Сила в точности: как благодаря метеостанциям российские ученые проводят научные исследования в условиях Крайнего Севера

Направление деятельности клиента: экологический надзор, научные исследования (геокриология и мерзлотоведение).

Местность эксплуатации оборудования

Особенность региона — экстремально низкие температуры и сильные ветра в зимний период. Среднесуточная температура декабря-февраля достигает -50-60 °C. 

Период реализации проекта: 2020-2024 гг.

Оборудование: метеостанции «Сокол-М» производства ГК «Эскорт».

_________________________________________________________________________________________________________________

Россия | Дальний Восток

Клиенты

  1. Филиал ФГБУ «ЦЛАТИ по ДФО» — «ЦЛАТИ по Республике Саха (Якутия)» осуществляет государственный надзор в области охраны окружающей среды. В состав центра входят учреждения по всей России, которые занимаются контролем, экспертизой и мониторингом предприятий на предмет нарушений экологического законодательства.
  2. ФГБУ Национальный парк «Ленские Столбы» (Якутия) — национальный парк в Якутии на берегу реки Лены, входит в список природного наследия ЮНЕСКО. Главная задача парка — сохранение природных комплексов и объектов в долинах рек Лены и Буотамы.
  3.  Институт Мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (Якутск) — институт Сибирского отделения РАН организован в 1960 году. Основные направления научной деятельности: исследование эволюции криолитозоны под влиянием природных и антропогенных факторов, а также инженерная геокриология.

Задачи клиентов

Важная часть работы сотрудников клиентов связана с постоянными метеорологическими наблюдениями. Точные данные необходимы для научных исследований, метеопрогноза для предотвращения ЧС, а также мониторинга на предмет нарушений экологического законодательства. А в суровых погодных условиях Крайнего Севера, когда температура воздуха снижается до -50–60 °C, не всегда есть возможность снять необходимые данные из-за сбоев в работе метеооборудования и плохого покрытия мобильной связью.

Эксперты «ЦЛАТИ по ДФО» ежедневно выезжают на 6 промышленных объектов для их сертификации и выдачи заключений о состоянии атмосферного воздуха. Локации лабораторного центра расположены далеко друг от друга. Учитывая это, специалистам требуется легкое и мобильное оборудование, не требующее сложного монтажа. Также важно, чтобы одна метеостанция могла измерять сразу несколько параметров: температуру, давление и относительную влажность воздуха, скорость и направление ветра. Без этих характеристик сотрудники не могут делать заключения о состоянии атмосферного воздуха и проводить сертификацию объектов.

Главная задача ФГБУ Национальный парк «Ленские Столбы» — защита территории национального заповедника, поддержка растительного и животного мира в рамках ведения главного документа заповедника — «Летописи природы», а также сохранение уникальной экосистемы от исчезновения. Так как территория парка составляет более 1,3 миллиона га и не везде есть качественная мобильная связь, сотрудники нацобъекта не всегда могут получить точные и полные метеоданные. Например, старое оборудование не измеряет силу ветра. Что является критичным для принятия своевременных мер по соблюдению противопожарного режима. Это очень опасно, так как даже минимальные риски могут привести к катастрофическим последствиям — сильному пожару и, как следствие, исчезновению заповедника и экологической катастрофе.

Специалистам Института Мерзлотоведения также необходимы точные и своевременные метеоданные, чтобы полноценно реализовывать научные проекты, а также применять данные для реализации общественно важных проектов.  В частности, институт выступает подрядчиком федерального дорожного агентства «Росавтодор» по проекту безопасной эксплуатации дорог. Его цель — инженерно-геокриологический мониторинг состояния автомобильных дорог в криолитозоне.

По результатам инженерно-геокриологического мониторинга определяется состояние автомобильных дорог, выясняются причины развития деформаций конструктивных элементов автомобильных дорог (грунта земляного полотна, конструктивных слоев дорожных одежд и т. д.), обеспечивается геокриологический прогноз, а также выдается научное обоснование и разработка защитных мероприятий на этапах проектирования, строительства (реконструкции), капитального или текущего ремонта и эксплуатации автомобильных дорог, проходящих на территории распространения многолетних мерзлых грунтов, а также в области глубокого сезонного промерзания грунтов.

Одним из основных факторов, формирующих тепло-влажностное состояние дорожной одежды, являются метеорологические условия. Для обеспечения метеоданных необходимо точное оборудование, которое может бесперебойно в автономном режиме функционировать в экстремальных условиях Крайнего Севера, где температура воздуха зимой опускается до -60 ⁰С.

Для института важно, чтобы оборудование было зарегистрировано в государственном реестре средств измерений и имело большой срок между поверками.

Проблематика

1. Неточная информация

На устаревшем оборудовании процесс передачи и обработки данных не автоматизирован, что приводит к необходимости вручную вносить и анализировать информацию. Все это провоцирует возникновение ошибок человеческого фактора.

2. Долгая передача метеоданных

Для ручного сбора информации эксперт объезжает точки наблюдений, затем доезжает до рабочего места и только потом вносит информацию в систему для мониторинга. Однако в климатических условиях Западной Сибири не всегда можно выехать на локацию и снять показания. 

3. Невозможность работы станций при низких температурах 

Не все приборы могут работать при экстремально низких температурах (средняя температура зимой в регионе может достигать до -50–60 °C), что приводит неточностям, сбоям в работе оборудования.     

4. Ограничения в работе приборов 

Объекты клиентов занимают большие территории или расположены далеко друг от друга. И не везде присутствует качественный мобильный сигнал из-за экстремальных погодных условий метеостанции. А без электрических сетей оборудование не работает.

5. Высокие затраты на обслуживание оборудования

Чтобы поддерживать приборы в рабочем состоянии, компаниям раз в год необходимо проходить платную проверку устройства на точность измерений. Кроме самих метеостанций, нужно поверять и отдельные дополнительные приборы, поэтому приходилось дублировать поверки, что приводило к росту расходов.

Стандартный межповерочный интервал метеооборудования — 1 год. А период транспортировки и поверки оборудования занимает в среднем около 1-3 месяцев. В этот интервал оборудование недоступно для использования, и есть риски не получить важную метеоинформацию. Поэтому планирование и своевременное проведение поверки являются ключевыми аспектами эффективного управления метеорологическим оборудованием.   

Модернизация оборудования

Для решения всего спектра метеорологических задач, возможности прогнозирования погодных изменений и предотвращения риска чрезвычайных ситуаций мы предложили нашим клиентам установку метеостанций «Сокол-М».  

Дополнительное оборудование

Несмотря на то, что «Сокол-М» закрывает практически все задачи клиентов, в некоторых случаях мы рекомендует расширить опции станций с помощью дополнительных приборов. Так, для проекта по безопасному эксплуатированию дорог института Мерзлотоведения и «Росавтодора» мы предложили установить 3 дополнительных прибора для изучения почв в зоне Крайнего Севера. 

Сокол-ДВП

«Сокол-ДВП» — датчик влажности и температуры почвы предназначен для определения степени увлажненности (влажности) и температуры почвы.

  • Диапазон измерения влажности почвы, от 3 до 50%.
  • Погрешность измерения влажности почвы, ± 3%.
  • Диапазон измерения температуры: от -60 до +70 °С.

Сокол-БМВД

«Сокол-БМВД» — модуль с автономным питанием и с возможностью подключения до 4-х датчиков влажности / температуры почвы («Сокол-ДВП»).

«Сокол-ДР 800»

«Сокол-ДР 800» — датчик расстояния, передающий цифровой код, который соответствует расстоянию до поверхности, по интерфейсу RS-485 и протоколам LLS, Modbus-RTU. Принцип действия — ультразвуковой. 

  • Датчик можно использовать в температурных диапазонах от -50 до +55 °С.
  • Высокая энергоэффективность позволяет использовать его автономно в разных климатических условиях и на объектах разного удаления.
  • Способность передачи данных в местах, где отсутствует GSM-связь.
  • Возможность настройки оповещений позволяет предупредить о наступлении ЧС.

Результаты реконструкции

  • «ЦЛАТИ по ДФО»

За счет простоты монтажа и минимальных габаритов новые метеостанции упростили и ускорили проведение замеров сотрудниками лаборатории. А также сэкономили до 60 000 рублей только с одной станции на поверке. Поверка для метеостанций «Сокол-М» требуется только раз в 2 года в отличии от ежегодных поверок старого оборудования. А также сэкономили на приборах. Если раньше относительная влажность воздуха, температура, давление, скорость и направление ветра измерялись разными приборами, то сегодня все показания фиксирует одна станция.

 

  • Национальный парк «Ленские Столбы»

Для данного проекта метеостанция поставляется в «Северном исполнении». В состав комплекта оборудования «Сокол-М» входят еще солнечная панель (100 Вт) и аккумулятор (120 ампер-час). Благодаря этому обеспечивается работа в полностью автономном режиме на протяжении более 3-х лет.

В результате внедрения нового оборудования специалисты национального парка смогли начать наблюдение за погодным условиями онлайн и вовремя принимать меры по предотвращению ЧС. Данные, полученные от «Сокол-М», доступны на платформах sokolmeteo.ru и natlogger.ru, которыми можно пользоваться со стационарного ПК и через приложения, установленные на мобильные устройства сотрудников. Также благодаря новому оборудованию специалисты парка могут собирать такие данные, как сила ветра, количество ультрафиолета. С прошлыми приборами это было невозможно. 

Установка метеостанций имеет не только научное значение, они позволяют организовать противопожарный патруль благодаря измерениям силы ветра – критически важного показателя в вопросе профилактики и предотвращения ЧП. Например, существуют критические значения скорости ветра, при которых повальный верховой пожар может переходить в ураганный. Знание скорости ветра позволяет верно рассчитать необходимое количество воды.

  • Институт Мерзлотоведения им. П. И. Мельникова

В настоящее время успешно эксплуатируется 6 метеостанций в экстремальных погодных условиях Крайнего Севера, а также при нестабильной работе мобильной связи. Благодаря высоким техническим характеристикам оборудования сотрудники института могут бесперебойно вести наблюдения за погодными данными в режиме онлайн с любых устройств. Наличие дополнительного оборудования позволяет наблюдать и за грунтовыми условиями, в частности использование оборудования «Сокол-ДВП» и «Сокол-БМВД» обеспечивает количественную оценку влияния осадков на влажность грунтов. Все это позволяет полномасштабно вести научные исследования криолитозоны, инженерной геокриологии. 

Другие проекты

Как метеостанции Сокол-М помогли сделать работу на НПЗ безопаснее

Как метеостанция Сокол-М помогает ГЭС предотвращать половодья

Обеспечиваем безопасность воздушных мероприятий

Контролируем экологическое благополучие пресноводной жемчужины мира – озера Байкал

Работа на опережение. 
Кейс: паводок в Вологодском районе

Другие проекты

Как метеостанции Сокол-М помогли сделать работу на НПЗ безопаснее

Как метеостанция Сокол-М помогает ГЭС предотвращать половодья

Обеспечиваем безопасность воздушных мероприятий

Контролируем экологическое благополучие пресноводной жемчужины мира – озера Байкал

Работа на опережение. 
Кейс: паводок в Вологодском районе