CC BY
36
УДК 519.873
A.I. С1ДЛЯРЕНКО, асп., Кивський нацюнальний yнiвepситeт iмeнi Тapaсa Шевченка, Кшв
МОДЕЛЬ ОПТИМ1ЗАЦП КОМПЛЕКСУ МЕТОД1В HEP^HreTOro КОНТPОЛЮ ДЛЯ виявлення ПОШКОДЖЕНЬ У ДОPОЖHЬОМУ ПОКPИТТI ТА ПPИОPОЖHIЙ IHФPАСТPУКТУPI
Пoдoлaння пpoблeми якoстi дopoжньoгo no^H-na мoжпивe за yмoв систeмнoгo впpoвaджeння зaсoбiв та мeтoдiв мoнiтopннгy та кoнтpoлю йoгo стaнy. Зaпpoпoнoвaнo мaтeмaтичнy мoдeль задач1 oптнмiзaцiï кoмплeксy мeтoдiв нepyйнiвнoгo кoнтpoлю для внявлeння дeфeктiв (пoшкoджeнь) y дopoжньoмy пoкpнттi та пpидopoжнiй iнфpaстpyктypi. 1л.: 1. Бiблioгp.: 16 назв.
Ключoвi слова: rangera мeтoдiв нepyйнiвнoгo кoнтpoлю, дopoжнe пoкpиття, пpндopoжня iнфpaстpyктypa, oптнмiзaцiя.
Постановка проблеми та aнaлiз лiтерaтури. Тpaнспopт, тpaнспopтнi apтepiï та пpидopoжня iнфpaстpyктypa в poзвинeниx кpaïнax свiтy, як вiдoмo, вiднoситься дo так звaнoï ^m^roi' iнфpaстpyктypи дepжaви [1, 2]. Пpoблeмaми зaбeзпeчeння нopмaльнoгo фyнкцioнyвaння тpaнспopтнoï ^m^TOi' iнфpaстpyктypи e бeзпeкa на тpaнспopтi, бeзпeкa pyxy на мaгiстpaльниx дopoгax та мiнiмiзaцiя дopoжньo-тpaнспopтниx пpигoд (ДТП), зaбeзпeчeння якoстi дopoжнoгo пoлoтнa та стаб№шх' пpoпyскнoï спpoмoжнoстi дopiг, iнфopмaтизaцiя тpaнспopтниx кopидopiв та мepeж aвтoмoбiльниx дopiг piзнoгo пpизнaчeння. Однieю з пpiopитeтниx задач дepжaвнoï цiльoвoï пpoгpaми poзвиткy aвтoмoбiльнoгo тpaнспopтy визначаеться бyдiвництвo пpидopoжньoï iнфpaстpyктypи, пiдвищeння якoстi aвтoмoбiльниx дopiг та зaбeзпeчeння бeзпeки pyxy [3]. Пiдвищeння piвня бeзпeкн за paxyнoк пoдoлaння пpoблeми якoстi дopoжньoгo пoкpиття мoжливe за yмoв систeмнoгo впpoвaджeння зaсoбiв та мeтoдiв мoнiтopингy та кoнтpoлю йoгo стaнy, свoeчaснoгo peмoнтy aвтoдopoжньoгo пoкpиття та спopyд пpидopoжньoï iнфpaстpyктypи, iнфopмaцiйнoгo сyпpoвoджeння ^o^^ пiдтpимкн та пpийняття paцioнaльниx yпpaвлiнськиx piшeнь [4 - б].
Po6o™ нayкoвцiв в oснoвнoмy нaпpaвлeнi на дoслiджeння пpoблeми нepyйнiвнoгo кoнтpoлю oдним мeтoдoм aбo oднieю гpyпoю мeтoдiв [4, 7 - 10]. На^и^ал в [7] пpoпoнyeться викopистoвyвaти для нepyйнiвнoгo кoнтpoлю мoдyль пpyжнoстi, товщини та якoстi yщiльнeння aсфaльтoбeтoннoгo шapy, мeтoд спeктpaльнoгo aнaлiзy пoвepxнeвиx
© А.1. CiArapemo, 2014
хвиль. В якосп шформативно! характеристики за цим методом використовують параметри розповсюдження поверхнево! хвилi Релея, що генеруеться шд дieю тестового iмпульсного навантаження.
В робот [9] розглянуто динамiчнi моделi коливання дорожнього одягу. Дослiджено можливють оцiнки динамiчного модуля конструкцп дороги у формi необмежено! смуги на пружнш основi. Представлена дiагностична таблиця, що встановлюе зв'язок модуля конструкцп i пружних перемiщень пiд дiею рухомого автотранспорту.
Отже, можна зробити висновок, що використання окремих методiв неруйнiвного контролю (МНК) дае певш результати виявлення окремих пошкоджень, i3 сво!ми перевагами та недолiками [5, 11], яш можуть не вщповвдати дiйсному стану об'екта досл1дження через не повне воображения наявних пошкоджень. Разом з тим, наприклад, застосування методiв вiзуального контролю для дорожнього покриття дае можливiсть оперативно виявити поверхневi пошкодження, але не дозволяе визначити руйнування чи деформацiю нижшх шарiв дорожнього одягу, що може стати причиною необ'ективного аналiзу дшянки дороги, а результати усунення таких пошкоджень швидко будуть знiвельованi та повернуть дмнку до попереднього стану або попршать.
Одночасне застосування рiзних за своею природою МНК, як показуе практика !х використання при дослвдженш складних систем, дае можливють значно прискорити та пiдвищити ймовiрнiсть виявлення дефектiв, отримати повну та об'ективну iнформацiю про експлуатацiйний стан i ступiнь вiдповiдностi фактичного стану об'екта контролю, його параметрiв i характеристик вимогам безпеки руху. МНК дозволяють досл1джувати стан елементiв дорожньо! iнфраструктури, не виводячи !х з експлуатаци, а накопиченi статистичнi дат по виявлених пошкодженнях використанi при усуненш пошкоджень та можливих помилок при повторному проведенш контролю [5, 11, 12].
Питання шформатизаци використання МНК в дорожньому господарствi набувае особливо! актуальносп завдяки Державнiй науково-технiчнiй програмi "Ресурс" № 1331 [13] та визначеним Наказом Шнрегюнбуду Украши порядком проведення технiчного обстеження будiвельних конструкцiй та iнженерних мереж [14].
В робот пропонуеться комплексувати рiзнотипнi МНК, наприклад так1 як грунтопроникаючий радар, метод ультразвукових хвиль, ударного iмпульсу, метод вiдриву зi сколюванням та iн., для визначення оптимального комплексу МНК.
Мета статт - розробити математичну оптимiзацiйну модель комплексування рiзнотипних МНК для виявлення комбiнацiй пошкоджень у дорожних покриттях та придорожнш iнфраструктурi.
Постановка задачi формування комплексу рiзнотипних МНК.
Нехай H = {hj, i е I = {1,2,...,i }} - ск1нчена множина типiв пошкоджень (дефектiв), як1 можливi на дiлянках дорожнього покриття та елементах дорожньо! iнфраструктури (мiст, шляхопровщ тунель тощо), де I -множина iндексiв типiв пошкоджень. Пошкодження h е H характеризуються рiзними показниками такими, як, наприклад, геометричш показники (глибина та довжина трщини, рiвнiсть дорожнього одягу), важк1сть усунення, можливiсть скоення ДТП та ш. [5].
Для дiагностики пошкоджень h е H використовуються рiзнi МНК або !х типи (способи реатзацп МНК), як1 характеризуються рiзними ймовiрностями виявлення пошкоджень та витрат ресурав. Наприклад, як1сть проведення вiзуального контролю залежить вiд рiвня пiдготовки спещатспв, як1 можуть оцiнити ступiнь пошкодженосп верхнього шару дорожнього покриття, нерiвностi дорожнього покриття та елементiв конструкцш штучних споруд, як1сть асфальтобетону та ш. Такий МНК можна вважати найоператившшим та найдешевшим порiвняно з шшими, як1 потребують тривалих лабораторних дослщжень та коштовно! спецтехнiки. Ще одним типом буде монiторинг стану дорожнього покриття та елеменпв дорожньо! шфраструктури за допомогою космiчних систем, але вiн також потребуе додаткового техшчного оснащення та навчання персоналу.
Позначимо Mj = {mjk} - множину МНК j-го типу, де j е J -
множина iндексiв типiв МНК, к е Kj с K - множина iндексiв
модифiкацiй (способiв реалiзацil) типiв МНК. На рис 1. зображена спрощена схема взаемозв'язку рiзнотипних МНК для виявлення деякого пошкодження h е H .
Позначимо pfaß) - апрiорне значення ймовiрностi виявлення
пошкодження методом т]к. Значення ймовiрностей p(mjk) виявлення
рiзних типiв пошкоджень задаються в технiчнiй документац^' приладiв, визначаються на основi експериментальних дослiджень, або вiдомi з аналогiчних дослiджень. Множина R альтернативних технологiй
виявлення пошкодження И е Н , , е I комплексом МНК задаеться наступним чином:
К = {г1 = {А,..., Д},..., г? = {¿',..., ? }} ,
1
■1 -1 ? ? т
л,,...,А ,...,е3 1,
1 я
де елементами множини Кг е сполучення iндексiв А,...,А е3 с3 множин М^ ,...,Му- рiзнотипних МНК, яш задають фшсовану
технологш виявлення пошкоджень. Таким чином, сполучення Г = {А,...,А}еК - це фiксована технолопя виявлення пошкодження И е Н, в якш задiянi певш типи МНК, i яка враховуе як специфшу дiлянки, яка дослщжуеться, так i прилади, як1 застосовуються для проведення неруйнiвного контролю та можливосп 1х спiльного використання.
Рис. 1. Схема способу побудови комплексу МНК
Кожна технолопя г е К представляеться можливими варiантами типiв МНК (комплексом МНК) гг = (т^^,...,т) к) = (т]к)¡щ , який застосовуеться для виявлення пошкодження И е Н .
Множина = ^ М ■ - множина можливих варiантiв уг. реалiзацil
е
технологи /; е Щ ; I) = I - множина вах альтернативних
комплекав МНК для виявлення пошкодження h е H ; V = nV -
iGl
множина альтернативних комплексiв МНК
V = (v, ,..., vn ,..., vrt) = (v, )iGl , vn G Vi, i G I, v gV = nvi для виявлення
i ' iGl
всiх пошкоджень h g H .
Iмовiрнiсть невиникнення аваршно! ситуацп в об'ектах контролю пiсля виявлення i усунення пошкодження h g H визначаеться так [15]
P (p(vr,)) = 1- p(vn ) , (1)
де p(vr) = 1 — П (1 - p(mjk)) - iмовiрнiсть виявлення пошкодження
jGJi
h g H при застосуванш комплекту v для технологи , .
Якщо розглядати задачу виявлення одночасно всiх пошкоджень з множини пошкоджень H i припустити, що h g H вiдомi та для ix виявлення використовуються рiзнi комплекти v g V, то (1) виглядатиме
PH (v) = П p(vn ) . (2)
iGl
Значення PH (v) е нижньою оцiнкою iмовiрностi виявлення множини пошкоджень H i може використовуватись як критерш при виборi МНК для одночасного виявлення вах пошкоджень h g H.
Нехай на реалiзацiю методiв неруйшвного контролю (закупку приладiв, розробку методологи, навчання людей тощо) видiлено кошти у розмiрi C0, тодi задача формування комплексу МНК матиме вигляд:
PH (v) =Пp(vn) ^ max, (3)
iGl
с(v) = (vn) <C0 , (4)
iGl jGj
v = (vn )'gi , v, = (mjk,...,mjk)e V-, k e Kj с K, v gV = nV, (5)
iGl
де Cji - обсяг фiнансування, що необхвдний для реалiзацil варiанту v .
Задача (3) - (5) е задачею дискретного програмування з багатьма обмеженнями, для розв'язання яко! можуть використовуватись алгоритми послвдовного аналiзу варiантiв та наближеш методи [16]. Результатом розв'язку задачi е комплекс рiзнотипниx МНК
% % % % %
V = (v*,...,v*,...,v*(), де v* = (mji,...,m^), значення pecypciB C(v ) та
«
значення ймовфносп PH (v ).
Наприклад, розглянемо мостову конструкцш. Об'ектами, до яких будуть застосованi МНК будуть асфальтобетон, затзобетонш констрyкцiï, мiсця сварки, iншi складовi. Для виявлення множини пошкоджень H в мостовiй констрyкцiï можемо використовувати радiохвильовi МНК ( MY = {mlk }, к е K ), акyстичнi МНК (M2 = {т2к}, к е K2), методи радюскопи (M3 = {т3к}, к е K3 ), методи вiзyального контролю (M4 = {т4к}, к е K4). Тодi у резyльтатi розв'язку цieï задачi кожний комплект v* матиме вигляд v* = (mlt], , , m« ), де к1 е K1 ç K, к2 е K2 ç K, к3 е K3 ç K, к4 е K4 ç K - вибраш к -тi модифшацп вiдповiдних МНК для виявлення i -го дефекту.
Способи удосконалення моделi можуть бути отриманi шляхом додатковоï оцiнки критичностi дефектiв та критичносп частин констрyкцiï, на як1й застосовуються МНК, або шляхом спрощення вибору комплексу МНК для окремих частин конструкци, що не потребують комплексного тдходу.
Висновки. Розглянута постановка задачi нерyйнiвного контролю полягае в виборi МНК у випадку, коли необхвдно виявити одночасно всю множину пошкоджень H . Оцшкою якостi виявлення пошкоджень е показник Рн (v), який сформований у критерп (2).
Iнформацiя про пошкодження та 1'х розташування е вх1дними даними для баз даних та систем прийняття рiшень iнформацiйного супроводження даних об'екпв.
Список л1тератури: 1. Uniting and strengthening America by providing appropriate tools required to intercept and obstruct terrorism (USA PATRIOT ACT, 2001). - Режим доступу: http://frwebgate.access.gpo.gov/ (27.02.13). - Назва з екрану. 2. European programme for critical infrastructure protection (COM/2006/786 final). - Режим доступу: http://eur-lex.europa.eu/ (05.03.13). - Назва з екрану. 3. ПрейгерД.К. Реал1защя потенщалу транспортно!' шфраструктури Украши в стратеги посткризового економ1чного розвитку / Д.К. Прейгер, О.В. Собкевич, О.Ю. Емельянова. - К.: Н1СД, 2011. - 37 с. 4. Семеген М.М. Визначення напружено-деформованого стану трубопровод1в на ремонтних дшянках / М.М. Семеген, З.П. Лютак // Методи та приклади контролю якостг - 1вано-Франювськ: 1ФНТУНГ, 2008. - № 21 - С. 43-47. 5. Non-destructive measurement of pavement layer thickness. Final report. - California Department of transportation, 2003. - 108 p. 6. Бiрюков Д.С. Розвиток i впровадження шформацшно-аналгтичного забезпечення в сфер1 керування автодорожшм господарством регюшв /Д.С. Бiрюков, В.А. Заславський, А.1. &дляренко // Вюник Схщноукрашського нащонально ушверситету iменi Володимира Даля. -Луганськ, 2012. - N° 8 (179). - Ч.2. - С. 10-16. 7. Юяшко 1.В. Контроль якост влаштування
асфальтобетонних шарiв дорожнього одягу неруйнiвним методом / 1.В. Шяшко, Д.М. Новаковский, О.Ю. Пархоменко // Автошляховик Украши. - 2009. - № 5. - С. 32-34. 8. Овчинников С.Л. Об обратной задаче волновой диагностики дорожных покритий / С.Л. Овчинников, С.Ю. Романов // Труды международной научной конференции "Параллельные вычислительные технологи" (ПаВТ'2009). - ЮУрГУ, Челябинск, 2009 -С. 624-630. 9. Кычкин В.И. Неразрушающий динамический метод контроля дорожных одежд / В.И. Кычкин, В.С. Юшков // Интернет-журнал "Науковедение". - М.: 2013. - № 1 (14). - Режим доступа: http://naukovedenie.ru/sbornik14/34tvn113.pdf. 10. Макачев А.Ю. Оценка технического состояния улично-дорожной сети городов адеструктивными методами / А.Ю. Макачев, Н.А. Лушников // Научно-технический сборник "Коммунальное хозяйство городов". Серия "Технические науки". - Харьков, 2003. - Вып.49. - С. 334-337. 11. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник / Под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1995. - 488 с. 12. Заславский В.А. Роль и место методов неразрушающего контроля для обеспечения надежности и долговечности сложных систем с высокой ценой отказа / В.А. Заславский, И.Н. Каденко // Неразрушающий контроль. -1999. - № 1. - С. 15-22. 13. Постанова Кабшету Мшс^в Украши вщ 08.10.2004 р. №1331 "Про затвердження Державно! науково-техшчно! програми "Ресурс". - Режим доступу: http://uazakon.com/document/fpart61/idx61712.htm (04.02.13). - Назва з екрану.
14. Наказ Мшютерства репонального розвитку, будiвництва та житлово-комунального господарства вщ 24.06.2011 р. №91 "Про затвердження Порядку прийняття в експлуатащю шдивщуальних (садибних) житлових будинюв, садових, дачних будинюв, господарських (присадибних) будiвель i споруд, прибудов до них, громадських будинюв I та II категорш складносп, яю збудоваш без дозволу на виконання будiвельних робгг, i проведення техшчного обстеження !х будiвельних конструкцш та шженерних мереж". - Режим доступу: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/z0830-11 (06.03.13). - Назва з екрану.
15. Девис Д. Вычислительные сети и сетевые протоколы / Д. Девис, Д. Барбер, Ч. Прайс, С. Соломодинес. - М.: Мир, 1982. - 562 с. 16. Волкович В.Л. Модели и методы оптимизации надежности сложных систем / В.Л. Волкович, А.Ф. Волошин, В.А. Заславский, И.А. Ушаков. - К.: Наук. думка, 1993. - 312 с.
Bibliography (transliterated): 1. Uniting and strengthening America by providing appropriate tools required to intercept and obstruct terrorism (USA PATRIOT ACT, 2001). - Rezhim dostupu: http://frwebgate.access.gpo.gov/ (27.02.13). - Nazva z ekranu. 2. European programme for critical infrastructure protection (C0M/2006/786 final). - Rezhim dostupu: http://eur-lex.europa.eu/ (05.03.13). - Nazva z ekranu. 3. PrejgerD.K. Realizacija potencialu transportnoi infrastrukturi Ukraini v strategii postkrizovogo ekonomichnogo rozvitku / D.K. Prejger, O.V. Sobkevich, O.Ju. Gmel'janova. - K.: NISD, 2011. - 37 s. 4. Semegen M.M. Viznachennja napruzheno-deformovanogo stanu truboprovodiv na remontnih diljankah / M.M. Semegen, Z.P. Ljutak // Metodi ta prikladi kontrolju jakosti. - Ivano-Frankivs'k: IFNTUNG, 2008. - № 21 - S. 43-47. 5. Non-destructive measurement of pavement layer thickness. Final report. -California Department of transportation, 2003. - 108 p. 6. Birjukov D.S. Rozvitok i vprovadzhennja informacijno-analitichnogo zabezpechennja v sferi keruvannja avtodorozhnim gospodarstvom regioniv / D.S. Birjukov, V.A. Zaslavs'kij, A.I. Sidljarenko // Visnik Shidnoukrains'kogo nacional'no universitetu imeni Volodimira Dalja. - Lugans'k, 2012. - № 8 (179). - Ch.2. - S. 10-16. 7. Kijashko I. V. Kontrol' jakosti vlashtuvannja asfal'tobetonnih shariv dorozhn'ogo odjagu nerujnivnim metodom / I.V. Kijashko, D.M. Novakovskij, O.Ju. Parhomenko // Avtoshljahovik Ukraini. - 2009. - № 5. - S. 32-34. 8. Ovchinnikov S.L. Ob obratnoj zadache volnovoj diagnostiki dorozhnyh pokritij / S.L. Ovchinnikov, SJu. Romanov // Trudy mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii "Parallel'nye vychislitel'nye tehnologi" (PaVT'2009). -JuUrGU, Cheljabinsk, 2009 - S. 624-630. 9. Kychkin V.l. Nerazrushajushhij dinamicheskij metod kontrolja dorozhnyh odezhd / V.l. Kychkin, V.S. Jushkov // Internet-zhurnal
"Naukovedenie". - M.: 2013. - № 1 (14). - Rezhim dostupa: http://naukovedenie.ru/sbornik14/34tvn113.pdf. 10. Makachev A.Ju. Ocenka tehnicheskogo sostojanija ulichno-dorozhnoj seti gorodov adestruktivnymi metodami / A.Ju. Makachev, N.A. Lushnikov // Nauchno-tehnicheskij sbornik "Kommunal'noe hozjajstvo gorodov". Serija "Tehnicheskie nauki". - Har'kov, 2003. - Vyp.49. - S. 334-337. 11. Nerazrushajushhij kontrol' i diagnostika. Spravochnik / Pod red. V.V. Kljueva. - M.: Mashinostroenie, 1995. - 488 s. 12. Zaslavskij V.A. Rol' i mesto metodov nerazrushajushhego kontrolja dlja obespechenija nadezhnosti i dolgovechnosti slozhnyh sistem s vysokoj cenoj otkaza / VA. Zaslavskij, I.N. Kadenko // Nerazrushajushhij kontrol'. - 1999. - № 1. - S. 15-22. 13. Postanova Kabinetu Ministriv Ukraüni vid 08.10.2004 r. № 1331 "Pro zatverdzhennja Derzhavnoï naukovo-tehnichnoï programi "Resurs". - Rezhim dostupu: http://uazakon.com/document/fpart61/idx61712.htm (04.02.13). - Nazva z ekranu. 14. Nakaz Ministerstva regional'nogo rozvitku, budivnictva ta zhitlovo-komunal'nogo gospodarstva vid 24.06.2011 r. № 91 "Pro zatverdzhennja Porjadku prijnjattja v ekspluataciju individual'nih (sadibnih) zhitlovih budinkiv, sadovih, dachnih budinkiv, gospodars'kih (prisadibnih) budivel' i sporud, pribudov do nih, gromads'kih budinkiv I ta II kategorij skladnosti, jaki zbudovani bez dozvolu na vikonannja budivel'nih robit, i provedennja tehnichnogo obstezhennja ïh budivel'nih konstrukcij ta inzhenernih merezh". -Rezhim dostupu: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/z0830-11 (06.03.13). - Nazva z ekranu. 15. Devis D. Vychislitel'nye seti i setevye protokoly / D. Devis, D. Barber, Ch. Prajs, S. Solomodines. - M.: Mir, 1982. - 562 s. 16. Volkovich V.L. Modeli i metody optimizacii nadezhnosti slozhnyh sistem / V.L. Volkovich, A.F. Voloshin, V.A. Zaslavskij, I.A. Ushakov. - K.: Nauk. dumka, 1993. - 312 s.
Статью представил д-р техн. наук, проф. кафедри математично! тформатики Кшвського нацюнального утверситету iM. Тараса Шевечнка Заславський В.А.
Надтшла (received) 25.03.2014
Sidliarenko Andrii, Lead Engineer
Taras Shevchenko national university of Kyiv
Str. Volodymyrska, 60, Kyiv, Ukraine, 01601
Tel.: (050) 380-59-87, e-mail: sidljarenko@gmail.com
ORCID ID: 0000-0002-5130-7657
