Инновации для устойчивого планирования и управления водосборами

Впечатляющие технологические достижения последних десятилетий открывают возможности для модернизации методов планирования и управления водными и другими природными ресурсами. Учреждения и правительства во всем мире создают высококачественные комплекты данных, охватывающие такие темы, как водные ресурсы, бедствия, изменение климата, торговля и общее развитие, и предоставляют их в открытом доступе в виде онлайновых сервисов данных и картографических сервисов. Наблюдения за Землей с помощью все более мощной группировки государственных и частных спутников обеспечивают беспристрастный синоптический обзор земного шара. 

Однако многие из этих комплектов данных особенно комплекты, созданные на основе данных мониторинга in situ, даже если они в цифровом виде, — имеют фрагментарный характер, поступают в разных форматах и недостаточно хорошо известны или легкодоступны или пригодны для просмотра, будучи разбросанными по тысячам веб-сайтов.

Населению, правительствам, региональным организациям, профессионалам в области развития и прочим нужен простой, надежный и полезный доступ к этим разнообразным базам данных для поддержки решений на всех уровнях, в особенности когда дело касается управления водосборными бассейнами. Есть необходимость в новой парадигме поддержки принятия решений с предоставлением открытого доступа к данным и инструментарию, которая сможет максимально использовать последние технологические достижения.

Необходимо сосредоточить внимание на решениях

Каждый день принимаются или не принимаются (что тоже имеет последствия) решения, имеющие отношение к гидрометеорологии. К их числу могут относиться решения, касающиеся краткосрочного и долгосрочного планирования и текущей деятельности:

Как моя страна может лучше подготовиться к адаптации к исторической изменчивости климата и текущему изменению климата? Кого мы предупреждаем (и когда) о надвигающемся паводке? Каким заинтересованным сторонам следует в этом году компенсировать потери, понесенные в результате засухи? Когда выпускать воду из этого водохранилища, чтобы смягчить воздействие приближающегося наводнения? Достаточно ли будет воды для обеспечения урожая? Сколько грунтовой воды нужно выкачать сегодня для этого поля? Как землепользование и изменение климата могут повлиять на услуги этого водосборного бассейна? Откуда может поступать вода, необходимая для урбанизированного ландшафта? Потребуется мне сегодня зонтик?

Все эти решения могут приниматься с учетом как обстоятельного анализа, так и вклада заинтересованных сторон, т.е. необходим анализ, который позволяет получить информацию и участие заинтересованных сторон, которые высказывают свои соображения.  

Цепь создания ценности данных

Часто мы сталкиваемся с проблемами на уровне данных, пытаясь отыскать гвозди решений, которые подойдут для новенького молотка данных. Полезно поменять эту парадигму, рассмотрев потребности, возникающие в результате решения, а также то, как работает цепь создания ценности данных, когда данные преобразовываются в информацию и знания для поддержки решений.

Например, для принятия решений по регулированию паводка нужно хорошее заблаговременное предупреждение о паводке, которое выпускается на основе прогнозов (метеорологических, гидрологических и районов затопления), для подготовки которых требуются набор данных и анализ, как показано.   

Повсюду данные

В настоящее время появляется все больше инновационного оборудования для мониторинга и сбора данных по всем аспектам гидрологического цикла — погоде, гидрологии поверхностных и грунтовых вод, качеству воды, рискам бедствия, земному покрову, водопользованию, а также запасам вод, водным потокам и тенденциям в области водных ресурсов — в любом водосборном бассейне. Методы передачи данных в хранилища данных также меняются — от передачи вручную данных неавтоматических наблюдений к использованию автоматических цифровых систем. 

Все это ведет к появлению множества петабайт данных, принимая во внимание, что только один метеорологический спутник Himawari обеспечивает получение более 3 терабайт ежедневно.

Средства моделирования помогают преобразовать эти данные в информацию, при этом модели могут варьироваться от прогностических (для прогнозирования во временных масштабах от краткосрочного до сезонного) до водно-балансовых моделей, позволяющих моделировать и оптимизировать водные системы, и моделей, построенных на основе целого ряда критериев, что обеспечивает возможность получить более комплексное представление о системах. Инновации в области средств моделирования также делают эти средства более доступными.

Что работает неправильно сегодня?

Однако сегодня многие страны для поддержки принятия решений относительно водосбора/бассейна на субнациональном уровне полагаются на использование очень дезинтегрированных, «розничных» подходов. При работе с данными, собираемыми в соответствии с такими подходами (в менее развитых странах данные часто по-прежнему вручную заносятся на бумажный носитель), приходится сталкиваться со многими проблемами, главным образом в том плане, что эти данные не являются исчерпывающими, как территориально, так и по времени, имеют неопределенное качество и недоступны для своевременного предоставления в пригодных форматах для поддержки анализа или принятия решений.

Если используются аналитические средства, то часто они тоже «розничного» уровня, обходятся дорого, находя применение для небольшой целевой территории (например, для отдельного водосбора или речного бассейна), созданы на основе дорогого патентованного 

программного обеспечения, которое могут себе позволить лишь немногие программы с донорским финансированием, и такие сложные, что лишь несколько специалистов с докторской степенью могут их использовать. Клиенты часто не понимают, какие средства использовать, также возникают трудности с постоянным отслеживанием инноваций, что ведет к дальнейшему непониманию. Доступ к средствам и базовым данным часто ограничен правилами и стоимостью/знанием требований в отношении программного обеспечения, что делает их пригодными для использования только небольшой группой специалистов, у которой нет достаточных стимулов, чтобы менять существующее положение дел.

Клиентам из развивающихся стран трудно эффективно участвовать в разработке, поддержке и совершенствовании этих средств или в их интеграции в систему поддержки принятия решений, которая часто наследует принцип «анализ без данных и принятие решений без анализа».

В итоге институциональная запутанность привела к использованию фрагментарного подхода, который большей частью стимулирует дезинтегрированное управление водными ресурсами с высокими затратами на осуществление обмена данными даже между государственными учреждениями. Для многочисленных разрозненных сетей наблюдений чрезвычайно характерен ограниченный доступ к данным этих сетей и низкая эффективность использования этих данных.

Появление подходов на основе комплексного обеспечения

В настоящее время появляется ряд более комплексных платформ, позволяющих заглянуть в будущее. Возможности для таких платформ часто обеспечиваются посредством небольшого числа инноваций:

• Предоставление данных посредством онлайновых сервисов данных. Переход от традиционных баз данных к онлайновым сервисам данных является одним из наиболее недооцененных преимуществ в области планирования и управления водными ресурсами. Обеспечение данными через открытые интерфейсы прикладных программ и с использованием согласованных стандартов для сервисов данных и картографирования, особенно на основе форматов Открытого геопространственного консорциума (ОГК), позволило усваивать такие данные для интерактивной визуализации в реальном времени и интерактивного анализа в режиме онлайн. Используя такой подход, учреждения могут сохранить за собой право предоставлять и обновлять данные, за которые они несут ответственность, и одновременно получать пользу от использования других сервисов данных.
•  

Осуществление анализа посредством онлайновых сервисов аналитических средств. Аналогичным образом переход к онлайновым сервисам аналитических средств обещает изменить коренным образом комплекты аналитических средств для специалистов по управлению водными ресурсами и пользователей даже в самых бедных странах. Эти средства не только используют возможности онлайновых сервисов данных усваивать продукцию наблюдений in-situ и продукцию наблюдений за Землей в реальном времени, но и предоставляют свои выходные данные, используя те же самые онлайновые платформы данных.

• Развитие облачных сервисов. Появление высокоскоростных облачных сервисов обеспечило условия для новой парадигмы. Эти сервисы, как правило, представляют собой сочетание коммерческих подписных сервисов (например, платформ облачного хранения данных и облачных вычислений) и экспериментальных отчасти бесплатных платформ для хранения и анализа данных (например, Google Earth Engine) с перспективой на то, что в ближайшие годы искусственный интеллект позволит сделать такие системы еще более «разумными». У партнеров в области развития имеются широкие возможности для работы с учреждениями информационных технологий с целью разработки бесплатной глобальной облачной системы для гидрометеорологических и гидрологических данных, которая могла бы коренным образом изменить управление водными ресурсами в кратчайшие сроки.
• Платформы на основе комплексного обеспечения. Особенно впечатляющей инновацией, которая разрабатывается в настоящее время, является переход к более комплексным платформам, которые помогут недорого получить доступ к сервисам данных и аналитических средств на различных платформах. Примером такой платформы является мобильное приложение Spatial Agent, разработанное Всемирным банком (см. стр. 22), которое обеспечивает легкий доступ к растущему количеству бесплатных общедоступных сервисов данных и аналитических средств на мобильных устройствах.

Заглядывая в будущее

Впереди нас ждет заманчивое будущее с наличием целого ряда все более мощных сервисов и платформ данных на основе комплексного обеспечения, аналитических средств и знаний, которые можно применить на любом «розничном» уровне поддержки принятия решений. Многие из них будут включать бесплатные онлайновые сервисы, которые можно объединять в пакеты, дополнять и использовать с новым поколением оптимизированных под требования клиентов порталов, мобильных приложений и интерактивных электронных книг.

Уровень подключения к Интернету во многих частях мира, особенно в Африке, не позволяет получить легкий доступ к этой новой массе данных и аналитических средств. Однако недавний резкий рост и прогнозы дальнейшего роста использования смартфонов и подключения к источникам данных по всему миру, а также поразительные достижения в области инновационных цифровых технологий, таких как машинное обучение и другие формы искусственного интеллекта, создают потенциальные возможности для преодоления цифрового разрыва и разрыва в уровне развития. Максимальное использование таких достижений сократит затраты на получение новых видов продукции и обслуживания.

В дополнение к неизбежному появлению большого количества бесплатных данных и средств для проекта «Цифровая Земля» появится целый ряд подписных сервисов данных, аналитических средств, оповещений, знаний и других сервисов, предоставленных частным сектором и оптимизированных под требования заинтересованных сторон. Это ознаменует собой начало новой эры сотрудничества на «оптовом» и «розничном» уровнях. Большая часть оперативной работы на местном «розничном» уровне может способствовать более эффективному использованию глобальных и региональных «оптовых» платформ и партнерств. «Розничная» работа также может принести пользу «оптовым» сервисам, предоставляя данные для более качественной калибровки и проверки правильности и помогая сформировать более эффективные сервисы и лучше адаптироваться к конкретным потребностям с учетом спроса. 

Что нам нужно сделать сегодня, а не просто ждать наступления этой новой эры? Ответ заключается в формировании менталитета, позволяющего использовать возможности отдельных лиц и учреждений для осмысленного «высвобождения» данных в формате бесплатного и открытого доступа, в реальном масштабе времени и в готовом для анализа виде. Сегодня во многих развивающихся странах было бы крайне трудно найти хотя бы один гидрологический измерительный прибор, который отвечает указанному критерию. Ответ также — в формировании менталитета, который позволяет инициативно пытаться извлекать уроки из передового международного опыта, максимально эффективно его использовать и вносить в него свой вклад. Наличие местных руководящих кадров, руководствующихся здравым смыслом и обладающих пытливым умом, необходимо для того, чтобы взять на себя выполнение трудной задачи по преодолению глубоко укоренившейся институциональной инерции. Таковы условия, выполнение которых откроет возможности для изменения парадигмы управления ресурсами и обеспечения устойчивости к климату в водосборных бассейнах по всему миру.