Влияние погодно-климатических факторов на принятие решений при проектировании автомобильных дорог

Служба погоды в Германии (DWD) начала разработку специальной системы подготовки, выпуска и контроля (мониторинга) детальных прогнозов. В рамках этой системы предусмотрена разработка специальных прогнозов погоды и для дорожных организаций. В связи с высокими требованиями к заблаговременности появилась проблема контроля правильности прогнозов и их корректировки в случае такой необходимости.

Все эти проблемы дали толчок к развитию так называемой ЕРМ-системы, тремя основными компонентами которой являются: 

• быстрое и  простое получение прогнозов  синоптиками на основе заранее подготовленных специальных таблиц и графиков (этап подготовки прогнозов);

• производство на основе этих прогнозов специализированных прогнозов для различных потребителей (этап выпуска индивидуальных прогнозов);

• контроль достоверности прогноза (этап мониторинга).

Разработка прогнозов  автоматизирована. Район прогноза выбирается по карте на экране дисплея. Для каждого  района и дорожной организации имеются  четкие ведомости и таблицы, которые  заполняются при подготовке прогноза погоды общего назначения. Таким образом, форма, содержание и необходимая  заблаговременность прогноза выбираются автоматически из заранее разработанного набора. По требованию потребителя  текст прогноза может быть строго регламентирован. После заполнения таблиц генерация специализированных прогнозов на основе прогноза погоды общего назначения производится автоматически  на основе информации из базы данных о  потребителях. В специализированных прогнозах учитываются те погодные явления, которые необходимо прогнозировать, пороговые значения отдельных метеорологических  параметров, форма передачи прогноза (текст).

Прогнозы передаются по каналам связи потребителям. При  изменении прогноза синоптиком все  необходимые изменения будут  сгенерированы автоматически и  переданы тем потребителям, кого эти изменения касаются.

После того как  индивидуальные прогнозы сгенерированы  и переданы потребителю, прогнозируемые параметры передаются на этап мониторинга. Они приобретают статус контролируемых данных. Их значения могут быть представлены графически в виде пространственного (поля метеорологических элементов  на карте) или временного (на графике) отображения. Для оценки правильности прогноза производится сравнение спрогнозированных  параметров с последними фактически измеренными. Если отклонения существенны, то прогноз погоды обновляется. Таким  образом, для специализированных прогнозов  погоды с высокой пространственно-временной  разрешенностью, к которым относятся  и прогнозы для дорожных организаций, контроль достоверности прогноза в  этой системе приобретает ключевое значение.

Достоинство этой системы состоит в том, что  она позволяет автоматически  генерировать специализированные прогнозы для различных потребителей на основе одного прогноза погоды общего назначения. При этом синоптик не обязан знать  особых требований потребителя к  пространственно-временной разрешенности  информации. Такая информация хранится в базе данных и автоматически учитывается системой.

Большое внимание специализированному метеорологическому обеспечению дорожных организаций  уделяет Швейцарский метеорологический  институт. Совершенствование специализированного  метеорологического обеспечения дорожных организаций идет за счет включения  информации от автоматических дорожных метеостанций в общую схему расчета  прогнозов погоды. Особое внимание уделяется прогнозам погоды для  зимнего содержания дорог, которые  разрабатываются с 1 ноября по 15 апреля для каждой языковой части Швейцарии (прогнозы составляются на французском  и немецком языках). 

В этой стране на сети дорог действуют автоматические дорожные метеостанции различных фирм-производителей: 23 центра содержания дорог используют метеостанции швейцарской фирмы  Boschung (SWIS), 8 - систему Vibrometr и 4 - дорожные метеостанции финской фирмы Vaisala. Каждая из этих систем имеет определенный набор измеряемых параметров и перечень необходимых метеорологических параметров для расчета прогноза состояния дорожного покрытия. Специальные компьютерные программы пересылают необходимые расчетные значения в каждую из дорожных метеосистем.

Для небольших  дорожных организаций, не имеющих метеосистем, прогнозы передаются через факсовую рассылку. При наборе номера своего факса клиент получает прогноз, посылаемый ему автоматически. При покупке  подписки на метеорологическое обеспечение  рассылка на факсы производится ежедневно  автоматически в установленные  сроки. В зимний период для дорожных организаций выпускаются пять различных  факс-сообщений, соответствующих климатическим  и языковым особенностям регионов.

Таким образом, совершенствование метеорологического обеспечения дорожных организаций  в Национальных службах погоды идет по пути пространственной детализации  прогнозов и совершенствования  методов прогноза метеорологических  величин, влияющих на формирование состояния дорожного покрытия.

Решить проблему детализации прогнозов для различных  участков дорог в разных странах  пробовали различными методами. Один из них - создание простейших дорожных метеорологических постов, на основе анализа информации которых работники  дорожно-эксплуатационных организаций  могут принимать решения о  проведении работ по зимнему содержанию дорог. Такие метеорологические  посты, являющиеся собственностью дорожно-эксплуатационных управлений (ДЭУ), были организованы в  Польше . Они позволяли уточнять время наступлений опасного явления  и момент начала профилактических работ  на основе анализа изменения скорости и направления ветра, температуры  и относительной влажности воздуха. Аналогичные метеорологические  посты имелись в дорожных организациях Италии . Эти метеопосты устанавливались  в конце 70-х - начале 80-х годов прошлого века, но с развитием средств связи  и информационных технологий им на смену пришли автоматические измерительные  комплексы.

В нашей стране были разработаны рекомендации по созданию собственных дорожных метеопостов  для организации работ по борьбе с зимней скользкостью с использованием хлоридов, для них были предложены достаточно простые методики и номограммы прогноза образования зимней скользкости [69]. Обустройство таких метеопостов не получило распространения в дорожных организациях и основными причинами этого стали необходимость организации специальных систематических наблюдений, т.е. появление дополнительных видов работ, не свойственных работникам ДРСУ. В то же время существующая в дорожных организациях России техника не позволяла использовать при зимнем содержании дорог хлориды в чистом виде (нормы их распределения практически не дифференцируются). 

В середине 1980-х  годов появились первые дорожные метеостанции. Первоначально широкое  использование автоматических дорожных метеосистем на сети дорог сдерживалось их высокой стоимостью, недостаточно высокой надежностью работы, несовершенством  связи. С развитием микроэлектроники и средств связи многие из проблем  были сняты и именно по пути установки  на дорогах ароматических дорожных метеостанций пошло развитие специализированного  метеорологического обеспечения зимнего  содержания практически во всех странах, где в зимний период возможно образование скользкости на дорогах.

До появления  дорожных метеосистем при зимнем содержании дорог в Финляндии  информацию о состоянии дорожного  покрытия получали при патрулировании дорог. Содержание такой службы требовало  значительных финансовых затрат. Первые образцы электронного оборудования, фиксирующие состояние покрытия, облегчали мастерам работу по зимнему  содержанию дорог. Однако со временем оказалось, что более эффективно передавать ту же информацию в диспетчерский  центр для ее обработки совместно  с прогнозами погоды и получать к  имеющейся информации о состоянии  дорожного покрытия дополнительную, с прогнозом его изменения, т.е. возможности образования скользкости .

В течение нескольких зимних сезонов (с 1991 по 1997 гг.) специализированное дорожное метеорологическое обеспечение  и патрулирование в Финляндии  существовали параллельно. В дальнейшем, после отладки системы, дорожное патрулирование было отменено, что  позволило сократить значительные средства.

В настоящее  время для организации зимнего  содержания дорог во многих странах  мира развиваются ведомственные  сети метеорологических наблюдений на основе автоматических дорожных метеорологических  станций. Погодная информация, необходимая  для зимнего содержания дороги, поступает  из специальных центров контроля дорожных и погодных условий. Задача таких центров состоит в сборе  в реальном режиме времени информации с автоматических дорожных метеостанций, информации от метеорологических радиолокаторов (МРЛ), прогнозов погоды общего назначения и дополнительной информации от Национальной службы погоды. На основе анализа всей этой информации производится предупреждение о возможности опасного явления  на дороге и выдаются рекомендации по технологии производства работ.

Эксперименты  по созданию дорожных погодных центров  начались в Финляндии в 1980-е годы. Для анализа поступающей метеорологической  информации стали использовать вычислительную технику, а в разработке первых специализированных прогнозов вместе с метеорологами принимали участие специалисты по организации дорожного движения.

В настоящее  время дорожные метеорологические  центры в Финляндии успешно действуют  и эта страна имеет наиболее богатый  опыт специализированного метеорологического обеспечения дорожных организаций. Сеть автоматических дорожных метеостанций постоянно расширяется, в систему  наблюдений за дорожными условиями  и состоянием дорожного покрытия включены и дорожные видеокамеры. Кроме  информации, поступающей с сети дорог, используются радиолокационные данные об осадках, спутниковые снимки, прогнозы погоды из Метеорологического института  г. Хельсинки. Радарные изображения  позволяют прослеживать движение зон  осадков, их интенсивность и количество.

Дорожные метеорологические  центры в Финляндии созданы в  каждом округе. В зимний период работа в них ведется круглосуточно. Работники метеоцентра получают непрерывную информацию с сети АДМС, прогнозы погоды каждые 3 ч из Метеорологического института. Специалисты анализируют  ее и передают непосредственным исполнителям работ - дежурным мастерам и водителем. Работа таких центров совмещена  с работой центров управления движением, которые получают информацию о состоянии транспортных потоков  с пунктов контроля интенсивности  движения и дорожных видеокамер, и  центров информирования участников движения о состоянии проезда  по сети дорог. В такой информации нуждаются пользователи дорог, дорожная полиция, автотранспортные предприятия. Информация передается посредством  дорожных знаков со сменной информацией (регулирующих скорость движения транспортного  потока при различном состоянии  дорожного покрытия), табло со сменной  информацией. Дополнительно информация может быть получена на определенной радиочастоте, по телевидению, через  информационные киоски сети Интернет, установленные на объектах дорожного  сервиса (АЗС, СТО, кафе, мотели) [110, 111].

Развитие дорожных погодных метеоцентров не могло не оказать влияния на систему взаимодействия между дорожными организациями  и Национальными службами погоды. Их взаимодействие стало еще теснее, и, как это ни странно, объем информации, которая необходима дорожным организациям для содержания дорог, не уменьшился с появлением АДМС, а возрос. Однако информация эта отличается от тех  прогнозов погоды, которые получали дорожные организации ранее. Информация АДМС передается в Национальные погодные центры и используется ими при  разработке прогнозов и штормовых  предупреждений. Она более оперативная  и поступает практически в  режиме реального времени. Работы по совершенствованию специализированного  дорожного обеспечения в Национальных службах погоды не прекратились, а  активизировались.

Прогнозы для  дорожных организаций в России составляются региональными отделениями Федеральной  службы по гидрометеорологии и мониторингу  окружающей среды (Росгидромет) на основе действующих нормативных документов [64, 68]. До определенного времени считалось, что Росгидромет, как информационная отрасль экономики России, обязан предоставлять свою продукцию оперативно, полно и в удобной форме. Производителей информации не беспокоило, насколько  эффективно потребитель ее использует в своей деятельности. С 1992 г. постановлением Правительства Российской Федерации Росгидромету было разрешено предоставлять информационную продукцию потребителям на коммерческой основе [112]. В связи с этим появилась необходимость ориентации специализированного метеорологического обеспечения на нужды потребителей.

Несмотря на развитую сеть наблюдения и оснащение  Гидрометцентра России супербыстродействующими  ЭВМ (CREI), прогнозы погоды, разрабатываемые им для дорожных организаций, не достигают того уровня детальности, оперативности и заблаговременности, как в Европейских странах. Это не позволяет эффективно использовать их при оперативном управлении работами по борьбе с зимней скользкостью и для проведения профилактических мероприятий. В прогнозах не отражается информация, которую можно отнести к разряду специализированной для дорожных организаций, - температура дорожного покрытия и его состояние. Наблюдения за этими параметрами в подразделениях Росгидромета не производятся, что заставляет дорожников развивать сеть собственных наблюдательных постов для обеспечения необходимой информацией производственных процессов зимнего содержания дорог.

Однако та информация Росгидромета, которая в настоящее  время может быть доступна дорожным организациям, используется неэффективно или вовсе не используется. Это  объясняется отсутствием каких-либо документов, регламентирующих работы по борьбе с зимней скользкостью на дорогах на основе прогнозов погоды. Вопросы организации специализированного  дорожного метеорологического обеспечения  в России рассмотрены в книге.

Опыт работы Национальных служб погоды и крупных  фирм-производителей технических средств  свидетельствует о том, что развитию систем дорожного погодного мониторинга  и использованию их информации в  управлении дорогами и транспортными  потоками уделяется большое внимание в мире. Важность решения этих вопросов подтверждается и тем, что уже  более 20 лет существует и активно  работает Международная постоянно  действующая Комиссий по дорожной метеорологии (SIRWEC). В 1992 г. в г. Миннеаполисе (США) была утверждена конституция Комиссии SIRWEC [113], в которой указано, что все организации и отдельные личности, которые интересуются дорожным погодным мониторингом, могут являться ее членами.