CC BY
9
УДК 656.62
DOI 10.52375/20728689 2022 2 212
СОЗДАНИЕ МАКЕТА СИСТЕМЫ ПО АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
В СТРОИТЕЛЬНОЙ КЛИМАТОЛОГИИ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ
РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
Честнов А.И., аспирант Института Информационных Систем и Геотехнологий при ФГБОУВО «Российский государственный гидрометеорологический университет», e-mail: arsenij430@gmail.com Абрамов В.М., доцент, ФГБОУ ВО «Российский государственный гидрометеорологический университет», e-mail: val.abramov@mail.ru Голосовская В.А., доцент, Российский Государственный Гидрометеорологический Университет, e-mail: verr.gol@mail.ru
Коринец Е.М., к.т.н., ФГБОУ ВО «Российский государственный гидрометеорологический университет», e-mail: miffi89@mail.ru
Согласно Градостроительному кодексу Российской Федерации от 29 декабря 2004 года, созданным согласно Федеральному закону от 27 декабря 2002 года, №184-ФЗ «О техническом регулировании», являясь необходимой частью при проектировании любых объектов для дальнейшего строительства, метеорологические изыскания представляют собой крайне долгий и сложный процесс, включающий в себя обработку большого количества данных. Для упрощения процессов сбора данных, их обработки, визуализации и репрезентации, авторский коллектив разработал макет системы, включающий в себя вышеизложенные процессы на основе данных сугубо из открытых источников. Это не позволяет в полном объёме выполнять метеорологические изыскания, где требуются данные из закрытых источников, но данная система, при доведении до рабочего состояния будет способствовать выполнению большей части задач из метеорологических изысканий.
Ключевые слова: Федеральный закон, строительная климатология, обработка данных.
CREATING A LAYOUT OF A SYSTEM FOR AUTOMATING DATA PROCESSING IN CONSTRUCTION CLIMATOLOGY FOR DESIGNING RIVER TRANSPORT FACILITIES
Chestnov A., the post-graduate student, Institute of Information Systems and Geotechnologies of FSBEIHE «Russian State Hydrometeorological
University», e-mail: arsenij430@gmail.com
Abramov V., associate professor, FSBEI HE «Russian State Hydrometeorological University», e-mail: val.abramov@mail.ru Golosovskaya V., associate professor, Russian State Hydrometeorological University, e-mail: verr.gol@mail.ru Korinets E., Ph.D., FSBEI HE «Russian State Hydrometeorological University», e-mail: miffi89@mail.ru
According to the Urban Planning Code of the Russian Federation of December 29, 2004, created in accordance with Federal Law No. 184-FZ of December 27, 2002 «On Technical Regulation», being a necessary part in the design of any facilities for further construction, meteorological surveys are an extremely long and complex process, including the processing of a large amount of data. To simplify the processes of data collection, processing, visualization and representation, the team of authors has developed a mock-up of the system, which includes the above processes based on data purely from open sources. This does not allow to carry out meteorological surveys in full, where data from closed sources are required, but this system, when brought to working condition, will contribute to the fulfillment of most of the tasks from meteorological surveys.
Keywords: Federal law, construction climatology, data processing.
В целях обеспечения Федерального закона от 30 декабря 2009 г. N 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», разработан свод правил инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства. Федеральный закон принимается в целях:
1) защиты жизни и здоровья граждан, имущества физических или юридических лиц, государственного или муниципального имущества;
2) охраны окружающей среды, жизни и здоровья животных и растений;
3) предупреждения действий, вводящих в заблуждение приобретателей;
4) обеспечения энергетической эффективности зданий и сооружений.
Данный Федеральный закон (далее ФЗ) регулирует определённые объекты, среди которых сооружения и здания любого назначения, а главное, что относится к строительной метеорологии, процессы проектирования, к которым и относятся изыскания. На основе изысканий происходит процесс проектирования, на основе проектирования происходит процесс монтажа, строительства, эксплуатации и сноса здания или сооружения. Затрагивая все этапы существования здания, данный ФЗ распространяется на все этапы жизненного цикла здания или сооружения. Ко всем процессам, относящимся к жизненному циклу здания могут устанавливаться отдельные, особые и дополнительные требования, которые не могут никоем образом противоречить или сильно отклоняться от требований, изложенным в данном ФЗ. Касательно строительной климатологии, настоящий ФЗ устанавливает минимальные требования к безопасности при опасных природных явлениях. Национальный орган Российской Федерации по стандартизации обеспечивает в информационной системе общего пользования доступ на безвозмездной основе к национальным стандартам и сводам правил. Национальные
стандарты и своды правил должны обновляться, согласно данному ФЗ каждые 5 лет, к ним относятся и метеорологические изыскания. Результаты инженерных изысканий должны быть достоверными и достаточными для установления проектных значений параметров и других проектных характеристик здания или сооружения, а также проектируемых мероприятий по обеспечению его безопасности. Метеорологические изыскания необходимы для проектирования помещений при реализации требований к микроклимату помещения, указанные в статье 29 настоящего ФЗ [1].
Общие технические требования и правила производства инженерно-гидрометеорологических изысканий для подготовки документов различного проектирования, городского планирования или размещения трасс строительства, площадок для фундаментов и свай, а также для реконструкций или капитальных ремонтов устанавливаются определёнными сводами правил. Среди таких сводов правил присутствует СП 482.1325800.2020, свод правил инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства, общие правила производства работ. Отчетная документация о выполнении инженерно-гидрометеорологических изысканий, оформленная в виде технического отчета, состоящего из текстовой и графической частей, а также текстовых, графических, цифровых и иных приложений [2].
Цель данной статьи состоит в предложении возможной автоматизации данных из открытых источников для облегчения процесса метеорологических изысканий и составления отчётов по ним. На примере одного региона обширной площади предполагается продемонстрировать проблемные моменты не только возможной автоматизации процесса, но и самих метеорологических изысканий [3].
В качестве примера взят участок реки Енисей из посёлка Курей-ка до посёлка Дудинка, между которыми находится один из самых крупных гидрологических постов Игарка.
Рис. 1. Карта местоположений метеостанций на Енисее.
По официальным данным с сайта АСУНП, автоматизированной системы учёта наблюдательных подразделений Росгидромета, на данном маршруте находятся 3 пункта с метеостанциями [4].
В рамках проекта по автоматизации обработки данных в строительной климатологии, создана GIS система в виде карты. На карте указаны местоположения населённых пунктов и их метеостанций, координаты которых соответствуют координатам из АСУНП.
Как сразу же видно по карте, появляется первая же проблема для проектировщиков, у метеостанций крайне ограниченный диапазон покрытия. Согласно своду правил по строительной климатологии, максимальный радиус, при котором метеоизмерения будут актуальны - 30 км [5]. Огромная область остаётся непокрытой, на такой случай существуют способы экстраполяции данных, сравнение полученных результатов метеонаблюдений на двух соседних станциях, и некоторые другие, согласно руководящему документу наставления гидрометеорологическим станциям и постам от 01.09.2001 года,
однако данный процесс крайне сложен и касаемо строительной климатологии не применяется [6].
Результаты инженерно-гидрометеорологических работ оформляются в виде отчёта, где основные данные помещены и представлены в виде таблиц. В данной системе для демонстрации её будущего вида, были взяты данные сугубо из открытых источников и проведены расчёты по тем характеристикам климатических условий, данные по которым можно найти в архивах погоды РП-5.
Огромная проблема не только в автоматизации, но и в унификации метеорологических изысканий является неоднородность результатов метеонаблюдений на различных станциях. На метеостанции в Курейке отсутствует, по-видимому, осадкомер, прибор для измерения накопления осадков [7]. В архиве погоды по данной метеостанции недоступны данные по накоплению осадков и по их видам, которые необходимы для метеорологических изысканий в строительной климатологии. Вместе с тем, как уже упоминалось, данные для макета
Таблица 1. Среднемесячная и годовая температура воздуха в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 год
-13.4 -8.1 -3.9 -1.5 7.1 10.5 17.3 12.4 8.5 -0.1 -5.1 -10.2 1.1
Таблица 2. Абсолютный максимум температуры воздуха в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 год
2 1.8 4.3 11 23.2 29.7 32.3 28.4 25.1 22.9 20.7 10 17.7
2017 2020 2020 2017 2015 2015 2020 2019 2019 2018 2018 2018 2014
Таблица 3. Абсолютный минимум температуры воздуха в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 год
-39 -38 -39 -31 -27 -20.8 -3.5 0.3 -3.1 -21.3 -32.9 -36.1 -24.3
2019 2019 2019 2019 2019 2019 2019 2019 2020 2019 2014 2020 2019
Таблица 4. Среднемесячная и годовая скорость ветра в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Год
3,5 3,4 3,6 3,2 2,9 2,7 2,5 2,5 2,7 3,2 3,3 3,5 3,1
Таблица 5. Относительная влажность воздуха в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Год
83 85 86 94 87 72 76 78 81 83 86 87 83.2
Таблица 6. Среднее число дней с туманом в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Год
4 3 4 3 1 1 2 4 4 4 6 5 41
Таблица 7. Среднее число дней с грозой в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Год
0 0 0 1 4 6 8 5 1 0 0 0 25
Таблица 8. Среднее число дней с метелью в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Год
4 3 5 0 0 0 0 0 0 0 1 9 22
Таблица 9. Среднее число дней с градом в Игарке.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Год
0 0 0 2 0 1 2 4 3 0 0 0 41
разрабатываемой системы берутся сугубо из открытых источников, к сожалению, данные по температурам почвы, которые крайне необходимы для проектирования фундаментов и расчёта свай, данные по обледенению проводов гололедного станка и некоторые другие доступны лишь по запросам, и, как правило, не бесплатно.
Данные по ветрам в виде таблиц нет большого смысла представлять, вместо этого, лучше строить розу ветров по данным из архивов погоды, направления и скорости ветра есть в каждом архиве погоды на РП-5.
«обще« в 1-3 »3-4
дения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов, изделий или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций [8].
Для автоматизации обработки данных необходимы алгоритмы, которые в дальнейшем будут заданы в программы электронно-вычислительной техники, чтобы выполнять расчёты автоматиче-
Рис. 2. Пример построенной розы ветров с цветовой шкалой по скоростям ветра
Автоматизация представляет собой одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобож-
Рис. 3. Алгоритм действий для заполнения таблицы 1
Рис. 4. Процесс построения розы ветров
Рис. 5. Карта с характерным уровнем воды для участка реки
Подобный принцип действий предназначен и для всех остальных таблиц, сортировка метеорологических параметров по разным атрибутам имеет точно такой же принцип и логику. Немного отличается построение розы ветров.
Касаемо гидрометеорологических изысканий для проектирования объектов речного транспорта, открытые данные в этой области встречаются куда реже. Уровни воды согласно СП 13330.20, необходимые для изысканий можно взять из открытых картографических источников.
Материалами для картирования являются среднегодовые многолетние данные уровней воды на гидропостах Енисея. За основу примера взята физическая карта из каталога растровых карт Topomaps, предоставляющие физические карты разного периода и масштаба. Программный инструментарий приложения QGIS позволяет накладывать на растровые карты векторные изображения, совмещая растровую карту с любыми векторными слоями. Красные точки представляют собой отметки, которые были наложены поверх растровых изображений отметок урезов, синие цифры возле них, дублируют значения урезов. Данная карта позволит не только проводить гидрометеоизыскания, но и проводить полноценные исследования по изменению уровня воды на различных участках рек, что крайне актуально для таких длинных как Енисей. Это в совокупности позволит осуществлять мониторинг аномальных изменений значений урезов уровней, что является важным при управлении экологическим рисками [9].
Касаемо ледового покроя, можно делать выводы о ледообразовании с помощью температурных сводок, но есть и другие сервисы в открытом доступе, примером такого бесплатного и надёжного способа служит сервис OSI SAF Eumetstat. OSI ЗАБ является ответом на требования метеорологических и океанографических сообществ государств - членов и сотрудничающих государств ЕиМЕТЗАТ к
всеобъемлющей информации, получаемой с метеорологических спутников на границе раздела океан-атмосфера. 0З1 ЗАБ предлагает ценное дополнение к данным, полученным на местах, репрзентуя их графически. В нем учтены, в частности, требования, сформулированные в рамках Всемирной метеорологической организации (ВМО), Глобальной системы наблюдения за климатом (ГСНК) и некоторых других [10].
SIC СОЯ 2.0 NH /1994-06-04 12:00:00
— 100
Copyright (2017) SUMFT5AT Рис. 6. Спутниковые данные по ледовому покрою морей и рек. рисунке прекрасно виден замёрзший Енисей.
На
40000
30000
Й, 20000
10000
Ob' al Salekhard 1936-2021
Ian, ]. 1936: Dis charge (шЗ/!к); 4960
1940
1950
I960
1970
1980
2000
2010
2020
i............
|Н ■ ЯЦ_И пвидддд
вит il ившиишшищ ■ ■ ■■■ммиич ■ iiiinniinaini и1И1иа»вднпяияв1
В Download Ob al Salekhard
Рис. 7. Представленные данные Arctic GRO.
Последним пунктом, который можно взять из открытых источников для гидрометеорологических изысканий являются данные по расходам рек. Такие данные для Арктических рек предоставляет Arctic GRO, на сайте проекта есть в свободном доступе данные по расходам воды таких рек как: Обь, Енисей, Яна, Мезень, Печора и многих других. Доступны данные с 1936 года по наши дни. Осуществление мониторинга за ледовым покроем рек позволяет делать прогнозы об окончании ледохода для использования морского потенциала [11; 12].
Предполагается, что макет системы по обеспечению данных по строительной климатологии будет представлять собой карту с нанесёнными метеостанциями, с указанием радиусов их диапазонов покрытия. В атрибутах условных обозначений, GIS система позволяет оставлять описания объекта. Предполагается, что созданные таблицы вместе с обработанными архивами погоды будут храниться на удалённых серверах, то есть, будут применяться облачные технологии. Тем самым, с развитием данной системы, найдётся сочетание для GIS технологий, технологий облачного хранения и технологий по автоматизации процессов. Такая система будет крайне полезна и востребована для проектировщиков или же метеорологов, которые занимаются изысканиями на заказ [13].
Вместе с тем, данная система может быть дополнена другими, тем самым став частью системы мониторинга изменений климата или экологическим мониторингом, особенно при исследовании пропускной способности дорожной инфраструктуры, как, например, мосты [14; 15].
Платформа https://www.researchgate.net/profile/Valery_Abramov2/ была использована в качестве инструмента научной коммуникации при проведении исследований.
Работа выполнена в Российском государственном гидрометеорологическом университете в рамках Государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FSZU-2020-0009.
Литература:
1. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. N 384-Ф3 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
2. СП 482.1325800.2020 Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства.
3. Судницына Е. С. Обоснование необходимости разработки методики проведения экспертизы качества документации, разработанной по результатам инженерных изысканий, и возможности
ее использования по назначению // Е. С. Судницына, К. В. Голубев // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. -2020. - Т. 1. - С. 413-417. - EDN CYHYUG.
4. АСУНП - ГЛАВНАЯ (meteo.ru) // Интернет ресурс, официальный сайт АСУНП.
5. СП 482.1325800.2020. Инженерно-гидрометеорологические изыскания для строительства. Прил. А.
6. РД 52.04.614-2000 Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 3. Часть II. Обработка материалов метеорологических наблюдений (meteorf.ru) // Интернет-ресурс, оцифрованный документ.
7. Стернзат М. С. Метеорологические приборы и наблюдения, Л.: Гидрометеоиздат. - 1968.
8. Капустин, Н. М. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учеб. для вузов // Под ред. Н. М. Капустина. — М.: Высшая школа, 2004. — 415 с. — ISBN 5-06-004583-8.
9. Карлин Л.Н., Абрамов В.М. Управление энвиронментальными и экологическими рисками, СПб., 2013. - 332 с.
10. About us | OSI SAF (eumetsat.int) // Интернет-ресурс официальный сайт OSI SAF.
11. Карлин Л.Н., Абрамов В.М., Гогоберидзе Г.Г., Леднова Ю.А. Анализ социально-экономической ситуации в арктических приморских субъектах Российской Федерации на основе индикаторной оценки морского потенциала, Ученые записки РГГМУ, 2013, вып. 30, с. 181-188.
12. Shilin, M., Abramov, V., Sikarev, I., Chusov, A., Mandryka, O. 2022 Innovative Digital Tools for Integrated Water Resources Management in Arctic. Lecture Notes in Networks and Systems, 402, pp. 1239-1246
13. Abramov V, Popov N and Shilin M 2021 Geo-information Support Tools for Natural Risks Management within Northern Sea Route. Transportation Research Procedia 54 144-149
14.Sokolov A, Abramov V, Istomin E, Korinets E, Bolshakov V and Vekshina T 2020 Digital transformation of risk management for natural-industrial systems while climate change. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 940(1) 012003
15. Честнов А.И. Влияние эксплуатации дорожной инфраструктуры в Керченском проливе на выбросы в атмосферу чёрного углерода, парникового газа и двуокиси серы // информационные технологии в образовании. Сборник статей научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых 31 марта 2021 года (в соавторстве с Абрамов В.М., Меркулов В.В., Лебедев Н.С.) 258-266 стр.
