Как «умные» системы снижают влияние погодных явлений на инфраструктуру
Точный прогноз, как изменятся метеоусловия, помогает повысить безопасность перевозок пассажиров поездов. Также такие данные учитываются в работе по созданию инфраструктуры железных дорог и улучшению эксплуатационных характеристик железных дорог.
Российский софт следит за погодой
Метели и обильные снегопады нередко приводят к неисправностям стрелочных механизмов, после гололеда можно ожидать обрыва проводов, падение конструкций. Продолжительные ливни размывают железнодорожное полотно, приводят к селям, из-за которых грязевые потоки могут блокировать железную дорогу.
Детальнее оценить влияние погоды на объекты инфраструктуры помог комплексный анализ. ВНИИЖТ совместно с ведущими экспертами научных институтов выполнили научно-исследовательскую работу. За основу взяли объекты Забайкальской и Дальневосточной дорог.
Так, для оценки сейсмической безопасности в расчет специалисты взяли данные о 57,9 тыс. зафиксированных с 1904 по 2021 гг. событиях. На их базе создали карту интенсивности землетрясений.
Для изучения многолетнемёрзлых и сезонномёрзлых горных пород использовались сведения за 40 лет наблюдений. Созданы карты температур горных пород, уровни их протаивания, промерзания и т.д.
Определить сценарии подтопления территорий позволили расчеты. Эксперты изучили данные метеорологических воздействий за 30 последних лет.
В целом на территории Забайкальской и Дальневосточной дорог характерны рост объема и силы осадков за один период, тогда как практически не изменилось среднегодовое их количество
Резкие переходы от минусовых температур к плюсовым теперь наблюдаются чаще. Эти процессы ускоряют таяние снега, что в результате ведет к подъему воды в реках, выхода водоемов из берегов. При отмеченном росте среднесуточной температуры в результате снижается устойчивость земляного полотна.
Проведенный комплексный анализ, использованные расчеты и методики в дальнейшем оказали неоценимую помощь в создании программного обеспечения.
Европейские железнодорожники отвечают на климатические вызовы
В перспективе «умная» система мониторинга климата позволит с опережением реагировать на капризы погоды и минимизировать потенциальный ущерб.
В ЕС, например, прогнозируется смена характера осадков, в том числе усиление снегопадов, колебания температуры, повышение уровня моря. Из-за волн тепла, холода, засух, лесных пожаров, ураганов, наводнений на реках возможные риски возрастут с нынешних 500 млн евро до 10 млрд евро к 2080-м.
Некоторые страны ЕС пошли дальше. Например, шведские железнодорожники решили проанализировать, как воздействие метеорологических явлений отразится на инфраструктуре.
В моделировании помогли накопленные исторические данные, а также цифровые технологии. Задачей последних стал поиск закономерностей и построение прогнозов.
В исследовании CliMaint ученые классифицировали шведскую железную дорогу по различным климатическим зонам. Дополнительно объединили влияние метеорологических факторов (температура, осадки, скорость ветра и относительная влажность) с состоянием объектов железнодорожной инфраструктуры. Для анализа задействовали алгоритм машинного обучения.
Потребовалось провести сбор данных, не отраженные в существующих метриках. Так, государственная система Управления транспорта Швеции (Trafikverket; отвечает за долгосрочное планирование инфраструктуры для всех видов транспорта) не связывает причину инцидента с метеоусловиями.
Причины могут быть различны: от человеческого фактора до неисправности инфраструктуры.
Сведения собирались из базы данных об отказах, реестра активов, метеорологических сводок и т. д. За их агрегирование отвечали умные алгоритмы. Технологии машинного обучения позволили произвести интеллектуальный анализ текста, соотнести множество инцидентов с погодными условиями в день происшествия,
На основе проведенного анализа определены эффективные метеорологические переменные, оказывающие влияние на взаимосвязь между изучаемыми переменными, но не представляющие интереса сами по себе.
Так, из-за снега и льда выявлено большее количество отказов (в 16,5% случаях), чем из-за других метеоявлений. И все же в зависимости от региона Швеции влияние погодных факторов разнится. Подсчитано, что районе Кируны наибольшую опасность представляет количество осадков, а в Бурленге – скорость ветра.
Предсказаны и последствия изменения климата для севера и юга страны. Так, зимой количество дней с плюсовой температурой снизится на юге (в целом, в регионе возможны потепления на 5 градусов по сравнению со среднегодовыми значениями) и увеличится на севере (+10 градусов). Последний сценарий ставит под удар инфраструктуру железных дорог в зоне вечной мерзлоты. Количество дней с температурой от +25 градусов увеличится, особенно на юге.
В целом в Швеции ожидается увеличение количества осадков. Снегопады будут интенсивнее. Из-за роста объемов осадков и температуры на юге могут участится наводнения. Это повлечет за собой снижение скорости и отставание от графика курсирования поездов. Также из-за необходимости минимизировать риск деформации путей и полотна в жару могут применяться ограничение в работе железных дорог.
Авторы исследования подчеркивают, что более точные результаты для прогнозирования изменений способно дать включение новых данных, отражающих такие факторы, как:
● эксплуатационный контекст объекта (изношенность, деформации, технологии, по которым возводили);
● интенсивность движения поездов по определенному участку инфраструктуры;
● количество поездов, ежегодно проходящих через этот район, их объем грузоперевозок и т.д.
Адаптивные климатические решения
После того как данные собраны и правильно проанализированы, можно запускать «систему реагирования». Шведские ученые уже разработали стратегии адаптации к изменениям климата. В этом также помогут различные технологии.
Так, для железнодорожной инфраструктуры предлагаются следующие сценарии:
· Защита – установка заграждений, насыпей, защитных стен
· Приспособление – повышение уровня железнодорожных путей
· Отступление – перенос путей