Ինչպես են հիդրոլոգիական ռադարային հոսքաչափերը ստեղծում իրական ժամանակի ԷՍԳ-ներ քաղաքի «թաքնված անոթային համակարգի» համար

Երբ փոթորիկներ են սկսվում, մակերեսային ջրհեղեղները միայն ախտանիշ են. իրական ճգնաժամը տարածվում է գետնի տակ։ Բետոնի և հողի միջով անցնող միկրոալիքային տեխնոլոգիան բացահայտում է քաղաքային ստորգետնյա խողովակաշարերի ամենավտանգավոր գաղտնիքները։

1870 թվականին Լոնդոնի քաղաքային ինժեներ Ջոզեֆ Բազալգետը երբեք չէր կարող պատկերացնել, որ 150 տարի անց՝ աշխարհի առաջին ժամանակակից կոյուղու համակարգի համար իր նախագծած աղյուսե թունելների խորքում, միկրոալիքային ճառագայթները կսկանավորեն հոսող ջրի յուրաքանչյուր հորձանուտ։

Այսօր աշխարհի քաղաքների մակերևույթի տակ է գտնվում մարդկանց կողմից կառուցված ամենամեծ, բայց միևնույն ժամանակ ամենաքիչ ուսումնասիրված էկոհամակարգը՝ ստորգետնյա խողովակաշարային ցանցը։ Այս «քաղաքային արյան անոթները» անընդհատ տեղափոխում են անձրևաջրեր, կոյուղի և նույնիսկ պատմական նստվածքներ, սակայն դրանց մասին մեր պատկերացումները հաճախ սահմանափակվում են նախագծերով և ենթադրություններով։

Միայն այն ժամանակ, երբ հիդրոլոգիական ռադարային հոսքաչափերը իջան գետնի տակ, սկսվեց քաղաքի «ստորգետնյա զարկերակի» վերաբերյալ իսկական ճանաչողական հեղափոխություն։

Տեխնոլոգիական առաջընթաց. Երբ միկրոալիքային վառարանները հանդիպում են մութ տուրբուլենտությանը

Ավանդական ստորգետնյա հոսքի չափումը բախվում է երեք հիմնական խնդրի.

1. Հնարավոր չէ ընդհատել գործունեությունը. քաղաքները չեն կարող փակվել սարքավորումներ տեղադրելու համար
2. Ծայրահեղ միջավայրեր՝ կոռոզիոն, նստվածքով լցված, ճնշման տակ գտնվող, կենսագազով հարուստ պայմաններ
3. Տվյալների սև խոռոչներ. ձեռքով ստուգումների պատահականությունը և ուշացումը

Ռադարի հոսքաչափի լուծումը պոետիկ է իր ֆիզիկայով.

Աշխատանքային սկզբունքը.

1. Անհպում ներթափանցում. Սենսորը տեղադրված է ստուգման լիսեռի վերևում, միկրոալիքային ճառագայթը թափանցում է օդ-ջուր միջերեսի միջով և հարվածում հոսող ջրին։
2. Դոպլերային տոմոգրաֆիա. մակերևութային ալիքներից և անդրադարձած կախված մասնիկներից հաճախականության տեղաշարժերը վերլուծելով՝ այն միաժամանակ հաշվարկում է հոսքի արագությունը և ջրի մակարդակը։
3. Խելացի ալգորիթմներ. Ներկառուցված արհեստական ​​բանականությունը զտում է աղմուկը, ինչպիսիք են պատերի արտացոլումները և պղպջակների խանգարումը, արդյունահանելով մաքուր հոսքի ազդանշաններ

Հիմնական տեխնիկական բնութագրերը (հիմնական սարքավորումների օրինակ).

• Չափման ճշգրտություն՝ արագություն ±0.02 մ/վ, ջրի մակարդակ ±2 մմ
• Ներթափանցման միջակայք՝ ջրի մակերեսից առավելագույն հեռավորությունը՝ 10 մ
• Ելք՝ 4-20mA + RS485 + LoRaWAN անլար
• Էլեկտրաէներգիայի սպառում։ Կարող է անընդհատ աշխատել արևային էներգիայով։

Քաղաքային ճակատագիրը փոխող չորս կիրառման սցենարներ

Սցենար 1. Տոկիոյի «Ստորգետնյա տաճարի» խելացի արդիականացումը
Տոկիոյի մետրոպոլիտենի արտաքին ստորգետնյա արտանետման ջրանցքը՝ հայտնի «ստորգետնյա տաճարը», 32 կարևոր հանգույցներում տեղակայեց ռադարային հոսքաչափերի ցանց: 2023 թվականի սեպտեմբերին տեղի ունեցած թայֆունի ժամանակ համակարգը կանխատեսեց, որ C թունելը կհասնի հզորության 47 րոպեում և ավտոմատ կերպով նախապես ակտիվացրեց երրորդ պոմպակայանը՝ կանխելով ջրհեղեղը վեց վերին շրջաններում: Որոշումների կայացումը «իրական ժամանակից» անցավ «ապագան կանխատեսելու» գործընթացի:

Սցենար 2. Նյու Յորքի դարավոր «Թվային ֆիզիկական» ցանցը
Նյու Յորքի շրջակա միջավայրի պաշտպանության վարչությունը Ստորին Մանհեթենում 1900 թվականից թվագրվող թուջե խողովակների ռադարային սկանավորում է իրականացրել: Նրանք հայտնաբերել են, որ 1.2 մետր տրամագծով խողովակը գործում էր իր նախագծային հզորության միայն 34%-ով: Պատճառը՝ ներսում կալցիֆիկացված ստալակտիտանման նստվածքներ (ոչ թե ավանդական տիղմի կուտակումներ): Այս տվյալների վրա հիմնված նպատակային լվացումը վերականգնման ծախսերը կրճատել է 82%-ով:

Սցենար 3. Շենժենի «Սպունգ քաղաքի» կատարողականի ստուգում
Շենժենի Գուանմին շրջանում շինարարության վարչությունը մինի ռադարային չափիչներ տեղադրեց յուրաքանչյուր «սպունգային օբյեկտի» (թափանցիկ մայթեր, անձրևային այգիներ) ելքային խողովակներում: Տվյալները հաստատվեցին. 30 մմ տեղումների ժամանակ որոշակի կենսապահպանման լճակը իրականում հետաձգեց գագաթնակետային հոսքը 2.1 ժամով՝ համեմատած նախատեսված 1.5 ժամի հետ: Սա ապահովեց անցում «շինարարության ընդունման» ռեժիմից դեպի «կատարողականի աուդիտ»:

Սցենար 4. Քիմիական պարկի ստորգետնյա պաշտպանության «Երկրորդ մակարդակի տագնապ»
Շանհայի քիմիական արդյունաբերության պարկի ստորգետնյա արտակարգ իրավիճակների խողովակաշարային ցանցում ռադարային հոսքաչափերը միացված են ջրի որակի սենսորներին: Երբ հայտնաբերվում էր աննորմալ հոսք + pH-ի հանկարծակի փոփոխություն, համակարգը 12 վայրկյանի ընթացքում հայտնաբերում և ավտոմատ կերպով փակում էր վերևի հոսանքի երեք փականները՝ սահմանափակելով հնարավոր աղտոտումը 200 մետրանոց խողովակաշարի հատվածում:

Տնտեսագիտություն. «Անտեսանելի ակտիվի» ապահովագրում

Գլոբալ քաղաքային ցավոտ կետեր.

• ԱՄՆ Բնապահպանական պաշտպանության գործակալությունը գնահատում է. անհայտ խողովակների արատների պատճառով ԱՄՆ ջրային ռեսուրսների տարեկան կորուստները կազմում են 7 միլիարդ դոլար։
• Եվրոպական հանձնաժողովի զեկույց. Քաղաքային ջրհեղեղների 30%-ը իրականում առաջանում է թաքնված ստորգետնյա խնդիրներից, ինչպիսիք են անհամապատասխանությունները և հետհոսքերը

Ռադարային մոնիթորինգի տնտեսական տրամաբանությունը (10 կմ խողովակաշարային ցանցի օրինակի համար).

• Ավանդական ձեռքով ստուգում. Տարեկան արժեքը՝ ~$150,000, տվյալների միավորները՝ <50/տարի, ուշացած արձագանքը
• Ռադարային մոնիթորինգի ցանց. Սկզբնական ներդրում՝ $250,000 (25 մոնիթորինգի կետ), տարեկան շահագործման և պահպանման ծախս՝ $30,000
• Քանակական օգուտներ՝
  • Մեկ միջին մասշտաբի ջրհեղեղի կանխարգելում՝ $500,000–$2,000,000
  • Անհրաժեշտ պեղումների ստուգումների 10%-ի կրճատում՝ $80,000/տարի
  • Ցանցի կյանքի տևողության 15-20%-ով երկարացում. միլիոնավոր դոլարների արժողությամբ ակտիվների պահպանում
• Վճարման ժամկետը՝ միջինը 1.8–3 տարի

Տվյալների հեղափոխություն. «Խողովակներից» մինչև «Քաղաքային հիդրոլոգիական նյարդային համակարգ»

Միակ հանգույցի տվյալները սահմանափակ արժեք ունեն, բայց երբ ձևավորվում են ռադարային ցանցեր՝

Լոնդոնի DeepMap նախագիծը.
1860 թվականից մինչև մեր օրերը թվայնացված խողովակաշարային ցանցի քարտեզներ, որոնք համադրվել են իրական ժամանակի ռադարային հոսքի տվյալների հետ և միավորվել են գետնի եղանակի ռադարի և նստվածքի մոնիթորինգի հետ՝ ստեղծելով աշխարհի առաջին քաղաքային 4D հիդրոլոգիական մոդելը: 2024 թվականի հունվարին այս մոդելը ճշգրիտ կանխատեսեց ծովի ջրի հետհոսքը Չելսիի տարածքի ստորգետնյա գետում՝ որոշակի մակընթացության և տեղումների պայմաններում, հնարավորություն տալով 72 ժամ առաջ տեղադրել ժամանակավոր ջրհեղեղի արգելապատնեշներ:

Սինգապուրի «Pipe Digital Twin»-ը.
Խողովակի յուրաքանչյուր հատված ունի ոչ միայն եռաչափ մոդել, այլև «առողջական գրանցամատյան». հոսքի բազային գիծ, ​​նստվածքի արագության կոր, կառուցվածքային տատանումների սպեկտր: Այս գրառումների հետ համեմատելով իրական ժամանակի ռադարային տվյալները՝ արհեստական ​​բանականությունը կարող է բացահայտել 26 ենթաառողջական վիճակ, ինչպիսիք են «խողովակի հազը» (աննորմալ ջրային մուրճ) և «զարկերակային սկլերոզը» (արագացված թեփոտում):

Մարտահրավերներ և ապագա. Մութ աշխարհի տեխնոլոգիական սահմանը

Ընթացիկ սահմանափակումներ՝

• Սիգնալի բարդություն. լրիվ խողովակային հոսքի, ճնշման տակ գտնվող հոսքի և գազ-հեղուկ երկֆազ հոսքի ալգորիթմները դեռևս օպտիմալացման կարիք ունեն։
• Տեղադրման կախվածություն. Սկզբնական տեղադրումը դեռևս պահանջում է ձեռքով մուտքագրում ստուգման հորերի մեջ
• Տվյալների սիլոսներ. ջրամատակարարման, ջրահեռացման, մետրոյի և էներգետիկայի բաժինների խողովակաշարային ցանցի տվյալները մնում են մասնատված։

Հաջորդ սերնդի առաջընթաց ուղղություններ.

1. Անօդաչու թռչող սարքի վրա տեղադրված ռադար. ավտոմատ կերպով թռչում է՝ սկանավորելով բազմաթիվ ստուգիչ հորեր՝ առանց ձեռքով մուտքագրման
2. Բաշխված օպտիկամանրաթելային + ռադարային միաձուլում. Չափում է ինչպես հոսքը, այնպես էլ խողովակի պատի կառուցվածքային լարվածությունը
3. Քվանտային ռադարի նախատիպ. Օգտագործում է քվանտային խճճվածության սկզբունքները, տեսականորեն հնարավորություն տալով «հողի միջով անցնելու» միջոցով անմիջապես որոշել թաղված խողովակներում եռաչափ հոսքի ուղղությունները։

Փիլիսոփայական մտորումներ. Երբ քաղաքը սկսում է «նայի ներս»

Հին Հունաստանում Դելֆիի տաճարի վրա գրված էր «Ճանաչիր ինքդ քեզ» գրությունը: Ժամանակակից քաղաքի համար ամենադժվար «ճանաչելը» հենց դրա ստորգետնյա մասն է՝ կառուցված, թաղված և ապա մոռացված ենթակառուցվածքները:

Հիդրոլոգիական ռադարային հոսքաչափերը ապահովում են ոչ միայն տվյալների հոսքեր, այլև ճանաչողական կարողությունների ընդլայնում: Դրանք թույլ են տալիս քաղաքին առաջին անգամ անընդհատ և օբյեկտիվորեն «զգալ» իր սեփական ստորգետնյա զարկերակը՝ «կուրությունից» անցնելով իր ստորգետնյա աշխարհի նկատմամբ «թափանցիկության»:

Եզրակացություն՝ «Ստորգետնյա լաբիրինթոսից» մինչև «բանական օրգան»

Յուրաքանչյուր անձրև «լարվածության թեստ» է քաղաքի ստորգետնյա համակարգի համար։ Անցյալում մենք կարող էինք տեսնել թեստի արդյունքները միայն մակերեսին (լճակներ, ջրհեղեղներ). այժմ մենք վերջապես կարող ենք դիտարկել թեստավորման գործընթացն ինքնին։

Մութ ստորգետնյա հորերում տեղադրված այս սենսորները նման են քաղաքի անոթային համակարգում տեղադրված «նանոբոտների», որոնք ամենահին ենթակառուցվածքը վերածում են ամենաժամանակակից տվյալների աղբյուրի։ Դրանք թույլ են տալիս բետոնի տակ հոսող ջրին լույսի արագությամբ (միկրոալիքային վառարաններ) և բիթերի տեսքով մուտք գործել մարդկային որոշումների կայացման ցիկլ։

Երբ քաղաքի «ստորգետնյա արյան հոսքը» սկսում է շշնջալ իրական ժամանակում, մենք ականատես ենք լինում ոչ միայն տեխնոլոգիական արդիականացման, այլև քաղաքային կառավարման մոդելների խորը վերափոխման՝ տեսանելի ախտանիշներին արձագանքելուց մինչև անտեսանելի էությունների ըմբռնումը։

Սերվերների և ծրագրային անլար մոդուլի ամբողջական հավաքածու, աջակցում է RS485 GPRS /4g/WIFI/LORAWAN-ին

Ավելի շատ ջրային ռադարային սենսորների համար տեղեկատվություն,

խնդրում ենք կապվել Honde Technology Co., LTD-ի հետ։

Email: info@hondetech.com

Ընկերության կայքէջ՝www.hondetechco.com

Հեռ․՝ +86-15210548582