Интеллектуальная многомерная система мониторинга водных ресурсов Томской области как инновационная технология повышения качества управления территорией
Аннотация 1
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ 3
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Характеристика территории 5
1.1 Гидрографическая сеть 5
1.2 Всемирная метеорологическая организация 8
1.3 Климатические данные 10
1.4 Потребности государственного и частного секторов 11
1.5 Современное положение в области климатических данных 12
1.6 Доведение климатического обслуживания до конечных пользователей 12
2 Обзор методов прогнозов паводковой обстановки 14
2.1 Паводок 17
2.1.1 Классификация паводков 19
2.2 Методы прогнозирования паводков 20
3 Нейронные сети в прогнозировании 23
3.1 Исторические предпосылки нейронных сетей 23
3.2 Классификация нейронных сетей 27
3.3 Искусственные нейронные сети 29
4 Центр превосходства и международная лаборатория «Системы технического зрения» 32
4.1 Мониторинг водных ресурсов Томской области 34
4.2 Пробелы в данных 37
4.3 Управление данными 39
4.4 Геоинформационные системы и использование спутников 40
4.5 Валидация и контроль качества 46
4.6 Процедура для исправления и сообщения о несоответствующей прогностической продукции, а также принятия корректирующих мер 47
5 Оценка рисков при мониторинге водных ресурсов (и паводков) на территории 49
5.1 SWOT-анализ и PEST-анализ развития Томской области при мониторинге водных
ресурсов 51
5.2 Новые пути решения проблем мониторинга водных ресурсов Томской области ... 54
5.3 Методические рекомендации для улучшения системы мониторинга 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 59
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 60
ПРИЛОЖЕНИЕ А Диаграмма Исикавы для неправильного прогноза 63
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Таблица среднесуточных уровней воды 64
Прогнозирование возможности возникновения опасных разливов на реках является сложной многоуровневой задачей, актуальность которой обусловлена состоянием современных хозяйственных систем, их уязвимостью. В зонах, подверженных негативному влиянию паводков и половодий находится большое количество населенных пунктов, критически важных и потенциально опасных объектов инфраструктуры, промышленных предприятий и сельскохозяйственных угодий.
При этом ущерб от наводнений зависит не только от уровня воды в водоемах и водотоках, а определяется в значительной степени предсказуемостью предстоящего половодья или паводка. Наличие заблаговременной и достаточно точной прогнозной информации позволяет рационально спланировать и провести превентивные мероприятия по недопущению, либо минимизации ущерба от наводнений.
Особое значение имеет изучение современных изменений условий формирования максимального стока. Их недоучет или игнорирование может приводить к значительным ошибкам прогнозов и тем самым снижать эффективность всей совокупности мероприятий по подготовке к половодью.
Чтобы смягчить последствия наводнений или вовсе их предотвратить, в настоящее время приобретают популярность технологии прогнозирования с использованием многомерных систем оценки территории.
Целью работы является анализ интеллектуальной многомерной системы мониторинга водных ресурсов Томской области.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
— анализ опыта мирового сообщества в области мониторинга водных ресурсов;
— анализ мониторинга водных ресурсов Томской области;
— анализ деятельности лаборатории СТЗ;
— оценка рисков при мониторинге водных ресурсов;
— исследование прогноза паводковой ситуации;
— оценка полученных данных;
— разработка корректирующих мероприятий по результатам оценки;
— план внедрения методических рекомендаций.
Характеристика территории
Томская область - субъект Российской Федерации, находящийся в Азиатской части нашей страны, входящий в состав Сибирского федерального округа. Томская область имеет свое расположение в Западной Сибири, занимает южно-восточную часть Западно-Сибирской равнины, находящейся в среднем течении реки Оби. Широкая долина реки Оби занимает центральную часть территории, которая делит ее на две части: левобережье, в которую входит обширная болотистая низменность, и более возвышенное правобережье, более лесистое и менее заболоченное. Административным центром является г. Томск.
Территория Томской области (рисунок 1) равна 314 тысячи квадратных километров, с населением более одного миллиона человек. Вся территория разделена на 20 муниципальных образований, включающих 4 городских округа и 16 муниципальных районов.
Для Томской области вопрос паводковой обстановки стоит остро, так как она находится в непосредственной близости двух крупных рек. Поэтому прогнозирования паводковой обстановки это очень серьезная задача.
В ходе работы была проанализирована информация об объекте исследования, проведен первичный анализ мониторинга водных ресурсов Томской области, проведена оценка рисков при проведении мониторинга водных ресурсов. Составлен SWOT- анализ и PEST-анализ мониторинга водных ресурсов, определен уровень выполнения требований существующих регламентирующих документов, проанализирована имеющаяся информация по мониторингу водных ресурсов Томской области, скорректированы первичные меры по устранению проблем и разработаны методические рекомендации, включающие в себя увеличение числа и качества данных, использование спутников.
У ИНС есть преимущество простоты по сравнению с другими более сложными моделями. Поэтому в ситуациях, когда информация отсутствует или ее трудно получить, метод ИНС обеспечивает наиболее приемлемый вариант для прогнозирования паводков.
Нейронные сети (ИНС) предлагают средства для снижения затрат на анализ топографической и гидрологической информации за счет сокращения времени, затрачиваемого на анализ данных.
Устойчивое управление водными ресурсами является центральной проблемой для правительств нашего мира. Экстремальные явления в круговороте воды, а именно наводнения и засухи, напрягают даже самые богатые страны и опустошают уязвимые группы населения. Кроме того, многие из наиболее уязвимых к воде мест на Земле также являются наиболее бедными с точки зрения гидрологии.
Чтобы восполнить нехватку данных о воде, являющуюся следствием ограниченных сетей мониторинга на местах, многие ученые и гидрологи в странах с низким уровнем дохода полагаются на данные дистанционного зондирования, полученные со спутников. После десятилетий исследований, с помощью спутников можно измерить поверхностные уровни воды, влажность почвы, глубину снежного покрова, грунтовые вод и другие параметры.
Так же была проведена работа по управлению рисками наводнений. Во время изучения было выявлено, что Администрация Томской области не на всей территории проводит достаточные работы по предотвращению рисков, особого внимания требуют отдаленные районы области.
