АДАПТИРУЕМЫЙ КОМПЛЕКС МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ И ГИДРОСФЕРЫ

Полезная модель относится к области контрольных устройств (систем) в гидрометеорологии и может быть использована для создания системы мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы.
1
Известна система для комплексного мониторинга природных сред (Заявка на изобретение от 20.01.2001 г. №99104970 "Способ ведения комплексного мониторинга природных сред и система для его осуществления") содержащая летательные аппараты, оснащенные аппаратурой для сбора информации о состоянии природной среды дистанционными методами и аппаратурой радиосвязи для передачи и приема информации, и стационарный центр обработки данных, мобильные наземные пункты контроля, оснащенные средствами пробоотбора, средствами экспресс контроля параметров природных сред, средствами дистанционных наблюдений и средствами связи, автоматические посты контроля параметров водных сред, автоматические береговые посты экспресс-анализа природных вод, а в качестве летательного аппарата использован вертолет, дополнительно оснащенный средствами для измерения параметров природной среды контактными методами.
Получаемая информация по известной системе мониторинга отражает фактическое состояние природной среды и может быть использована лишь для констатации существующего положения, но не позволяет осуществить прогноз данных о возможном состоянии природной среды, в том числе водной поверхности.
2
Известна также автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона (Патент РФ №2210095 "Автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона"), включающая стационарные контрольные посты с детекторами для измерения параметров и характеристик окружающей среды, центральный контрольный пульт, блоки управления и приемопередатчики прямой и обратной связи контрольных постов с центральным контрольным пультом, мобильные контрольные посты с детекторами, блоками управления и приемопередатчиками прямой и обратной связи их с центральным контрольным пультом, каждый из которых включает блок определения местоположения, а каждый из стационарных и мобильных контрольных постов дополнительно содержит блок предварительной обработки информации, в который передаются данные измерений параметров и характеристик окружающей среды с датчиков контрольных стационарных и мобильных постов, а с блока предварительной обработки информация поступает в блок управления соответствующего контрольного поста, затем на блок шифрования от несанкционированного доступа и далее в блок помехоустойчивого кодирования, информация с которого поступает на центральный контрольный пульт.
Указанное устройство также не позволяет получать прогнозные данные о возможном состоянии природной среды и водной поверхности и сравнивать их с наблюдаемыми параметрами.
3
Известна система мониторинга загрязнения атмосферного воздуха (Патент РФ №2248595 "Способ мониторинга загрязнения атмосферного воздуха и система для его реализации"), взятая за прототип, включающая центр мониторинга с программно - вычислительными средствами прогноза сценариев динамики вод и атмосферы, со средствами построения карт полей загрязнения атмосферы, соединенный своим входом и выходом с постами контроля чистоты атмосферного воздуха и средствами гидрометеорологического обеспечения, снабженная программно-вычислительными средствами прогноза сценариев динамики вод и атмосферы, соединенными своим выходом со средствами построения карт полей загрязнения атмосферы, комплексом дистанционного мониторинга водной
поверхности со средствами распознания сорбционных слоев и комплексом лабораторных исследований сорбционных слоев, соединенных своим входом и выходом с центром мониторинга.
Указанная система обеспечивает получение, картирование, прогнозирование и распространение карт измеряемых метеопараметров и поверхностных трассеров (скорость и направление ветра, давление, температура и влажность воздуха, распределение и перемещение воздушных примесей и примесей на поверхности открытой воды). Вместе с тем указанное устройство не позволяют получать распределение и прогностические оценки динамических и статических характеристик водной поверхности, получить которые можно по косвенным или расчетным данным, включая распределение ледяного покрова.
Целью создания настоящей полезной модели является получение фактической информации и значений прогнозируемых характеристик (в том числе и не измеряемых непосредственно при наблюдениях) атмосферы и водной поверхности покрова (информационной продукции) и доведение их до конечного потребителя.
Поставленная цель обеспечивается следующими отличительными признаками в совокупности с известными из прототипа. Для реализации предлагаемого комплекса известная система, включающая центр мониторинга со средствами построения карт распределения параметров атмосферы и океана, соединенный своим входом и выходом с подсистемой сбора данных (взамен постов контроля чистоты атмосферного воздуха и средствами гидрометеорологического обеспечения), снабженная программно-вычислительными средствами прогноза сценариев динамики вод и атмосферы, соединенными своим выходом со средствами построения карт полей параметров (взамен карт загрязнения атмосферы) метеорологических элементов и водной поверхности, комплексом дистанционного мониторинга водной поверхности и комплексом обработки данных дистанционного зондирования (взамен средств ТВ распознавания сорбционных слоев), соединенных своим входом и выходом с центром
мониторинга, снабжена, соединенным своим входом и выходом с подсистемой создания информационной продукции (взамен комплекса лабораторных исследований сорбционных слоев), включающей Автоматизированные рабочие места (АРМ) экспертов а также АРМ на удаленных объектах - объектах потребителей информации.
Состав комплекса приведен на фиг.1
Комплекс включает в себя центр мониторинга 1 с подсистемой технологического сопровождения 2 соединенной своим выходом с входом средств построения карт полей параметров 3, соединенными своим выходом с входом подсистемы создания информационной продукции. Центр мониторинга снабжен четырьмя входами и четырьмя выходами, с помощью которых соединен с выходами и входами программно-вычислительных средств прогноза сценариев динамики гидросферы и атмосферы 5, с выходом и входом средств гидрометеорологического обеспечения 6, с выходом и входом подсистемы сбора и распространения данных, с выходом и входом комплекса дистанционного мониторинга водной поверхности 8 с комплексом обработки данных дистанционного зондирования 9.
Программно-вычислительные средства прогноза сценариев состояния гидросферы и атмосферы 5 могут быть построены по известным принципам построения программно-вычислительных систем и включают в себя вычислительные средства и программное обеспечение (не показаны). В качестве вычислительных средств центра мониторинга могут быть использованы известные вычислительные машины, изготовленные с использованием процессора типа Pentium. Программное обеспечение включает в себя известное базовое программное обеспечение, обеспечивающее функционирование компьютера: типа Windows, Photoshop, Internet Explorer, Microsoft Outlook и т.п., и специальное программное обеспечение ГИС ArcInfo и прогноза сценариев динамики гидросферы и атмосферы. В качестве специального программного
4
обеспечения могут быть использованы известные компьютерные модели, такие как, например ГИС МЕТЕО (http://mapmak.mecom.ru/MMDOC/
5
6
Геоинформационная система "Метео" и состояние ее использования в метеослужбах России и стран ближнего зарубежья. "Метеорология и гидрология" №11, 2001 год), IceReViewer (Щербаков Ю.А., Бушуев А.В., Буланов С.Н. IceReViewer Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ Роспатента №2005612977 от 16.11.2005 г.), АРМ "Метеонавигатор" (Гришин Е.А., Черняк А.В. АРМ "Метеонавигатор" Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ Роспатента №2006610200 от 10.01.2006 г.),.
Учитывая, что специализированное программное обеспечение использует значительное количество данных, эмпирических соотношений и коэффициентов, значения которых определяются спецификой исследуемых районов, в предлагаемой системе, как и в прототипе предусмотрен комплекс дистанционного мониторинга водной поверхности 9. Данный комплекс может включать в себя средства космического наблюдения (не показаны), средства авиационной разведки (не показаны) и судовые средства локации водной поверхности (не показаны). Для получения характеристик поверхности вод в системе предусмотрен комплекс обработки данных дистанционного зондирования 10, в качестве которых также может быть использована ГИС МЕТЕО или иная Геоинформационная гидрометеорологическая система.
Комплекс работает следующим образом.
С помощью подсистемы технологического сопровождения 2 осуществляется оценка достоверности прогнозов, анализ требований пользователей, развитие технологий спутникового мониторинга подстилающей поверхности, развитие технологий прогнозирований метеорологических, гидрологических и ледовых условий в замерзающих морях и устьевых областях, развитие технологий составления навигационных рекомендаций, развитие системы оценок качества и достоверности прогностической продукции. Результаты оценок и анализа по своему выходу передаются на вход средств построения карт полей параметров 3, в подсистему создания информационной продукции 4 на автоматизированные рабочие места экспертов (например, АРМ «Синоптика» для составления диагностической и прогностической метеорологической информации, АРМ «Ледового эксперта» для подготовка аннотированных снимков ИСЗ, составление обзорных и детализированных ледовых карт, АРМ
«Океанолога» для составления океанологической диагностической и прогностической информации, АРМ «Ледового прогнозиста» для составление ледовой диагностической и прогностической информации, АРМ «Навигационных рекомендаций» для составление навигационных рекомендаций - сроков осуществления безледокольного плавания и выбор оптимального варианта плавания) в соответствии с определенным видом выходной продукции для разных пользователей. Одновременно с этим результаты оценок и анализа по своему выходу передаются на вход в программно-вычислительные средства прогноза сценариев динамики гидросферы и атмосферы 5 для задания входных параметров расчета и прогноза, в средства гидрометеорологического обеспечения 6 для выбора определенного перечня метеоэлементов, в подсистему сбора и распространения данных 7 для сбора необходимой для построения карт параметров и прогнозов информации и доведения информационной продукции до потребителей, в подсистему обработки данных дистанционного зондирования 10.
С помощью программно-вычислительных средств 5 производится расчет сценариев прогноза динамики гидросферы и атмосферы и результаты расчета по своему выходу передаются на вход комплекса дистанционного мониторинга 9. Параллельно, например, с помощью средств космического наблюдения (не показаны), комплексом обработки данных дистанционного зондирования 10 осуществляют контроль за образованием и перемещением неоднородностей на водной поверхности, в том числе состоянием ледяного покрова. Информация с комплекса дистанционного мониторинга водной поверхности 9 по своему выходу передается на вход центра мониторинга 1, где она сравнивается с прогнозной информацией, полученной с помощью программно-вычислительных средств 5. При подтверждении информации о наличии на водной поверхности в районе, прилегающем к контролируемой области ледяного покрова, и наличии данных, указывающих на возможное определение его динамики, данная информация заносится в программно-вычислительные средства. Для распознания ледяного покрова в комплексе дистанционного
7
мониторинга водной поверхности 9 предусмотрены комплекс обработки данных дистанционного зондирования. Средства обработки могут быть построены на известных технических решениях (Райзер В.Ю., Черный И.В. Микроволновая диагностика поверхностного слоя океана. СПб., Гидрометеоиздат, 1994.).
Для увеличения вероятности дистанционного распознания ледяного покрова в системе предусмотрена связь по входу и выходу комплекса дистанционного мониторинга водной поверхности 9 с центром мониторинга 1, что позволит использовать для распознания как прогнозную, так и фактическую информацию.
Для ледяного покрова с помощью специальных программ и данных от средств гидрометеорологического обеспечения 6 (температура воздуха, влажность, направление и скорость ветра, стратификация атмосферы, температура водной поверхности, поступающей, например, по каналам АСПД Росгидромета) производят расчет и определение пространственного распределения параметров поверхности вод, требуемые для каждого потребителя. Полученные данные о пространственном распределении параметров поверхности вод передаются на средства построения карт полей параметров 3. Данные, получаемые с АРМ на удаленных объектах (АРМ пользователей) 8, сравниваются с прогнозными данными, получаемыми от программно-вычислительных средств 5, и, при необходимости, могут служить основой для корректировки эмпирических зависимостей и коэффициентов, используемых в специальном программном обеспечении. Кроме того, данные, получаемые с АРМ на удаленных объектах 8, являются дополнительным резервным каналом, увеличивающим вероятность получения достоверной информации в контролируемой области. Количество АРМ на удаленных объектах 8 и плотность их распределения на контролируемой территории и частота их опроса определяется степенью адаптации специализированного программного обеспечения к особенностям акватории (региона) контролируемой области и количеством потребителей.
Наличие связи центра мониторинга 1 с АРМ на удаленных объектах 8 по входу и выходу позволяет не только получать уточняющую информацию от потребителей, но и варьировать частотой использования комплекса дистанционного мониторинга водной поверхности 9.
Наличие связи центра мониторинга 1 со средствами гидрометеорологического обеспечения 6 по входу и выходу позволяет запрашивать в оперативном режиме как фактическую, так и прогнозную информацию в объеме, достаточном для функционирования специализированного программного обеспечения.
Таким образом, предложенная система позволяет анализировать совокупность прогнозной и фактической информации, позволяющей адаптировать специализированное программное обеспечение не только к условиям к условиям контролируемого района как по состоянию ледяного покрова, так и, так и по содержанию информационной продукции, передаваемой потребителю.
Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что выявленные в сравнении с прототипом существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить информацию о прогнозе возможного состояния водной поверхности и ледяного покрова и достичь цели предлагаемого изобретения - получение информации и прогнозируемых характеристик возможного распределения параметров, в том числе и не измеряемых непосредственно при наблюдении атмосферы и водной поверхности (информационной и прогностической продукции) и доведение их до конечного потребителя.