сочетании со встроенными датчиками давления воды или ультразвуковыми уровнемерами устройство получает данные об уровне воды в режиме реального времени. Используя предварительно загруженные данные о топографии поперечного сечения русла реки, оно рассчитывает расход воды (м³/с) в режиме реального времени.
- Основной предупреждающий индикатор: Расход воды является наиболее прямым индикатором масштабов наводнения. Когда расход, отслеживаемый радарным измерителем, превышает заданные пороговые значения для предупреждения или опасности, система запускает оповещения на разных уровнях, что дает драгоценное время для эвакуации населения ниже по течению.
3. Датчик перемещения – «Защитник безопасности» инфраструктуры
- Места размещения: критически важные дамбы, насыпные плотины, склоны и берега рек, подверженные геотехническим опасностям.
- Функции и роль:
- Мониторинг состояния конструкций: Использует датчики смещения GNSS (глобальной навигационной спутниковой системы) и стационарные инклинометры для непрерывного мониторинга смещений, осадки и наклона дамб и склонов с точностью до миллиметра.
- Предупреждение о разрушении плотины/прорыве: Во время наводнений повышение уровня воды оказывает огромное давление на гидротехнические сооружения. Датчики смещения могут обнаруживать ранние, едва заметные признаки структурной нестабильности. Если скорость изменения смещения внезапно ускоряется, система немедленно выдает предупреждение о структурной безопасности, предотвращая катастрофические наводнения, вызванные инженерными ошибками.
Системный рабочий процесс и достигнутые результаты
- Сбор и передача данных: Сотни сенсорных узлов по всему бассейну собирают данные каждые 5-10 минут и передают их в пакетах в облачный центр обработки данных через сеть IoT.
- Слияние данных и анализ моделей: Центральная платформа получает и интегрирует данные из различных источников, включая дождемеры, радиолокационные расходомеры и датчики перемещения. Эти данные поступают в откалиброванную сопряженную гидрометеорологическую и гидравлическую модель для моделирования и прогнозирования наводнений в реальном времени.
- Интеллектуальные системы раннего предупреждения и поддержки принятия решений:
- Сценарий 1: Дождемеры в горах выше по течению обнаруживают сильную бурю; модель немедленно прогнозирует, что пик паводка, превышающий уровень предупреждения, достигнет города А через 3 часа. Система автоматически отправляет предупреждение в отдел предотвращения стихийных бедствий города А.
- Сценарий 2: Радарный расходомер на реке, протекающей через город B, показывает резкое увеличение расхода в течение часа, при этом уровень воды вот-вот перельется через дамбу. Система активирует красную тревогу и рассылает срочные приказы об эвакуации жителям прибрежной зоны через мобильные приложения, социальные сети и экстренные сообщения.
- Сценарий 3: Датчики смещения на старом участке дамбы в точке С обнаруживают аномальные движения, что приводит к срабатыванию системы, сигнализирующей об опасности обрушения. Командный центр может немедленно направить инженерные бригады для подкрепления и заблаговременно эвакуировать жителей из зоны риска.
- Результаты рассмотрения заявок:
- Увеличение времени предупреждения: по сравнению с традиционными методами, время предупреждения о наводнении сократилось с 2-4 часов до 6-12 часов.
- Повышение научной точности принятия решений: научные модели, основанные на данных в реальном времени, заменили основанные на опыте нечеткие суждения, что позволило принимать более точные решения, такие как управление водохранилищами и активация зон отвода паводковых вод.
- Сокращение потерь: В первый сезон наводнений после развертывания системы удалось успешно справиться с двумя крупными наводнениями, что, по оценкам, позволило сократить прямые экономические потери примерно на 30% и избежать жертв.
- Улучшение взаимодействия с общественностью: с помощью общедоступного мобильного приложения граждане могут в режиме реального времени проверять информацию об осадках и уровне воды в своем районе, что повышает осведомленность населения о мерах по предотвращению стихийных бедствий.
Вызовы и перспективы на будущее
- Проблемы: высокие первоначальные инвестиции в систему; проблемы с покрытием сети связи в отдаленных районах; долговременная стабильность датчиков и устойчивость к вандализму требуют постоянного технического обслуживания.
- Перспективы на будущее: Планы включают внедрение алгоритмов искусственного интеллекта для дальнейшего повышения точности прогнозов; интеграцию данных спутникового дистанционного зондирования для расширения охвата мониторинга; и изучение более тесных связей с городским планированием и системами водопользования в сельском хозяйстве для создания более устойчивой системы управления «умным речным бассейном».
Краткое содержание:
В данном исследовании показано, как синергетическое взаимодействие дождемеров с опрокидывающимся ведром (для определения источника), радиолокационных расходомеров (для мониторинга процесса) и датчиков смещения (для защиты инфраструктуры) создает комплексную многомерную систему мониторинга наводнений и раннего предупреждения — от «неба» до «земли», от «источника» до «сооружения». Это не только отражает направление модернизации технологий борьбы с наводнениями в Юго-Восточной Азии, но и предоставляет ценный практический опыт для глобального управления наводнениями в аналогичных речных бассейнах.
Полный комплект серверов и программного обеспечения беспроводного модуля, поддерживающий RS485 GPRS /4g/WIFI/LORA/LORAWAN
Пожалуйста, свяжитесь с компанией Honde Technology Co., LTD.
Email: info@hondetech.com
Веб-сайт компании:www.hondetechco.com
Тел.: +86-15210548582
Дата публикации: 29 сентября 2025 г.