CC BY
74
УДК 528.2:629.78
АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОГНОЗНОЙ МОДЕЛИ ДИНАМИКИ ВАНТОВЫХ МОСТОВ ПО ДАННЫМ ГНСС-МОНИТОРИНГА
Борис Тимофеевич Мазуров
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
Фавзи Хамед Зарзура
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, аспирант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (965)823-81-89, e-mail: [email protected]
Самира Хассанеин Ахмед
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистрант кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (953)761-82-16, e-mail: [email protected]
Мосты являются важными транспортными узлами. которые испытывают нагрузки разного вида: от движущегося транспорта, ветра, высоких или низких температур и т.п. Для обеспечения эксплуатационной безопасности мостов желательным является непрерывный процесс наблюдения - мониторинг смещений. В настоящее время являются востребованными ГНСС-технологии. В статье приведены результаты исследований по разработке алгоритмов выбора прогнозных моделей смещений вантовых мостов, как кинематических, так и динамических по результатам мониторинга.
Ключевые слова: мониторинг, ГНСС, вантовые мосты, прогноз, кинематические и динамические модели смещений.
ALGORITHM FOR DETERMINING A PREDICTIVE MODEL OF THE DYNAMICS STAYED BRIDGE ACCORDING GNSS-MONITORING
Boris T. Mazurov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, Ph. D., Prof. of Department of physical geodesy and remote sensing, tel. (383)343-29-11, e-mail: btmazurov@mail .ru
Fawzi H. Zarzoura
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, gradual student, tel. (965)823-81-89, e-mail: [email protected]
Samira H. Ahmed
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo, Msc student, tel. (953)761-82-16, e-mail: [email protected]
Bridges are important transport hubs. Experiencing different types of loads from moving traffic, wind, high or low temperatures, etc. To ensure the operational safety of bridges is desirable continuous process monitoring - monitoring of displacements. At the present time are in demand
GNSS technology. The paper presents the results of studies on the development of algorithms for the selection of predictive models displacements cable-stayed bridges, both kinematic and dynamic monitoring results.
Key words: monitoring, GNSS, cable-stayed bridge, forecast, kinematic and dynamic models of displacement.
Быстрота постройки вантовых мостов и их экономичность в сравнении с традиционными мостами на опорах все же сопровождается ограниченностью их использования. Например, невозможным является передвижение железнодорожного транспорта и т.п. На изменение положения характерных конструктивных элементов моста значимо влияет транспортная нагрузка, температура и ветер. Неизбежно возникает задача обеспечения безопасности вантовых мостов при их эксплуатации в условиях разнообразных внешних и климатических воздействий. Мосты относятся к локальным геодинамическим системам. Важным является обоснованное статистическое создание прогнозных моделей для таких объектов [1]. Идентификация движений природных объектов [2-5] и напряженно-деформированного состояния сооружений и объектов инженерной геодинамики [6, 7] имеет важное практическое значение при решении задач проектирования и эксплуатации, при определении допустимых нагрузок и других задачах. Сопутствующие технологические приемы визуализации позволяют более обоснованно выполнять экспертную оценку выявляемых моделей смещений и деформаций [8-10].
В качестве основного средства мониторинга в настоящее время следует рассматривать спутниковые геодезические приемники, поскольку они обладают возможностью непрерывного выполнения измерений вне зависимости от погодных условий. В работах [11, 12] дано описание использования ГНСС-технологий, как технологической основы мониторинга. Важным результатом использования ГНСС-технологий для мониторинга различных природно-технических систем является возможность прогноза их поведения. Однако, поиск достоверных прогнозных моделей зачастую осложняется значимым влиянием различных факторов окружающей среды не только на наблюдения, но и на сам объект. Нами выполнен анализ этих влияний на динамику подвесного моста с использованием реальных экспериментальных данных ГНСС за год. Объектом исследований был вантовый мост Хуанпу (Китай). Сравнивались различные методы аппроксимации - степенные полиномы, сплайны и др.
Например, использовались классические формулы регрессии y = а + Ъхха + b2x2 +... + bkxik + e (i = 1,2,..., n),
F (x) = a1 + a2F + a3W + a4T + a5H.
F(x) = a1 + a2F + a3W + a4T + a5H + a6F ■ W + a7F ■ T + a8F ■ H + a9W • T +
+ a10W ■ H + a11H ■ T + a12F2 + a13W2 + alAT2 + a15H2. где F - нагрузка машин на моста в данный момент времени (тонн);
W - скорость ветра (м/с); T - температура (С0); H - влажность (%).
Для этих формул были получены математические уравнения связи смещений в см с некоторыми метеорологическими факторами (ветром, температурой, влажностью) и транспортной нагрузкой.
Был применен метод ИНС - искусственной нейронной сети (рис. 1).
Рис. 1. Искусственная нейронная сеть
Для данного реального объекта именно этот метод оказался наиболее применимым к прогнозированию. Выполнена реализация алгоритма выбора прогнозных моделей, как кинематических, так и динамических, в системе программирования МАТЬАВ. Результаты прогнозирования для х- смещений (рис. 2) подтверждают наилучшее прогнозирование с использованием ИНС.
Линейного уравнения
Многочлена второй степени
Нейронной сети (к)
Многочлена четвертой степени
координат * Реальные данные (*) * Оценка
Обучение Прогнс « з •
500 1000 15Ш 2000 2500 3000
Кубического сплайна
Нейронной сети (д)
Метода регрессии формула (2)
Метода регрессии формула (1)
Рис. 2. Результаты прогнозирования для х- смещений
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Зарзура Ф. Х., Мазуров Б. Т., ЭссаиАли М. Х. Прогнозные Модели динамики Байтовых мостов по данным ГНСС // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2014. - № 4С. -С.40-44.
2. Мазуров Б. Т. Модель системы наблюдений за вертикальными движениями земной поверхности и изменениями гравитационного поля в районе действующего вулкана // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2007. - № 3. - С. 93-102.
3. Мазуров Б. Т. Совместная математическая обработка и интерпретация нивелирных и гравиметрических наблюдений за вертикальными движениями земной поверхности и изменениями гравитационного поля в районе действующего вулкана // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2007. - № 4. - С. 11-20.
4. Мазуров Б. Т. Совместная математическая обработка разнородных комплексных геодезических и геофизических наблюдений // Изв. вузов. Горный журнал. - 2007. - № 6. -С. 30-39.
5. Мазуров Б. Т. Идентификация напряженно-деформированного состояния вулканической области по результатам геодезических и геофизических наблюдений // Изв. вузов. Горный журнал. - 2007. - № 7. - С. 58-62.
6. Крамаренко А. А. Математическое обеспечение идентификации движений и напряженно-деформированного состояния сооружений и объектов инженерной геодинамики по геодезическим наблюдениям // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2005. - № 5. -С. 3-13.
7. Крамаренко А. А., Мазуров Б. Т., Панкрушин В. К. Вычислительный эксперимент идентификации движений и напряженно-деформированного состояния сооружений и объектов инженерной геодинамики по геодезическим наблюдениям // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2005. - № 6. - С. 3-14.
8. Мазуров Б. Т. Компьютерная визуализация полей смещений и деформаций // Геодезия и картография. - 2007. - № 4. - С. 51-55.
9. Мазуров Б. Т. Поля деформаций Горного Алтая перед Чуйским землетрясением Компьютерная визуализация полей смещений и деформаций // Геодезия и картография. -2007. - № 3. - С. 48-50.
10. Мазуров Б. Т., Дорогова И. Е., Дербенев К. В. Горизонтальные движения земной коры вращательного характера, наблюдаемые на геодинамических полигонах // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 232-236.
11. Зарзура Ф. Х., Мазуров Б. Т. Исследование кодовых и фазовых дифференциальных ГНСС и систем WADGPS и OMNISTAR // Геодезия и картография. - 2013. - № 7. -С. 2-4.
12. Зарзура Ф. Х., Мазуров Б. Т. Повышение точности дифференциальной GPS и кинематики реального времени для GPS-сетей // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т.1. - C. 200-205.
© Б. Т. Мазуров, Ф. Х. Зарзура, С. Х. Ахмед, 2015
