Ученые разработали новый способ измерения речного стока

Группа ученых и инженеров из НАСА и Геологической службы США выяснила, сможет ли небольшой дрон, оснащенный специализированной полезной нагрузкой, помочь в создании подробных карт скорости течения воды.

Реки снабжают пресной водой сообщества и фермы, служат домом для разнообразных существ, перевозят людей и товары, а также вырабатывают электроэнергию. Однако речные стоки также могут переносить загрязняющие вещества вниз по течению или внезапно подниматься, представляя опасность для людей, дикой природы и имущества.

Как нам оставаться в курсе того, где и как быстро меняются речные стоки? Исследователи объединили усилия, чтобы создать комплект приборов размером с галлон молока под названием «River Observing System» (RiOS). Он оснащен тепловыми и видимыми камерами для отслеживания движения водной поверхности, лазером для измерения высоты, навигационными датчиками, бортовым компьютером и системой беспроводной связи.

В 2023 г. исследователи вывели RiOS в поле для тестирования на участке реки Сакраменто в Северной Калифорнии, а осенью 2024 г. планируют провести третье и последнее полевое испытание.

По словам Карла Леглейтера, главного исследователя совместного проекта «NASA и USGS StreamFlow», развертывание RiOS над рекой для оценки работы системы в реальных условиях невероятно важно. Во время тестовых полетов исследователи убедились, что бортовая полезная нагрузка может использоваться для проведения расчетов и анализа практически в режиме реального времени, пока дрон летит над рекой.

Это была одна из главных целей исследователей: обеспечить минимальную задержку между моментом получения изображений и получением подробной информации о текущих скоростях и схемах течения в реке.

Чтобы реализовать эту концепцию бортовых вычислений, группа исследователей использует программное обеспечение с открытым исходным кодом в сочетании с собственным кодом для создания карт скоростей поверхности воды, или полей течения, на основе серии изображений.

Читатель может подумать, что для оценки скорости стока исследователям нужно видеть отдельные физические объекты – палки, ил или другой мусор, плывущие вниз по течению, но это не всегда так, да и не всегда возможно, говорит Леглейтер. При использовании высокочувствительной инфракрасной камеры обнаруживается движение тонких различий в температуре воды.

Такие же крошечные температурные различия возникают везде, где есть волнообразное движение, например на границе между воздухом и водой или льдом внизу.

Для подготовки к полевым испытаниям на реке Сакраменто команда НАСА построила робототехнический симулятор для запуска тысячи виртуальных полетов дронов над испытательном полигоном реки с использованием полей течения, смоделированных Геологической службой США. Эти симуляции помогают группе исследователей создать интеллектуальное программное обеспечение, способное выбирать оптимальные маршруты для полета дрона и обеспечивать эффективное использование ограниченного заряда батареи.

Следующим этапом сотрудничества станет разработка методов повышения автономности системы. Исследователи хотят использовать расчеты речных стоков, выполняемые на борту в режиме реального времени, чтобы определить, куда дрон должен лететь дальше.

Опускается ли дрон вниз, чтобы получить данные с лучшим разрешением о конкретном месте, или остается высоко и делает широкоугольный снимок? Если он определяет участки, где вода течет особенно быстро или медленно, может ли дрон быстрее обнаруживать зоны наводнения?

Геологическая служба США располагает обширной сетью из тысяч автоматических мареографов и стационарных камер, установленных на мостах и берегах рек для мониторинга речных стоков в режиме реального времени по всей стране. Дроны позволят исследователям проводить измерения в гораздо большем количестве участков, что в перспективе позволит сделать сеть более крупной и надежной.

Дроны помогут уберечь людей и оборудование от опасности, а также сообщать, как окружающая среда меняется с течением времени на максимально возможном количестве участков.

Источник — scientists-river

Перевод — НИЦ МКВК (см. еженедельный бюллетень НИЦ).

На sreda.uz фото Наталии Шулепиной. На фото — Амударья в нижнем течении (Каракалпакстан); Чартаксай в Наманганской области Узбекистана.

Добро пожаловать на канал SREDA.UZ в Telegram

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован.

Комментарий

Имя

E-mail

Сайт

 +   = 

Введите код с картинки (CAPTCHA)*

 Notify me when new comments are added.

Получать новые комментарии по электронной почте. Вы можете подписаться без комментирования.

Еще статьи из Вода