Разработка программно-аппаратного комплекса для анализа лавинной обстановки на горнолыжных курортах

В сезоне 2019/2020 на популярных горнолыжных склонах в мире было зарегистрировано более 200 лавин, которые унесли жизни 62 человек. Статистика, основанная на длительных наблюдениях, рисует гораздо более печальную картину: только в Европе в лавинах ежегодно гибнет в среднем 100 человек (EAWS). Предупреждать возможность схода снега на трассы и в притрассовых зонах помогают современные методики анализа и прогнозирования метеорологических сценариев — залог безопасности гостей горнолыжного курорта и его безупречной репутации.

Часть 1

Предпосылки

Бороться со снежной массой, скользящей с крутого горного склона на скорости 30 м/c невозможно, но сход лавины можно предупредить. Для этого лавинная служба горнолыжного курорта перекрывает опасные трассы для естественного схода снега или организует активное воздействие на снежный покров в то время, когда на склонах нет людей.

Особенно напряженной работа лавинных служб становится в период снегопадов, сильного ветра и резкого перепада температуры. В таких условиях метеорологические характеристики, которые и без того разнятся в зависимости от высоты и экспозиции склона (ориентация относительно сторон света), могут существенно меняться в течение короткого промежутка времени. Чем больше зон отслеживания попадает в статистику, чем чаще обновляются данные, тем выше точность лавинного прогноза и оперативность принятия решений по лавинной безопасности трасс.

Цифровая система сбора и обработки данных станет надежным элементом безопасности горных районов и поможет реализовывать точечные предупреждающие меры, избегая усредненного прогноза и ненужного перекрытия трасс.

— Алексей Закусов, руководитель отдела развития бизнеса в компании Skyward

Количество смертельных лавин в сезоне 2019/2020

Статистические данные по сходам снежных лавин в России не публикуются в открытом доступе, но о катастрофах, повлекших человеческие жертвы, можно узнать из новостей

Италия

13 погибших

Австрия

13 погибших

Швейцария

7 погибших

Норвегия

3 погибших

Франция

12 погибших

США: Колорадо

6 погибших

Канада

8 погибших

Часть 2

Задача оптимизации

Курорт Красная Поляна — один из самых известных горнолыжных курортов России. Он был построен в преддверии XXII Олимпийских и Паралимпийских зимних игр 2014 года. Расположившись в предгорье Главного Кавказского хребта, курорт ежегодно привлекает сотни тысяч туристов со всего мира.

Прогнозирование лавинной опасности на Курорте Красная Поляна выполняется на основе снего-метеорологических параметров. Основные источники информации для создания лавинного прогноза:

Данные с метеостанций

Сеть из трех вышек SensAlpin (Швейцария), рассредоточенных по разным высотам. Чем больше метеостанций на курорте, тем более полную картину получает лавинная служба. В спорных ситуациях трассы могут перекрываться для подстраховки, что неизбежно сказывается на посещаемости и прибыли курорта.

Визуальное наблюдение

Ежедневно перед открытием курорта сотрудник лавинной службы проводит визуальный осмотр «в полях». На составление лавинного прогноза отводится не более 2х часов — за это время лавинщик успевает провести оценку притрассовых зон курорта. Для составления детального прогноза требуется привлекать к осмотру всех сотрудников на смене.

Тесты снежного покрова

Если данных для принятия решения на предыдущих этапах не хватает, сотрудник лавинной службы выполняет специальный анализ снежного покрова на местности. Подобные тесты редко бывают запланированы и могут занимать от 15 до 90 минут. В результате время открытия курорта может отложиться, что может привести к очередям.

Действующий рабочий процесс лавинной службы

Ежедневный визуальный осмотр склона и проведение тестов

Самостоятельная обработка данных сотрудниками лавинной службы

Принятие решений о работе курорта, исходя из полученных наблюдений и данных метеостанции

Ручной сбор данных

Анализ данных

Составление лавинного прогноза

Часть 3

Новая методика прогнозирования лавинной опасности

Чтобы избежать вышеизложенных ограничений, метеоролог спасательных и лавинных служб Курорта Красная Поляна Максим Панков предложил собственную методику прогнозирования лавинных ситуаций.

Это более простая, быстрая и точная система для тестирования снежного покрова, которая позволяет не только составить точный прогноз, но и создать базу «образов», по которой можно будет предсказывать неочевидные, но опасные снего-погодные ситуации

— Максим Панков, метеоролог лавинной службы Курорта Красная Поляна

С 2016 года на территории курорта установлены снего-температурные рейки

Они собирают дополнительные метеорологические параметры и частично автоматизируют анализ полученных данных. Несмотря на низкую себестоимость, решение не подходит для масштабирования по ряду причин:

Лимит снятия данных до 2х раз в день, обусловленный высоким энергопотреблением и недостаточным уровнем автономности.

Перебои в работе, связанные с эксплуатацией в экстремальных погодных условиях.

Отсутствие автоматизированной системы аналитики и визуализации данных.

Часть 4

Программно-аппаратный комплекс Snowburst

Приняв во внимание ограничения имеющихся на курорте решений, инженеры Skyward разработали программно-аппаратный комплекс Snowburst, состоящий из метеостанции и программного обеспечения. Решение является большой частью новой концепции прогнозирования лавинной ситуации и позволяет накапливать данные, проводить анализ, строить отчеты и многое другое.

Усовершенствованный рабочий процесс лавинной службы

Ежедневный сбор электронных данных с снего-температурных реек, установленных сотрудниками лавинной службы в зонах зарождения лавин. Проведение тестов на склонах.

Анализ собранных данных в системе Snowburst. Автоматическое построение отчетов, отображение полученной статистики в виде графиков и диаграмм.

Принятие решения о работе курорта. Размещение информации о лавинной обстановке на курорте для гостей.

Автоматический сбор данных

Программный анализ данных

Составление лавинного прогноза

Особенности метеостанции

Низкое энергопотребление

Система управления обеспечивает бесперебойную работу метеостанции при потреблении небольшого количества электроэнергии. Плата с двумя микроконтроллерами STM выполняет функцию канала связи: опрашивает датчики метеостанции и передает данные в точку сбора.

Увеличенная частота сбора данных

Благодаря низким энергозатратам, данные с метеостанции обновляются один раз в час. Для сравнения: аналогичный показатель для рейки лавинной службы составляет два раза в день, а для метеостанции Sense Alpin — раз в полчаса.

Высокая автономность

Солнечная батарея в сочетании с аккумулятором позволяют избежать необходимости проводить техническое обслуживание на протяжении всего горнолыжного сезона. Снижается вероятность перебоев в работе и внезапных отключений системы.

Надежный канал связи

В конструкции предусмотрен резервированный канал передачи данных с использованием радио протокола LoRa. Система идеально подходит для работы в горных районах, так как не зависит от GSM и внешней инфраструктуры.

Эксплуатация в экстремальных условиях

Метеостанция оснащена промышленными компонентами, ориентированными на работу при низких температурах. В конструкции применяются ультразвуковые датчики, которые не имеют подвижных частей типа флюгера или анемометра. Для борьбы с обледенением применяется система подогрева.

Доступная цена

Метеостанции разрабатывается под нужды и задачи конкретного проекта. Конструкция позволяет установить только те компоненты, которые отслеживают необходимые показатели, что обеспечивает стоимость в несколько раз ниже швейцарской метеостанции.

Отсутствие затрат на установку

07
07

Коленчатая конструкция обеспечивает легкую сборку и мобильность станции. Возможность поднять оборудование в горные районы не нанимая вертолетную технику делает решение еще более экономичным.

Один из вариантов конструкции метеостанции

Данные, собираемые метеостанцией

Температура снежного покрова по слоям

Высота снежного покрова

Скорость и направление ветра

Уровень солнечной радиации

Температура воздуха

Влажность воздуха

Аналитическая система

Программная часть решения Snowburst построена на базе собственных разработок Skyward. В качестве инструмента визуализации используется Grafana, решение с открытым исходным кодом, которое позволяет накапливать данные с метеостанций и отображать аналитику, рассчитанную на основе этих данных.

Показатели, рассчитываемые системой:

Минимальная и максимальная температура за последние 3 часа
Статистика направления ветра (роза ветров) за последние 6 часов
Динамика изменения температуры воздуха
Дельта температуры за последние 3 часа
Наличие ветрового переноса за последние 6 часов
Средняя скорость ветра за последние 6 часов
Накопление снега за сезон
Накопление снега за снегопад
Почасовое накопление снега
Статистика снегопадов за сезон
Прогноз осадков (с использованием API внешних ресурсов)

Интерфейс системы Snowburst

Решение имеет встроенную систему уведомлений, которая позволяет сотрудникам лавинной службы получать оперативную информацию о наступлении ключевых событий по удобным каналам связи (Telegram, Slack и другие).

Пример уведомлений, свидетельствующих об ухудшении лавинной ситуации на курорте

Сильный ветер и ветровой перенос

Надвигающийся снегопад

Критическое накопление снега

Перепады температуры более 5°C за последние 3 часа

Часть 5

Преимущества решения

Автоматизированная методика прогнозирования, которую планирует внедрить Курорт Красная Поляна, является уникальной практикой для лавинных служб не только в России, но и во всем мире. Возможность настройки под индивидуальные нужды и надежность конструкции в сочетании с низкой стоимостью компонентов делают решение незаменимым инструментом для расширения зоны наблюдения в горных районах. Внедрение системы положительно отразится сразу на трех аспектах деятельности курорта: безопасность, финансовые показатели и профессиональный имидж.

Построение системы, позволяющей автоматизировать часть рутинных задач и предсказывать опасные сценарии, может дать начало принципиально новому подходу к анализу метеорологических условий в зонах горнолыжных курортов и населенных пунктов, расположенных в горах, сделав его более точным, распространенным и оперативным

— Максим Панков, метеоролог лавинной службы Курорта Красная Поляна

Являясь ключевым компонентом новой системы прогнозирования, решение Snowburst автоматизирует сложные процессы аналитики и отображает данные в виде наглядных графиков и таблиц. Гибкая кастомизация позволит настроить список отслеживаемых параметров, а система мгновенных уведомлений оповестит об изменении критических показателей. Команда сопровождения Skyward возьмет на себя вопросы технического обслуживания, разработку нового функционала и поддержку в эксплуатации.

Низкое энергопотребление

Увеличенная частота сбора данных

Высокая автономность

Надежный канал связи

Эксплуатация в экстремальных условиях

Доступная цена, без затрат на установку

Низкое энерго-
потребление

Перспективы развития

Средство ручного ввода данных

При необходимости решение может быть модифицировано таким образом, чтобы сотрудники лавинной службы могли заносить данные тестов, проводимых в «полевых» условиях. Так, добавив в систему учета сведения о шурфе, лавинщику будет легче соотнести состояние снежного покрова с погодными факторами. Благодаря новому функционалу, лавинная служба сможет в режиме реального времени получать информацию от доверенных специалистов в регионе (скитуристы, гиды), что позволит расширить зону наблюдений за пределы курорта.

Система опознавания образов лавиноопасных ситуаций

Дополнительным преимуществом аналитической системы является возможность накапливать исторические данные за весь период работы курорта. С помощью алгоритмов машинного обучения и на основе данных, получаемых с метеорологического оборудования, можно построить и обучить модель, которая будет прогнозировать вероятность образования лавин по секторам курорта. Использовать систему опознавания образов для прогнозирования лавиноопасных ситуаций впервые предложил советский метеоролог В. Н. Аккуратов, и спустя половину столетия современные технологии позволяют реализовать его идею на практике.

О компании

Skyward была основана в 2011 году группой единомышленников, желающих направить свой опыт и энергию на создание полезных решений. Сейчас компания является признанным поставщиком услуг в сфере телекоммуникаций и цифровых технологий. Благодаря сравнительно небольшим размерам, наша команда выгодно отличается гибкостью процессов и готовностью непрерывно совершенствоваться в интересах заказчиков. В то же время экспертиза сотрудников сочетает в себе глубокие технические знания с исключительным управленческим талантом.

Хотите узнать про услуги или запланировать презентацию?

Напишите нам, и мы с Вами свяжемся

НАПИСАТЬ