CC BY
48
УДК 550.3:537.811
В.Ф. Гордеев, С.Г. Шталин, В.И. Поливач, С.Ю. Малышков Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск М.М. Задериголова ООО «ГЕОТЭК», Москва
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ОПОЛЗНЕВОГО СКЛОНА ПО ПАРАМЕТРАМ ЕСТЕСТВЕННОГО ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ В СИСТЕМЕ АСК-ГП
В докладе представлены результаты модификации принципа передачи данных с регистраторов «МГР-01», которая заключалась в том, что каждый регистратор передает данные в автономном режиме, что позволило исключить ошибки передачи данных в общем потоке данных всей системы АСК-ГП, через ограниченное количество передатчиков.
Разработана принципиальная электрическая схема платы сопряжения регистратора «МГР-01» с модемом (Nfora0107-01), зарядного устройства и контроля напряжения питания аккумулятора. Схема реализована на 32-разядном ARM-контроллере AT91SAM7X256 с высоким быстродействием, что позволяет использовать коммуникационное программное обеспечение в режиме реального времени.
Представлен алгоритм и программное обеспечение для передачи данных с регистраторов на удаленный сервер по GPRS каналу в бинарном формате. Создана программа конвертирования бинарных данных в ASCII формат, для дальнейшей обработки и визуализации, получаемых данных.
V.F. Gordeev, S.G. Shtalin, V.I. Polivach, S.Yu. Malyshkov
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS, Tomsk, Russia M.M. Zaderigolova GEOTEK, Ltd., Moscow
ASSESSMENT OF LANDSLIDE SLOPE STABILITY BASED ON PARAMETERS OF NATURAL PULSED ELECROMAGNETIC FIELD OF THE EARTH USING ASM-GP
In the report we present results of improvement of data transfer principle for the MGR-01 recorder. As a result of improvement, now every recorder transfers data in autonomous mode, which allows one to exclude data transfer errors appearing when common dataflow from the whole ASM-GP was transferred via limited number of transmitters.
A basic electric circuit was developed to interface MGR-01 recorder with Nfora0107-01 MODEM, as well as to couple it with charging unit and to control an accumulator’s supply voltage. The circuit is based on the AT91SAM7X256 high -
performance 32-bit ARM-controller, which allows one to use communication software in real-time mode.
An algorithm and software are presented that were developed to transfer binary-format data from the recorders to a remote server via GPRS channel. Software was developed for data conversion from binary to ASCII format which is suitable for further data processing and visualization.
В конце 2007 года была запущена в опытную эксплуатацию первая очередь автоматизированной системы контроля геодинамических процессов (АСК-ГП) оползневого склона на трассе магистрального газопровода Уренгой - Помары -Ужгород в районе перехода через реку Кама [1]. Комплекс состоит из десяти многоканальных геофизических регистраторов «МГР-01», размещенных в антивандальных бункерах на территории склона и за его пределами. Места размещения бункеров выбраны на основании комплексных геофизических исследований в точках с явно выраженными аномалиями напряженно-деформированного состояния горных пород.
Для исключения помех от металлических труб с анодной защитой от коррозии, бункера установлены между нитками. Реперная станция (Trep), расположена на ровном участке в 80 метрах от склона и результаты всех остальных станций обрабатываются с учетом временных вариаций параметров ЕИЭМПЗ, полученных на ней.
Кроме регистраторов «МГР-01», на склоне оборудованы 4 специализированных скважины, в которых установлены тросовые датчики, регистрирующие горизонтальное смещение грунта на разных глубинах. Одновременно измеряется уровень и химический состав грунтовых вод.
Дополнительно на всех 9-ти трубах газопровода, в верхней и нижней части оползневого склона, установлены интеллектуальные вставки (ИВ), которые измеряют деформацию металла.
Все оборудование работает в автоматическом режиме, с передачей информации каждый час по GPRS на FTP сервер фирмы «Ритм» (г. Краснодар).
В 2010 году была проведена модификация принципа передачи данных с регистраторов «МГР-01». Суть модификации заключается в том, что каждый регистратор передает данные в автономном режиме, что позволило исключить ошибки передачи данных в общем потоке данных всей системы АСК-ГП, через ограниченное количество передатчиков. В последнем случае, при сбое одного передатчика, данные терялись от 3-4 регистраторов «МГР-01».
Разработана принципиальная электрическая схема платы сопряжения регистратора «МГР-01» с модемом, зарядного устройства и контроля напряжения питания аккумулятора, с автоматическим отключением при понижении напряжения ниже допустимого. Схема реализована на 32-разядном ARM-контроллере AT91SAM7X256 с высоким быстродействием, что позволит использовать коммуникационное программное обеспечение в режиме реального времени. Внешний вид устройства представлен на фото (рис. 1 ).
Разработан алгоритм и программное обеспечение для передачи данных с регистраторов на удаленный сервер по GPRS каналу в бинарном формате. Создана программа конвертирования бинарных данных в ASCII формат, для дальнейшей обработки и визуализации, получаемых данных.
Однако качественные хорошо воспроизводимые результаты могут быть получены только с учетом ряда принципиально важных особенностей естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ). К таким особенностям, прежде всего, следует отнести существование глобальных и региональных процессов, способных изменять интенсивность регистрируемого сигнала ЕИЭМПЗ, а также наличие импульсов, пришедших из-за пределов контролируемой территории.
На основании предварительной апробации системы был сформулирован алгоритм контроля геодинамических процессов по параметрам ЕИЭМПЗ. В качестве критерия предложено использовать превышение интенсивности импульсного потока ЕИЭМПЗ в каждой измеряемой точке (Т1, Т2, Т3, Т5, Т6, Т7, Т8, Т9, Т10) по отношению к реперной станции (Т4 реп.).
к_ |Е(мГ(/)2 +К2т2)
\ H(N1T(r)2 + N2T(r)2) где N\t(i) - интенсивность импульсного потока ЕИЭМПЗ по направлению
север-юг на i-й измерительной станции, кроме реперной;
N2T(i) - интенсивность импульсного потока ЕИЭМПЗ по направлению
запад-восток на i-ой измерительной станции, кроме реперной;
NlT(r), N2т(г) - интенсивность импульсного потока ЕИЭМПЗ по
направлению север-юг и запад-восток на реперной станции.
Предложенное применение обработки сигналов ЕИЭМПЗ и использование системы разнесенных в пространстве станций обеспечило высокоточные,
хорошо воспроизводимые результаты, отражающие активность геодинамических склоновых процессов с высокой достоверностью.
Применение методов регистрации естественного импульсного электромагнитного поля Земли позволило выявлять в структуре склона зоны повышенной и пониженной активности оползневых процессов, зоны растяжения и относительного сжатия, пространственную ориентацию напряжений.
Важным результатом выполненных работ стали итоги экспериментальной проверки возможностей пространственно-временного мониторинга НДС склона реки в масштабе реального времени. Удалось показать, что различные участки берега являются динамически развивающимися структурами, причем ситуация на различных участках оползня может изменяться даже в течение одних суток.
В мае месяце 2010 года, нам стали доступны данные с интеллектуальных вставок (ИВ) на рис. 2 представлена схема расположения регистраторов «МГР-01» (Т1-Т10) и ИВ (1-12) на оползневом склоне р. Кама.
г МП 1 ой очереаи автоматической сети контроляЧДС грунтоб (АСК-ГП) ополэнебого массиба на 1 апреля 2008г (Сеті мониторинга ЗГП)
.. Нл ■12
Л Т7 ''' Т8 •
*9 ■«)
Т6 Т1°
"8
Т5 г Т9
И9 тз вб
в3 Т4гер *4
И1 в2 -, :;2
о -£ ^ - ш явт тШі МшГ §* И о -
. ь Т1 1
• %
Рис. 2
Из рис. 3 видно, что 4-6 мая не наблюдалось суточного хода, это свидетельствовало о возникновении механических напряжений сжатия между 8 и 9 нитками газопровода.
ГС
с;
аз
X
_о і— о о
X
со
О
X
ш
Дата
Рис. 3. Результаты мониторинга устойчивости грунтовых масс на участке оползневого склона р. Кама в период с 3 по 10 мая 2010 года
В качестве примера приведем результаты мониторинга НДС грунтов на оползневом склоне, когда значения деформаций на ИВ-9 достигли аномальных значений - выше 70 отн. ед. На рис. 3 представлены результаты измерений на станциях Т7 и Т8 которые находятся на одном уровне с ИВ-9.
Через 2 суток (8 мая) деформации на нитке 8 (ИВ9) достигли критических значений, однако с 7 мая суточный ход временных вариаций начал восстанавливаться и принимать стандартный вид, что означало релаксацию механических напряжений в грунте и следовательно уменьшение влияния на трубу и мы видим 10 мая деформации достигли своих нормальных значений.
Заключение
Результаты мониторинга напряженно-деформированного состояния оползневого склона в 2010 году по показаниям сети станций, регистрирующих естественное импульсное электромагнитное поле Земли, включенных в автоматизированную систему контроля геодинамических процессов (АСК-ГП), показали высокую эффективность оценки устойчивости оползневого склона и обеспечили безопасную эксплуатацию магистрального газопровода.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Мониторинг напряженно-деформированного состояния оползневого склона по параметрам радиошумов системой АСК-ГП / В.Ф. Гордеев, Ю.П. Малышков, С.Г. Шталин, С.Ю. Малышков, В.И. Поливач, М.М. Задериголова // Гео-Сибирь-2010. - Новосибирск: СГГА, 2010. - Т. 1, ч. 2. - С. 8-12.
© В.Ф. Гордеев, С.Г. Шталин, В.И. Поливач С.Ю. Малышков, М.М.
Задериголова, 2011
