Измерительные приборы должны стоять в наиболее критичных местах для оцениваемой характеристики

ВЛАСОВ А.Н., ВОЛКОВ-БОГОРОДСКИЙ Д.Б., КУРОЧКИНА В.А., БЛАЗИ К.
Институт Геоэкологии Ран. Москва, Россия
Институт Прикладной Механики Ран. Москва, Россия
Московский Государственный Строительный Университет, Москва, Россия
Федеральный Гидрологический Институт, Кобленц, Германия, Россия

Проблема оптимальной организации измерительной сети в прибрежных морских акваториях актуальна для стран с развитой береговой линией, подверженной воздействию приливов и ветровых нагонов, в том числе и для России. Рассматривается задача оптимизации расстановки измерительных приборов, отслеживающих уровень водной поверхности в акватории Северного моря, прилегающей к порту Вильгельмсхафен, в бухте реки Яде на северном побережье Германии.

Особенностью акватории является интенсивное судоходство и небольшие глубины, что обуславливает необходимость содержать сеть измерительных станций. Эти станции представляют собой дорогие в эксплуатации объекты, поэтому оптимизация их расстановки является актуальной задачей.

Решение этой задачи опирается на большое количество данных собранных за длительный период наблюдений на довольно большой по площади акватории, но при весьма ограниченном количестве измерительных приборов. В рассматриваемом случае сеть станций состоит из 8 пунктов наблюдения. На основе этих данных была построена модель, аппроксимирующая уровень водной поверхности.

При решении задачи оптимального расположения измерительных приборов за критерий размещения пунктов наблюдения в заданной акватории принималась средняя кривизна поверхности оцениваемой величины. Это означает, что приборы должны стоять в наиболее критичных местах для оцениваемой характеристики, там, где она подвержена наиболее сильному изменению, т.е. в местах наибольших средних кривизн водной поверхности.

Важным моментом является не только оптимизация расположения измерительных приборов, но и оценка устойчивости измерительной системы по отношению к случайным выбросам, обусловленным влиянием природных и техногенных факторов. В данной работе эта оценка была проведена с применением регрессионного анализа и сопоставлением его результатов с фактическими данными.

За рассмотренный период времени изменение уровня водой поверхности существенно влияло на глубину в акватории, что обусловливает важность надёжного контроля за уровнем водной поверхности.

Хотя между всеми пунктами наблюдения имеется высокая степень корреляции, тем не менее, погрешности при оценке максимальных и минимальных значений уровня поверхности водной глади были значительными. Это говорит о том, что уровень водной поверхности, как случайная величина, не подчиняется нормальному закону распределения. Наблюдались также аномальные значения погрешности при оценке максимальных и минимальных значений уровней поверхности. Погрешность в определении минимальных значений уровня воды более высока, нежели максимальных значений.

Анализ корреляции максимальных и минимальных уровней водной поверхности и оценки погрешности их определения проводился на базе периода усреднения равного одному году. Точно такой же анализ был проведен для периода усреднения равного одному месяцу.

Полученные результаты для средних значений, среднеквадратических отклонений и коэффициентов корреляции в целом аналогичны результатам, полученным исходя из годового периода, но несколько выше. Наибольшие погрешности оценок максимальных и минимальных уровней водной глади оказались более чем в два с половиной раза точнее. Из этого следует, что для прогнозирования значений максимальных и минимальных уровней водной поверхности следует учитывать сезонные колебания.

Проведённые расчёты показали, что от года к году, места расположения экстремальных значений средней кривизны поверхности могут несколько смещаться, оставаясь в некоторой весьма ограниченной области. Следовательно, для определения мест желательного расположения измерительных приборов необходимо исходить из всей доступной совокупности наблюдений с базой усреднения по всему периоду наблюдений с учётом дробных периодов усреднения (годовых и более мелких). Для этого необходимо проанализировать средние кривизны поверхностей максимального и минимального уровня за весь период наблюдений и определить места предпочтительного размещения измерительных приборов.

для определения мест желательного расположения измерительных приборов необходимо исходить из всей доступной совокупности наблюдений с базой усреднения по всему периоду наблюдений

Выводы
1. Уровень колебаний поверхности воды в рассматриваемом районе значителен и существенным образом влияет на глубину акватории.
2. Минимальные и максимальные значения уровня водной поверхности не подчиняются нормальному закону распределения.
3. При решении задачи прогнозирования уровня водной поверхности следует учитывать не только длительные циклы, такие как годичные, солнечные и др., но также и сезонные.

Литература
1. Власов А.Н., Волков-Богородский Д.Б., Курочкина В А., Блази К. Обработка данных измерения уровня поверхности заданной акватории и оценка оптимальности расположения измерительных приборов. //Гидротехническое строительство. 2003. № б, с.23-29.
2. Погорелов А.В. Дифференциальная геометрия. //М.: Наука, 1974. 176 с.
3 Jensen J., Mndersbach С. Long-term changes of the water levels along the German North-Sea coastline. // Littoral 2002, 22-26 September. Porto. Portugal.
4. Buhmann M.D. Multivariate cardinal interpolation with radial-basis functions. // Constructive approximations 1990. V. 6. P. 225-255.
5. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. //М.: Наука, 1969. 576 с.

Материалы международной конференции "Нефть и газ арктического шельфа - 2004"

Еще статьи на тему "измерительных":

Оптимизация расположения сети измерительных приборов в прибрежной зоне