Системы автоматизированного деформационного мониторинга (АСДМ)

Общие положения

Мы живем в изменяющемся мире, меняется среда обитания людей, стиль и качество их жизни. Меняются тенденции и в строительстве, особенно таких сооружений как здания, мосты, тоннели, дороги. Благодаря фантазии проектировщиков и технологическим возможностям конструкции сооружений становятся более сложными и более экстравагантными. Небоскребы становиться все выше, и скоро будут представлять собой целые поселения. Строятся гигантские дорожные эстакады, тоннели длиной более нескольких километров, вантовые мосты длиной до километра и более, соединяя материки и острова. Длительного опыта строительства и эксплуатации подобных сооружений в нашей стране еще нет. Современный мир столкнулся с глобальной проблемой безопасности жизнедеятельности человека. Рушатся мосты, разрушаются жилые и промышленные здания и сооружения, выходят из строя линии электропередач, взрываются или нарушаются трубопроводы, происходят обвалы в шахтах, тоннелях и т.д. Есть множество факторов (без учета военных операций и актов терроризма), влияющих на решение данной задачи. Сюда можно отнести природные катастрофы и катаклизмы, техногенные аварии, повышенные нагрузки, ошибки в проектировании и строительстве, и так называемый человеческий фактор. Можно ли исключить эти факторы, - такой вопрос мучает лучшие умы мира многие годы, и, судя по сообщениям средств массовой информации, это не всегда удается, и даже в большей степени часто не удается спрогнозировать подобные ситуации. Неужели действительно не возможно ничего сделать? Оказывается, возможно, и возможно сделать очень многое.

Контроль стабильности потенциально опасных объектов и прогнозирования их поведения являются очень важной задачей. Вместе с тем существует большое количество уже построенных стратегически важных объектов, таких как плотины, дамбы, ГЭС, АЭС, телевизионные вышки, старение конструкций которых требует особого внимания. Мы также должны заботиться о сохранности исторических памятников и сооружений, представляющих культурную ценность. Кроме того такие природные явления, движения земной коры, оползни, вулканы, землетрясения нуждаются в изучении для создания методов прогнозирования и предупреждения чрезвычайных ситуаций. Мониторинг состояния природных объектов и искусственных сооружений в наши дни является необходимостью и неотъемлемой частью системы обеспечения безопасности.

Основой мониторинга деформаций зданий, сооружений, являются серии наблюдений сделанных на протяжении времени для определения пространственных изменений геометрических параметров объектов в одном, двух или трех измерениях, а также во времени. При этом скорости и ускорения являются производными. Как говорил один из выдающихся стратегов «кто предупрежден, тот вооружен», и, исходя из этого принципа, были созданы технологии на базе геодезических приборов, позволяющие осуществлять мониторинг любых объектов с высокой точностью в реальном времени для предупреждения различного рода катастроф и аварий. Данные технологии осно¬ваны на сборе данных от различных измерительных приборов (сенсоров), основу которых составляют геодезические приборы, в том числе и GPS оборудование. Данные, полученные от всех сенсоров, передаются в единую базу данных и совместно обрабатываются. Мы прекрасно знаем, что все в мире движется и изменяется, но, как и на сколько, за какое время и есть ли в этом закономерность, на все эти вопросы и призвана отвечать система GeoMos, созданная швейцарской фирмой Leica Geosystems, и поставляемая нашей компанией в России. Отличительными качествами этой системы является то, что сбор данных может происходить от любого количества и разного рода сенсоров. В роли сенсоров выступают высокоточные электронные тахеометры и нивелиры, датчики углов наклона и спутниковые системы GPS, температурные датчики и т.д.

Возрастающее значение в развитии всех отраслей экономики приобретают информационные системы, с помощью которых можно получить оперативные данные о состоянии объектов, моделировать и прогнозировать различные процессы. Кто владеет актуальной и достоверной информацией, тот владеет ситуацией. Современные приборы и технологии используются в качестве средств для сбора данных на местности для последующего пополнения различных баз данных и информационных систем, а также обеспечивают постоянное обновление данных.

Коммуникации системы позволяют управлять сенсорами в полностью автоматическом режиме, на большом удалении от места сбора и обработки данных. Работающая в автоматическом режиме система позволяет выполнять циклы измерений с высокой скоростью и исключить ошибки, связанные с человеческим фактором. Промежутки между циклами измерений могут составлять от нескольких минут или часов до месяцев и лет. От человека лишь требуется провести качественный анализ предполагаемого объекта наблюдений для выбора необходимых средств наблюдений, их расположения и соединения их в единую сеть. Имея постоянно обновляемые параметры наблюдаемого объекта можно с высокой степенью достоверности производить прогнозы состояния наблюдаемого объекта, предотвращать возможные аварии или производить расчет эко-номических показателей последствий аварий. Что может являться объектом таких наблюдений? В первую очередь это объекты повышенной опасности, аварии на которых могут привести к большим человеческим жертвам и огромным материальным затратам. К ним относятся атомные и гидроэлектростанции, плотины и дамбы, химическое производство и производство взрывоопасных продуктов, железные дороги, мосты, сейсмически-опасные зоны и зоны с не стабильными грунтами, высотные жилые здания, а также целые населенные пункты, а также разного рода военные объекты.

Что мы понимаем под мониторингом?

Это серия измерений, выполненная в течение некоторого времени, с целью определения изменений геометрических параметров (размеров) в одной, двух или трех плоскостях.
Для измерений может быть использовано различное оборудование: электронные тахеометры, GPS, нивелиры, датчики углов наклона и другое.
Время измерений, частота циклов может варьироваться: от нескольких часов, дней до нескольких месяцев или даже лет.
Все результаты измерений от разных сенсоров синхронизируются по временным меткам и доступны для просмотра в виде графиков, а также для дальнейшей обработки и оценки.

Почему необходимо использовать системы мониторинга?

Все изменяет свои геометрические параметры со временем. На сколько? Каковы последствия этих изменений? Насколько это опасно?
Необходимо не просто следить за изменениями, но и иметь статистику этих изменений, по которой можно делать прогнозы на будущее, которые помогут избежать аварийных ситуаций.
На базе результатов мониторинга решаются многие экономические задачи, связанные с последствиями аварий.

Почему предпочтение отдается именно автоматическим системам мониторинга?

Возможность контроля данных в реальном времени с удаленного места. Это необходимо, когда объекты мониторинга и люди, ответственные за мониторинг этих объектов, находятся в разных местах.
Возможность осуществлять мониторинг объектов 24 часа в сутки 7 дней в неделю из любой точки земного шара. Изменения геометрических параметров происходят непрерывно во времени. Эти изменения должны быть зафиксированы, в тот момент, когда они происходят. Вычисления и анализ информации должен осуществляться непрерывно.
Расположение сенсоров измерительной системы не всегда доступно для ручного управления оператором.
Автоматизированные системы мониторинга осуществляют сбора данных, предварительный анализ информации и отправку ее в любое место через Интернет.
Система способна отследить изменения за секунды, минуты, часы, дни, недели или месяцы. Параметры системы могут быть установлены так, что любое смещение за пределы установленного диапазона может автоматически сопровождаться уведомлением ответственных лиц. Эта своевременная информация дает операторам время для соответствующей реакции и выполнения необходимых действий для избегания критических ситуаций и аварий.
Результаты анализа наиболее надежны при постоянных наблюдениях, и соответственно при более полных статистических данных.
Автоматические наблюдения более дешевы по сравнению с ручными и занимают меньше времени.
Автоматические наблюдения не содержат ошибок оператора, вследствие чего более достоверны.

Кроме того данные измерений и обработки могут переданы в центр обработки с помощью различных средств передачи данных, таких как WiFi, GSM, LAN. Они могут передаваться в удаленный центр обработки по Интернет, что делает системы мониторинга глобальными.

Где находят применение системы мониторинга?

Наблюдения за деформациями уникальных объектов, например гидротехническими сооружениями, плотинами, мостами и др.
Наблюдение за движением земной поверхности вблизи стратегических объектов.
Открытые и подземные разработки.
Наблюдение за оползнями.
Наблюдения за сейсмически опасными зонами.
Наблюдения за мостами, зданиями и сооружениями.
Строительство и эксплуатация тоннелей.
и многое, многое другое..

Что является важным?

Каков уровень движений произошел за определенный период ?
Как быстро происходит движение – ускоренно ?
Каково полное смещение со времени его начала ?
Появление сообщения, если что-нибудь изменилось или произошло.
Достоверность измерений.
Сообщение, подтверждающие работоспособность системы.
Частота измерений согласно важности или величине движения.
Перемещается ли вся наблюдаемая область ?
Подтверждение смещений (взаимосвязь с другими датчиками и/или измерениями).
Архивирование для выходных документов.

Какими средствами производят измерения?

В мониторинге могут использоваться множество различных средств данных: геодезические (TPS, GPS, Дальномеры, Датчики наклона) и геотехнические (Акселерометры, Тензометры, трещеномеры и мн.др.) и другие средства наблюдений (метеодатчики, видеокамеры). В результате обработки геодезических измерений можно получить информация о текущем состоянии объекта в виде значений деформации, смещений и отклонений от проектного или его предыдущего состояния. Геотехнические средства позволяют фиксировать другие параметры, которые могут быть проанализированы совместно с результатам геодезических измерений для выяснения корреляции и причин изменения состояния объекта.

TPS для получения координат XYZ – эффективное покрытие территории.
GPS для получения координат XYZ – стратегическое определение местоположения.
Температура, давление дают возможность ввода атмосферной коррекции измеренных расстояний TPS (± 10°C ~ ± 10 мм / 1000 м).
Геотехнические датчики дают информацию о поведении грунтов, относительных смещениях, и т.д. (например, пьезометры, экстенсометры, трещинометры, т.д.).
Высотомеры, наклономеры и инклинометры.
Современные технологии мониторинга применяют комбинации из датчиков.

Системы автоматизированного деформационного мониторинга

Системы точного позиционирования