CC BY
70
УДК 528. 004
В.А. Середович, С.С. Студенков, Г.Н. Ткачева СГГ А, Новосибирск
ОПЫТ СОЗДАНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ СИСТЕМ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ДЕФОРМАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ИНЖЕНЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ
Одновременно с возведением крупных промышленных сооружений, таких как, плотины ГЭС, здания и сооружения АЭС, ГРЭС, ТЭЦ, физические ускорители, тоннели, шахты, мосты, ангары, башни, и т. д., (далее по тексту -инженерные объекты), естественно, возникает необходимость контроля за их поведением. Аномальные явления в их работе обнаруживаются натурными наблюдениями (на каждом объекте - в соответствии с утвержденной программой), как визуальными, так и с помощью контрольно-измерительной аппаратуры (КИА) [1]. Крупные инженерные объекты оснащены стационарной КИА - прямые и обратные отвесы, горизонтальные струнные створы, гидронивелиры, щелемеры, и т. д. (в зависимости от конструктивных особенностей), с помощью которой осуществляется традиционные геодезические наблюдения. Однако, предъявляемые к такому классу инженерных объектов требования к надежности, с точки зрения промышленной безопасности и сроков эксплуатации ставят перед научнотехническим персоналом отрасли задачу по созданию технических средств, обеспечивающих непрерывный во времени контроль за поведением как самих сооружений, так и их оснований. Усугубляющим фактором во многих регионах страны является пересмотр уровня сейсмической активности в сторону его повышения и длительный сроки эксплуатации инженерных объектов.
Вне всякого сомнения, что возведение и благополучная эксплуатация любого инженерного объекта имеет огромное экологическое и экономическое значение для многих регионов страны с точки зрения промышленной безопасности [2]. Решающую роль в предупреждении или значительном уменьшении последствий экологических катастроф играет прогнозирование процессов, которое невозможно без предварительно созданного информационного поля, основным фактором в создании которого является автоматизация процессов измерения, сбора, хранения, поиска, обработки и анализа первичных данных. Возникший, как эксперимент в конце XX века, мониторинг в области геодезического контроля [3] обрел свои ясные очертания к концу 90-х годов, когда небывалый научно-технический прогресс в области создания компьютерной техники, новая элементная база в электронике, широкий спектр возможностей в программировании позволили перевести в практическую плоскость разработку и создание стационарных автоматизированных систем геодезического контроля планово-высотных смещений элементов инженерных сооружений. Такой технологический и методологический подход к натурным наблюдениям, в частности -
геодезическим, позволил выйти на качественно новый, невозможный традиционными способами уровень сбора геодезической информации, а именно:
- Возможность единовременного опроса большого количества датчиков, интегрированных с геодезической КИА, т е. Получение информации в режиме реального времени, для принятия превентивных мер безопасности в аварийных ситуациях;
- Исключение или минимизация влияния человеческого фактора при геодезических наблюдениях, снижающих получение ошибочных данных;
- Анализ полученной информации с возможностью построения модели статической и динамической работы сооружения и его взаимодействия с окружающей средой;
- Использование получаемой геодезической информации при разработке комплексной системы оценок риска возникновения аномальных геодинамических процессов в районе строительства или эксплуатации инженерных сооружений;
Под системой автоматизированного геодезического контроля элементов сооружений (далее по тексту - система) подразумевается полный комплекс организационно-технических и методологических решений, а также программно- технических средств, включающий следующие этапы:
- Разработку технорабочего проекта для решения конкретных задач Заказчика с рекомендациями по выбору оборудования и программного обеспечения;
- Разработку (при необходимости) или применение стандартных технических средств, которые устанавливаются на существующую КИА без разрушения сложившиеся традиционных средств и систем контроля;
- Разработку специального прикладного программного обеспечения для конкретных задач;
- Монтаж, наладку технических средств, настройку и метрологическую аттестацию аппаратной и программной частей системы;
- Обучение технического персонала Заказчика;
- Авторское сопровождение системы на срок, согласованный с Заказчиком.
Структурно, с точки зрения используемых типов геодезической КИА и очередности ввода в эксплуатацию, система подразделяется на подсистемы: обратные отвесы, прямые отвесы, горизонтальные створы, щелемеры, гидростатические нивелиры и т. д. (рис. 1) В состав комплекса технических средств входят измерительные преобразователи, линии связи, управляющий вычислительный комплекс (промышленный компьютер и устройства связи с объектом). Комплекс технических средств организован таким образом, что позволяет выбранной номенклатурой реализовать наибольшее число функций системы при помощи серийных изделий, минимизировать состав
дополнительно разрабатываемой аппаратуры и суммарную длину линий связи, обеспечить необходимую точность и помехозащищенность системы при ее эксплуатации на объекте.
Математическое обеспечение системы представляет собой набор моделей и алгоритмов, объединяющих технические средства в единый комплекс с высокой степенью надежности, предназначенный для работы в реальном масштабе времени. Математическое обеспечение реализует автоматический ввод информации с датчиков, обработку входной информации, предварительную интерпретацию результатов измерений в цифровом виде, формирование и вывод выходной информации в любой форме документов, удобных пользователю.
Рис. 1. Структурная схема системы автоматизированного геодезического
контроля элементов сооружений:
1 - пульт оператора; 2 - сервер; 3 - магистральный преобразователь; 4 -контроллер; 5 - датчики (отвесы, струнный створ, щелемеры, гидронивелиры); 6 - линии связи
Автоматический ввод информации с датчиков реализуется организацией входного интерфейса системы путем формирования на адресных и служебных шинах интерфейса определенных комбинаций сигналов и вводом в ПК информации с шин цифрового сигнала, а также диагностикой технических средств с локализацией обнаруженных неисправностей. Математическая обработка входной информации включает цифровое преобразование аналоговых сигналов датчиков линейных смещений, вычисление смещений и смещений контрольных точек из уравнивания геодезических сетей, регистрацию результатов математической обработки на машинных носителях. В предварительную интерпретацию результатов измерений входят краткосрочный прогноз развития деформаций, сравнение результатов прогноза с предельно допустимыми нормами смещений, определение срока выполнения следующего цикла измерений.
Специальное программное обеспечение (СПО) системы в виде модульной структуры является машинной реализацией информационного и математического обеспечения. Разработка модулей СПО, осуществляющих в основном сложные вычислительные алгоритмы, выполнена с применением алгоритмического языка, а модулей, реализующих операции управления и преобразования, - с использованием машинно-ориентированного языка.
Опыт создания таких систем на Саяно-Шушенской ГЭС и других инженерных объектах, а также возможности современного технического конструирования позволил в короткие сроки провести в научнопроизводственном центре геодезических систем и технологий СГГА (НПЦ ИГСиТ СГГА) совместно с ООО «Системы Безопасности» полную модернизацию технических и программных средств и предложить сегодня к применению на рынке современных технологий современные программнотехнические комплексы (далее по тексту - ПТК).
Выводы
1 Получать информацию о пространственно-временном состоянии инженерного объекта в интерактивном режиме возможно только с использованием информационно-измерительных технологий, путем оснащения существующей геодезической КИА специализированными программными и техническими средствами.
2 Для реализации вышесказанного, необходимо учитывать эту технологию уже на этапе проектирования строящихся объектов и оснащать функционирующие инженерные объекты разработанной ПТК.
3 Разработка и создание специализированных ПТК наиболее эффективна при использовании стандартизованных средств.
4 Использование унифицированных технических и программных средств для системы существенно сокращает сроки проектирования и внедрения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карлсон А.А., Измерение деформации гидротехнических сооружений, М., Недра, 1984 .
2. Мониторингу и прогнозированию - особое внимание, Гражданская защита, 2004. - № 2.
3. Соколов В.И., Гудков А.В., Зюкин А.Г. Система автоматизированного контроля плановых смещений плотины Саяно-Шушенской ГЭС. Решение проблем Саяно-Шушенского гидроэнергокомплекса. - М: Энергоатомиздат, 1987.
© В.А. Середович, С.С. Студенков, Г.Н. Ткачева, 2006
