テキサス: ALERT2 への移行 ハリス郡、Campbell Scientificの機器で洪水警報システムを更新

ALERT2 は、洪水警報コミュニティにおける 40 年の伝統を改良した最新の通信プロトコルです。ALERT2 は、正確でタイムリーなデータを確実に提供することで、従来の ALERT 洪水警報システムのパフォーマンスを向上させるように設計されています。2014 年以来、Campbell Scientific は、顧客の特定のニーズを満たすように設計された ALERT2 トランスミッターとカスタマイズされたソリューションのラインを提供してきました。2015 年を通じて、ハリス郡洪水制御地区 (HCFCD) は、Campbell ベースの ALERT2 アップグレードをカスタマイズして、洪水警報システム (FWS) にインストールしました。HCFCD は、新しいハードウェアのインストールと担当者のトレーニングを完了するために、経験豊富な Campbell Scientific インテグレーター 2 社 (Distinctive AFWS Designs の David Haynes 氏と Telos Services の Don Van Wie 氏) と提携しました。

背景
テキサス州ハリス郡は、400 万人以上の人々が暮らし、米国で 3 番目に人口の多い郡です。ハリス郡 FWS の目標は、正確なリアルタイムの降雨量と水位データを提供し、洪水発生前、発生中、発生後の重要な意思決定を支援することです。ハリス郡 FWS は、郡内のバイユーと 22 の流域の支流に設置された 139 の観測所に依存しています。

洪水警報ネットワークは、当初 1982 年に設置された 13 のステーションから構成され、現在では 139 の HCFCD ステーションを含むまでに成長しました。しかし、34 年間のシステム拡張の間に、大きな成長痛が起こりました。ネットワークの拡張、機器の老朽化、メンテナンス作業により、2007 年までに許容できないデータ損失と品質が発生しました。Campbell Scientific は、ALERT200 や ALERT210 などのターンキー FWS ソリューションを提供しています。Telos Services と Distinctive AFWS Designs の協力を得て、FWS は徹底的に検討され、プロジェクトは競争入札にかけられ、最終的な解決策として、すべての機器をカスタマイズされた Campbell ALERT2 システムに置き換えることになりました。2015 年の夏から秋にかけて、ネットワークは Campbell の機器で体系的にアップグレードされました。最終的に、ネットワークは AL200 と無線で構成される 90 のシステムになり、さらに 60 のシステムが CR800 データロガーを使用しました。アップグレード プロセス中に、HCFCD は、新しいアンテナ、新しい 5 W ソーラー パネル、サイトの配置など、サイトのインフラストラクチャもすべて更新する機会を得ました。

計測ステーションは、OTT バブラーとレーダー センサー、または Druck または Campbell Scientific の圧力トランスデューサーを使用して、小川とバイユーの水位を監視します。降雨量は 0.04 インチの雨量が測定されるたびに送信され、水位は水位が 0.10 フィート変化するたびに送信されます。データは、リモート サイトから、ハフマン、ガルベストン、クロディンの各地域にある 3 つの Blue Water Design リピーター ステーションに送信されます。リピーター ステーションは、測定データをヒューストン トランスターとハリス郡評価地区にある Blue Water Design のプライマリおよびバックアップ ベース ステーションに渡します。データがベース ステーションに到着すると、OneRain の Contrail ソフトウェアに取り込まれ、処理、アーカイブ、配布されます( www.harriscountyfws.org ) 。

システム パフォーマンスの分析
洪水警報ネットワークの成功を評価する方法は多数あります。この記事では、ALERT2 へのアップグレード前、アップグレード中、アップグレード後の、通常の状況 (暴風雨以外のイベント) およびピーク降雨イベントでの成功したレポートの割合を調べます。静止状態でのレポートの成功を分析するために、HCFCD の Mark Moore は、毎日スケジュールされたレポートを調べました。2012 年には、バッテリー レポートの 82.0% のみが期待どおりに到着しました。システムの継続的なアップグレードにより、この成功率は 2014 年までに名目上 84.9% に増加しました。ただし、Campbell Scientific の機器を使用した ALERT2 へのアップグレードが完了したことで、2015 年末までに、毎日スケジュールされたレポートの成功率が 99.5% に増加しました。

乾燥期間中のデータの可用性を理解することで、ネットワークのパフォーマンスに関する洞察が得られますが、大規模な降雨イベントでは、システムの真の信頼性と回復力が試されます。元の ALERT ネットワークの 1 つの弱点は、メッセージの衝突 (共通周波数で同時に通信するステーションが多すぎる) によるデータまたは送信の損失でした。ALERT システムの通信トラフィックは、嵐の強度と空間範囲の関数です。したがって、データを受信する必要性が高まると、データが最も重要なときにデータが失われる可能性も高まります。システムのアップグレード前は、HCFCD の無線周波数の過負荷により、大規模なイベント中にゲージ データが最大 60% 失われていました。たとえば、2015 年の戦没将兵追悼記念日には、ハリス郡に過剰な量の雨が降り、一部のゲージでは 3 時間以内に 7 インチを超える雨量が示されました。この時点では、ALERT2 テスト サイトは 1 つしか設置されておらず、ネットワークの残りの部分はまだレガシー ALERT でした。設計どおり、ALERT2 テスト サイトは、この異常な降雨イベント中に、予想されたデータ レポートの 100% を受信しました。比較すると、近くの従来の ALERT ステーションからは、予想されたレポートの 65% しか受信されませんでした。

ALERT2 へのシステム アップグレード中に、HCFCD は、バックグラウンド無線干渉の削減、正常に機能する機器のインストール、ALERT2 コンセントレータ リピータの使用など、衝突によるデータ損失を削減するための措置を講じました。Campbell 機器を使用して ALERT2 にアップグレードしてから、HCFCD は、パフォーマンスの低下が見られる前にシステムが処理できるトラフィックの量を計算し、それに応じて計画を立てることができます。

ハリス郡に設置された ALERT2 ネットワークは、設置プロセス中に 35% が従来の ALERT、65% が ALERT2 だったときに 1 度テストされました。2015 年 10 月末近く、ハリケーン パトリシアの残骸が 24 時間にわたってハリス郡に 8 インチの雨を降らせました。この暴風雨の間、90 の ALERT2 ステーションからの送信の 99.6% が正常に受信されました。完成後、システムは 2015 年 12 月の小雨イベントと 2016 年 3 月の中程度の洪水イベントでテストされました。12 月の小雨イベントでは、48 時間にわたって 2.5 インチの雨が降りました。このイベント中に生成された 15,000 件のレポートを分析したところ、予想されたレポートの 99.9% が受信されたことがわかりました。

2016 年 3 月 6 日から 3 月 11 日にかけて、ハリス郡の一部では 2.5 ～ 7.4 インチの雨が降りました。この嵐の期間中、複数の流域で堤防の氾濫が発生しました。この期間中に行われた約 13,500 回の送信を見ると、嵐の期間中に基地局のデータベースにデータを受信する平均成功率は 99.8% でした。嵐の最もひどい時間帯には、成功率は 98% に低下しました。

システム保守
ALERT2 ハードウェアにアップグレードし、インフラストラクチャを更新することで、HCFCD はゲージのダウンタイムと予防保守訪問の長さを削減できました。サイトのアップグレードにより、機器へのアクセスが容易になりました。たとえば、技術者はバッテリーを交換するためだけにスタンドパイプからトランスミッターを取り外す必要がなくなりました。技術者が DCP に直接接続して、完成した値をリアルタイムで表示できるため、センサーのキャリブレーションの確認も容易になりました。技術者は、デコードされたメッセージをソフトウェアで確認する必要がなくなりました。ハードウェアのアップグレードにより、修理も容易になりました。コンポーネントはモジュール式で、簡単に交換できます。技術者は、トランスミッター全体を引き抜く必要がなくなりました。さらに、市販のセンサーを使用して、特殊な円形コネクタを必要とせずに、損傷したユニットを交換できます。

これらのアップグレードでは、技術者の責任がさらに大きくなります。たとえば、錫メッキが不十分な配線はセンサーの問題を引き起こす可能性がありますが、配線の問題は現場で診断して修理する方がはるかに簡単で、特別な機器は必要ありません。複数のバッテリー コネクタにより、サイトの電源を切らずにバッテリーを簡単に交換できます。SDI-12 バスに直接簡単にアクセスできるため、問題を簡単に診断できます。これらすべてが、メンテナンスと修理にかかる費用の削減を意味します。この費用は、ネットワークのさらなる改善に使用できます。また、現場での作業時間が短縮されることも意味します。多くのサイトは道路や橋の上にあり、作業中は交通を迂回させる必要があるため、これは重要です。

現場での予防保守は時間がかからないため、HCFCD は、樹木の剪定、雑草取りなど、暴風雨時の流量測定や雨水の捕集効率の向上など、現場の全般的な管理を訪問に含めることを決定しました。ハリス郡は、問題が発生する前に予防保守を事務所で実施するように考え方を変えるよう取り組んできました。たとえば、各ゲージは 1 日に 6 回ステータス送信を行うため、オペレーターは 4 時間のレポートを送信していないゲージがないかどうか注意を払います。同期ステータスの更新により、HCFCD は送信機が良好な GPS 信号を受信して​​いることを確認でき、同期ステータス値が繰り返し高くなると調査に至ります。より定期的なバッテリー レポートにより、故障したバッテリーが劣化する前に診断できます。現場が完全に停止する前に、故障したバッテリー 6 個を現場から取り除きました。実際、バッテリー レポートがより定期的に行われるようになったため、HCFCD ではバッテリー故障のために現場が非アクティブになったことはありません。

結論として、HCFCD スタッフは、FWS の Campbell Scientific ALERT2 アップグレードにより、洪水発生前、発生中、発生後に重要な意思決定を容易にする正確なリアルタイムの降雨量と水位データを提供するという目標をシステムが完全に達成できるようになると確信しています。Campbell Scientific は、アップグレード前後の成功レポートの分析を共有してくれた HCFCD の Mark Moore 氏に感謝の意を表します。