CC BY
288
ДЕФОРМАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ИНЖЕНЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ КАК СОСТАВНАЯ ЧАСТЬ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
Жанна Анатольевна Хорошилова
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.
Плахотного, д. 10, старший преподаватель кафедры инженерной геодезии и
информационных систем, тел. 8-383-343-29-55.
Валерий Степанович Хорошилов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, г. Новосибирск, ул.
Плахотного, д. 10, зав. кафедрой высшей геодезии, тел. 8-383-343-29-11, е-mail:
khoroshilovvs@mail.ru
В статье рассмотрены вопросы деформационного мониторинга инженерных объектов при изучении качественных изменений наблюдаемых деформационных процессов контролируемых зданий и сооружений, и возможности создания на данной основе геоинформационных систем деформационного мониторинга.
Ключевые слова: деформационный мониторинг, прогнозирование,
геоинформационные системы.
ENGINEERING STRUCTURES DEFORMATION MONITORING AS A COMPONENT OF GEODETIC MONITORING
Zhanna A. Khoroshilova
Senior lecturer, department of engineering surveying and GIS, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo st., 630108, Novosibirsk, phone: 8-383-343-29-55
Valery S. Khoroshilov
Head of advanced geodesy department, Siberian State Academy of Geodesy, 10 Plakhotnogo st., 630108, Novosibirsk, phone: 8-383-343-29-11, е-mail: khoroshilovvs@mail.ru
The problems of engineering structures deformation monitoring are considered as regards the research of deformation processes qualitative changes in buildings and structures under study. The possibility of deformation monitoring based on the given GIS is analyzed.
Key words: deformation monitoring, forecast, GIS
Нормативное толкование системы мониторинга [1] определяется тремя ключевыми составляющими: наблюдение, оценка и прогноз. Прогноз является наиболее сложной вероятностной составляющей и нередко отсутствует в мониторинговых исследованиях, а в последнее время стал даже рассматриваться отдельно от них. В практике под мониторингом часто понимают периодические режимные наблюдения за объектом исследования, которые сопровождаются в различной мере анализом, интерпретаций результатов наблюдений и вытекающей из этого оценкой состояния
контролируемого объекта. Отметим при этом, что прогнозирование возможных изменений признаков и параметров нарушений состояния контролируемого объекта (как одна из основных составляющих геодезического мониторинга) позволяет заблаговременно выбирать методы и средства упреждающих воздействий для предотвращения или ослабления неблагоприятных последствий. Возможно распространение такого геодезического мониторинга и на другие виды деформационных процессов при условии выполнения математического моделирования с учётом особенностей природы их развития.
В работах [2,3] изложены методологические основы геодезического мониторинга, показаны его возможные разновидности, формы и уровни полноты. Они выражаются в комплексности геодезических и других натурных наблюдений, в грамотном структурно-функциональном анализе условий возникновения и развития исследуемых процессов, в обеспечении необходимой пространственно-временной достаточности и измерительной точности наблюдений, в корректном математическом моделировании, включающем прогнозирование процессов, контролируемых геодезическими методами.
Деформационный мониторинг на сегодняшнем этапе развития - это неотъемлемая часть геодезического мониторинга для обеспечения безопасности инженерных объектов. Результаты правильно организованных комплексных натурных наблюдений отражают количественную динамику влияния воздействующих факторов и качественные изменения состояния инженерного объекта. И если целью геодезического мониторинга является своевременное выявление критичных величин деформаций, установление причин их возникновения, то деформационный мониторинг решает задачи сбора, учёта, регистрации, хранения и обработки результатов наблюдений за деформациями инженерных объектов, прогнозирование их развития, выработки и принятие мер для устранения нежелательных процессов, разработки рекомендаций по ведению соответствующих мероприятий для предотвращения критических деформаций и т.д.
На сегодняшний день задачи геодезического мониторинга инженерных объектов и анализа деформаций являются наиболее сложными в геодезической отрасли, так как часто требуют максимальной точности измерений, автоматизации процесса наблюдений, максимальной надежности геодезических приборов и оборудования, наличия чрезвычайно гибких инструментов обработки и анализа данных.
Для отдельно взятого инженерного объекта геодезические наблюдения решали и решают задачу изучения пространственно-временных процессов состояния объекта и отдельных его частей. Результаты геодезических измерений и наблюдений на всех стадиях жизненного цикла инженерных объектов (съемочные, трассировочные и разбивочные работы, исполнительные съемки, наблюдения за осадками и деформациями и т.д.) являются исходной основой для создания комплексной системы отображения результатов наблюдений за инженерным объектом, включая сбор, обработку, учёт, регистрацию, хранение и обновление информационных ресурсов. Нужно только сохранять, накапливать и систематизировать в геоинформационной системе
деформационного мониторинга результаты всех выполняющихся на исследуемых объектах видов наблюдений в виде разнообразных баз данных.
Комплексный подход к решению задач мониторинга предполагает, как оценку состояния инженерного объекта (обработка результатов геодезических наблюдений и получение количественных характеристик изменения состояния сооружения и его отдельных частей), так и определение прогнозных характеристик в виде построения различных моделей осадок и деформаций сооружений по результатам геодезических измерений с привлечением данных геологии грунтовых оснований, климатических, строительных и других данных. В России, как и во всём мире, отсутствует опыт создания подобных ГИС, имеющих базы данных результатов наблюдений за пространственновременным взаимодействием инженерных объектов с геологической и внешней средой. Поэтому создание подобных ГИС деформационного мониторинга на данном этапе просто необходимо в силу многочисленных повторяющихся аварий, как жилых зданий, так и промышленных сооружений. При этом эффективность ГИС повысится, если в её структуре будет, например, создана подсистема базы знаний экспертной системы [4], в которой могут прописаны различные правила выбора тех или иных решений. Эти принимаемые с помощью экспертной системы решения могут быть представлены, например, в следующем виде.
Так прогнозирование [2], как часть математического моделирования (применительно к процессам деформации сооружений) на основе корреляционной теории случайных функций при обеспечении условий статистической однородности моделируемых реализаций процесса, их линейности и нормальности распределения, позволяет оптимально оценивать параметры прогнозных моделей в виде двух первых условных моментных функций по простейшему критерию минимума средней квадратической погрешности; в этом случае находятся наилучшие прогнозы по каждой реализации процесса с предвычислением их точности.
Оценка статистической однородности результатов геодезических измерений при измерении осадок в различных циклах наблюдений с применением в качестве критерия коэффициента вариации осадки позволяет оптимально оценивать деформационные процессы на различных участках фундаментной плиты инженерного сооружения, а полученные экспериментальным путём значения коэффициента вариации осадки [5] позволяют отнести различные инженерные объекты к разным категориям по надёжности как «пригодные к эксплуатации», «пригодные к нормальной эксплуатации» или «непригодные к эксплуатации».
Математическое моделирование прочностных расчётов несущих конструкций инженерных объектов по прогнозным оценкам ожидаемых деформаций даёт возможность определять количественные закономерности развития деформаций однотипных инженерных объектов, возводимых и эксплуатируемых в одинаковых геологических и внешних условиях и прогнозировать их дальнейшее развитие, чтобы своевременно предпринимать профилактические меры по предотвращению аварий и катастроф.
Косвенные характеристики деформаций, такие как пространственная
жесткость ^ сооружения, стандарт осадки Ох (), коэффициент вариации осадки $х (^) и математическое ожидание разности значений осадки симметричных
марок сооружения Ы5 () также отражают реальные особенности развития деформации основания.
Возможность принятия решения с помощью экспертной системы на основе анализа прочностных расчетов, моделирования процесса деформации сооружения, косвенных характеристик деформации - расширяют возможности содержательной интерпретации поведения контролируемых зданий и сооружений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. . ГОСТ Р 22.1.01-95. Мониторинг и прогнозирование. Основные положения.- М.: Изд. стандартов, 1997.- 5с.
2. Гуляев Ю.П. Прогнозирование деформаций сооружений на основе результатов геодезических наблюдений [Текст] / Ю.П. Гуляев. - Новосибирск: СГГА, 2008. - 256 с.
3. Гуляев Ю.П. Задачи экогеологического и деформационного мониторинга [Текст] / Ю.П. Гуляев, А.И. Каленицкий. - Геодезия и картография. - 1996. - № 3, с.49-51.
4. Хорошилов, В.С. О разработке информационной экспертной системы для оптимального геодезического обеспечения инженерных объектов [Текст] / В. С. Хорошилов // М. - Геодезия и картография. - 2008. - № 5. - С.15-19.
5. Гуляев Ю.П. Методика выявления по геодезическим данным степени аварийности высотных зданий и направление повышения эффективности оценки их состояния [Текст] / Ю.П. Гуляев, В.С. Хорошилов, Ю.В. Родионова \\ Сб. матер. науч. конгр. ГЕО-Сибирь-2011, 19-29 апр., т.1.ч.1. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия.- Новосибирск: СГГА.- 2011.- С.66-71.
© Ж.А. Хорошилова, В. С. Хорошилов, 2012
