CC BY
492
УДК 528.5:626
ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ ГЭС
Валерий Геннадьевич Сальников
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, зав. кафедрой инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (382)343-29-55, e-mail: [email protected]
Виктор Александрович Скрипников
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (382)343-29-55, e-mail: [email protected]
Маргарита Александровна Скрипникова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (382)343-29-55, e-mail: [email protected]
Татьяна Александровна Хлебникова
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры инженерной геодезии и маркшейдерского дела, тел. (382)343-29-55, e-mail: [email protected]
Рассматривается опыт применения автоматизированных геодезических приборов в системах мониторинга перемещений гидротехнических сооружений. Анализ опыта применения современных ГНСС-приемников и высокоточных автоматизированных тахеометров показал, что они обеспечивают получение результатов необходимой точности при учете всех факторов, влияющих на точность измерений. При выборе геодезических приборов для мониторинга рекомендуется определять не только их метрологические характеристики, но и непосредственно погрешности определения перемещений как в лабораторных условиях, так и по результатам измерений на объекте контроля. При выполнении измерений перемещений предлагается применять ГНСС-приемники и электронные тахеометры совместно. Рекомендуется при проектировании систем непрерывного мониторинга смещений предусматривать возможность выполнения метрологической поверки геодезических приборов без демонтажа системы. Отмечено, что при выполнении производственных измерений с учетом в методике измерений инструментальных погрешностей и погрешностей, возникающих из-за изменения метеорологических условий, автоматизированные тахеометры обеспечивают точность измерений, превышающую его паспортные характеристики.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения, автоматизированная информационно-диагностическая система мониторинга, ГНСС-приемник, автоматизированный электронный тахеометр.
Введение
Безопасность гидротехнических сооружений (ГТС) в процессе эксплуатации должна обеспечиваться комплексом выполняемых работ, в том числе и мониторингом технического состояния ГТС их оснований. В соответствии с тре-
бованиями [1] мониторинг технического состояния гидротехнических сооружений 1-го и 2-го классов должен выполняться с помощью автоматизированных информационно-диагностических систем (АИДС) и информационно-диагностических систем (ИДС), для ГТС 3-го и 4-го классов. Эти системы устанавливаются на этапе строительства и при необходимости модернизируются в процессе эксплуатации.
АИДС представляет собой аппаратно-программный комплекс, предназначенный для получения информации о пространственном положении ГТС автоматизированными геодезическими приборами и геотехническими датчиками, установленными на сооружениях.
Геодезические измерения являются составной частью АИДС и ИДС. Они могут выполняться как отдельными автоматизированными приборами (тахеометрами, цифровыми нивелирами, ГНСС-приемниками) в ИДС, так и в составе АИДС.
Достоверность полученных данных (геодезические измерения) по определению деформаций в первую очередь обеспечивается их точностью. Точность измерений геодезических приборов нормируется значениями средних квадра-тических ошибок. Средние квадратические ошибки измерений (СКО) горизонтальных и вертикальных смещений (деформаций) сооружений зависят, в основном, от типа сооружений и предельных значений деформаций. В работе [1] указывается, что абсолютная ошибка измерения геометрического параметра, отнесенная к диапазону изменения его значений, прогнозируемых на период эксплуатации, не должна превышать нормированное значение относительной ошибки, установленной принятой методикой выполнения измерений. Однако существующие модели прогноза не могут полностью учесть величину влияния всех факторов на техническое состояние ГТС [2-6].
В работе [7] рекомендуемые СКО геодезических измерений не должны превышать 0,2 величин предельных значений деформаций. Если рассматривать расчетные допуски на горизонтальные и вертикальные перемещения для гравитационных плотин, то они могут быть в пределах 3-5 мм. Простое сопоставление показывает, что вычисленные по этим значениям СКО измерений перемещений ГТС достаточно сложно обеспечить, ориентируясь на паспортную точность современных геодезических приборов.
Можно отметить, что задача установления СКО измерения деформаций на основании допустимых расчетных значений деформаций ГТС до сегодняшнего дня не имеет однозначного решения. Поэтому в практике работ на ГТС используют количественные критерии технического состояния сооружений К1 (нормальное) и К2 (опасное) [8-10].
Для вертикальных и горизонтальных перемещений гидросооружений и их оснований также устанавливаются значения К1 и К2, которые вычисляются на основании модельных расчетов и уточняются по результатам геодезических (натурных) измерений. Методика расчета предусматривает определение критериев для каждой осадочной марки и планового знака. При определении точно-
сти геодезических измерений на ГТС необходимо использовать минимальные значения критерия К2.
Анализ опыта применения автоматизированных геодезических приборов показывает, что достичь необходимой точности измерений при постоянном мониторинге не всегда возможно. Особенно это касается оптико-электронных приборов. Известно, что точность их измерений сильно зависит от неблагоприятных метеоусловий [11]. Поэтому при выполнении измерений необходимо применять методики, позволяющие контролировать действительную точность измерения перемещений на ГТС.
Рассмотрим, каким образом современные автоматизированные геодезические приборы могут дополнить установленные при строительстве на ГТС АИДС. В качестве примера приведем систему мониторинга фирмы Leica Geosystems (Швейцария) [12, 13]. В системе мониторинга Leica Geosystems для измерений можно использовать различные типы датчиков, как в отдельности, так и в сетевом варианте. Данные всех датчиков хранятся в информационной базе активного проекта. В состав системы могут входить как автоматизированные геодезические приборы, так и специализированные автоматизированные геотехнические датчики:
- цифровые нивелиры Leica DNA, Leica SPRINTER;
- электронные тахеометры;
- ГНСС-приемники;
- геотехнические датчики.
Все используемые для сбора данных приборы (датчики) объединены в проекте в общую сеть, которой управляют из центра контроля. Центром контроля является компьютер с программным комплексом Leica GeoMoS. Программный комплекс Leica GeoMoS состоит из двух основных модулей: Monitor («Монитор»), общий вид которого приведен на рис. 1, и Analyzer («Анализатор»). С помощью GeoMoS Monitor выполняют настройку датчика, измерения, хранение данных, обработку результатов измерений и проверку полученных данных, а также создание сообщения. GeoMoS Analyzer выполняет анализ результатов измерений. С помощью этого модуля осуществляется экспорт данных и их печать.
Файл Вид Настройки Измерения Службы Инструменты Справка
= ? Группа точек/Область ¡1 Т] ► | || | ^
Обзор | Последние действия | Сообщения Наблюдения График Статус
Рис. 1. Общий вид интерфейса GeoMoS Monitor
Дополнительным модулем является модуль GeoMoS Adjustment, который выполняет автоматический сетевой анализ смещений контрольных точек и их корректировку.
Если рассматривать примеры работающей системы мониторинга Leica GeoMoS, то следует отметить Саяно-Шушенскую ГЭС [14-16]. На ГЭС смещения гребня плотины определяются с применением семи ГНСС-приемников и трех базовых станций, электронные тахеометры используются для контроля деформаций конструкций машинного зала. Сходимость результатов измерения смещений, выполненных ГНСС-приемниками, с результатами, полученными другими методами измерений, составила 1,5-2,0 мм.
При условии обеспечения достаточной точности измерений, ГНСС-измерения имеют явные преимущества перед оптическими. Они не требуют прямой видимости между приемниками, точность измерений практически не зависит от длины измеряемых на ГТС расстояний, слабая зависимость точности измерений от погодных условий, минимальные затраты на обслуживание приемников. Однако имеются и существенные ограничения, связанные с обеспечением беспрепятственного приема радиосигналов с необходимого количества спутников навигационных систем [17]. Следует отметить, что для получения данных по крену сооружения необходимо включать в автоматизированную систему мониторинга датчики наклона, например Nivel220 [18]. Для Саяно-Шушенской ГЭС, как и для других ГЭС, построенных в горах, одним из основных неблагоприятных факторов является большая высота гор, примыкающих к плотине. Высоты препятствий при наблюдениях ГНСС-приемниками достигают более 30°.
При анализе схемы расположения базовых станций, приведенной на рис. 2, следует отметить, что одна из базовых станций располагается в зоне влияния водохранилища, и ее устойчивость может быть поставлена под сомнение. При смещении одной из двух базовых станций в нижнем бьефе будет невозможно определить их устойчивость. Для решения этой проблемы можно использовать предложенную в [19] методику оценки устойчивости пунктов, основанную на закладке вблизи каждого исходного пункта куста пунктов, состоящего не менее чем из трех пунктов.
При определении горизонтальных смещений плотины Новосибирской ГЭС со стороны нижнего бьефа выполнить измерения ГНСС-аппаратурой с необходимой точностью на всех пунктах было невозможно из-за ограничений видимости на спутники и многолучевости принимаемых антеннами радиосигналов. Поэтому для такого типа плотин мониторинг смещений рекомендуется выполнять с применением автоматизированных тахеометров [20].
В работах [21, 22] отмечено, что электронными тахеометрами при удалении контрольных точек от тахеометров до 200 м не получилось выполнить непрерывный мониторинг с необходимой точностью. Качественные измерения на шлюзовых камерах во время шлюзования на Волжском гидроузле выполнялись только в благоприятное для угловых измерений время и на расстоянии
до 200 м. Для определения крена стенок одновременно с измерениями тахеометром выполнялись измерения датчиками наклона №уе1220. Сравнение данных, полученных из наблюдений датчиками наклона с координатными определениями тахеометром, показало хорошую сходимость.
Рис. 2. Схема расположения ГНСС-приемников на плотине Саяно-Шушенской ГЭС
Для однокамерных шлюзов в [23] предлагается методика измерения наклона стенок шлюзовой камеры с применением тахеометров. Для повышения точности измерений предлагается определять координаты опорных пунктов створов линейно-угловыми построениями, а для определения взаимного положения стенок шлюза использовать створные измерения или способ полярных координат.
Эта методика может быть применена и для многокамерных шлюзов при условии создания линейно-угловой сети, пункты которой обеспечивают оптимальное расположение для реализации обратной засечки при привязке пунктов, с которых выполняются измерения тахеометром.
Из анализа опыта применения автоматизированных геодезических приборов для мониторинга деформаций ГТС можно сделать вывод о необходимости паспортизации ГТС для разработки типовых методик проектирования схем расположения ГНСС-приемников и электронных тахеометров, предварительного расчета точности измерений, проведения тестовых измерений и оценки точности их результатов.
Эксперименты
При проектировании системы мониторинга необходимо, прежде всего, определить требуемую точность измерений. Если иметь в виду ГНСС-приемники и тахеометры, то для ГНСС-приемников необходимо определение точности измерений базовых линий, а для электронных тахеометров - точности измерений полярных координат. Для расчета точности применяют паспортную точность приборов. Затем проектируют схему расположения приборов на пунктах геодезической сети и выполняют расчет ожидаемой точности определения координат контрольных пунктов. В процессе измерения смещений в каждом цикле выполняется оценка точности по результатам уравнивания. Сравнивая результаты предварительного расчета точности и оценки точности по невязкам и поправкам из уравнивания, можно сделать вывод о соответствии точности выполненных измерений паспортной точности приборов.
При анализе многолетних наблюдений, выполненных авторами статьи на плотине Новосибирской ГЭС с применением автоматизированного электронного тахеометра TCRP1201, можно отметить следующее: схема существующей линейно-угловой сети, приведенная на рис. 3, по результатам предрасчета точности, выполненного в программе CREDO DAT 4.1, обеспечивает определение координат опорных пунктов створов с погрешностью 1,5 мм.
Рис. 3. Схема геодезической сети Новосибирской ГЭС
По результатам уравнивания СКП составляет не более 0,7 мм, при паспортной СКО измерения улов 1,0" и линий 1,0 мм [24]. При автоматическом наведении на отражатель невязки в треугольниках сети не превышали 1,0", а расхождения измеренных расстояний прямо и обратно не превышали 0,6 мм. Измерения температуры, давления и относительной влажности выполнялись
поверенными приборами у прибора и отражателей. Годовые циклы измерений выполнялись осенью при практически одинаковых погодных условиях. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в данном случае, фактическая точность измерений тахеометром превышает его паспортную точность.
Если требуемая погрешность измерений сопоставима с паспортной точностью высокоточных геодезических приборов, то предлагается оценивать погрешности измерений приборов, применяемых для мониторинговых измерений, только по точности измерений горизонтальных и вертикальных смещений наблюдаемых точек.
Предлагаемая методика оценки точности основана на известном и применяемом геодезистами положении, что в разности двойных равноточных измерений в значительной мере исключаются систематические погрешности измерений. Это предложение позволит существенно расширить перечень применяемых для мониторинга геодезических приборов.
Для определения истиной погрешности измерения приращений смещений можно применить методику, предложенную в [20]. Для определения точности измерения смещений ГНСС-приемниками использовался координатный столик. По исследованиям авторов, СКО измерения смещений ГНСС-приемников в пределах нескольких сантиметров составила 1 мм при паспортной точности 5 мм. Для определения точности автоматического наведения на отражатель рекомендуется применять методику, рассмотренную в [11].
Для выбора методики измерения смещений тахеометром при автоматическом наведении на отражатель были выполнены исследования в лабораторных условиях. Методика измерения предусматривала однократное и двукратное наведение на отражатель при его перемещении с помощью координатного столика на 1мм на расстоянии от тахеометра около 76 м.
В табл. 1 приведены результаты измерений при однократном наведении зрительной трубы на отражатель. Среднее значение разности вычисленного и измеренного угла составляло 0,06", что свидетельствует об отсутствии систематической составляющей в полученных разностях.
Таблица 1
Результаты измерений при однократном наведении зрительной трубы
Отсчеты Значение Значение Разность Разность
Номер приема измеренного вычисленного вычисленного вычисленного
точка 1 точка 2 горизонталь- горизонталь- и измеренно- и измеренно-
(") (") ного угла (") ного угла (") го углов (") го углов (мм)
1 21,7 25,4 3,70 2,74 -0,96 -0,35
2 22,0 24,0 2,00 2,74 0,74 0,27
3 22,7 24,0 1,30 2,74 1,44 0,53
4 22,7 25,2 2,50 2,74 0,24 0,09
5 22,9 25,6 2,70 2,74 0,04 0,01
6 21,9 24,4 2,50 2,74 0,24 0,09
Окончание табл. 1
Отсчеты Значение Значение Разность Разность
Номер приема измеренного вычисленного вычисленного вычисленного
точка 1 точка 2 горизонталь- горизонталь- и измеренно- и измеренно-
(") (") ного угла (") ного угла (") го углов (") го углов (мм)
7 21,9 23,9 2,00 2,74 0,74 0,27
8 20,7 24,3 3,60 2,74 -0,86 -0,31
9 21,6 23,5 1,90 2,74 0,84 0,31
10 20,5 24,6 4,10 2,74 -1,36 -0,50
11 21,4 24,6 3,20 2,74 -0,46 -0,17
12 21,2 24,3 3,10 2,74 -0,36 -0,13
13 21,4 23,5 2,10 2,74 0,64 0,23
14 21,8 23,8 2,00 2,74 0,74 0,27
15 20,9 24,4 3,50 2,74 -0,76 -0,28
Среднее значение 2,68 2,74 0,06 0,02
СКО измерения смещения 0,79 0,29
Однако наблюдаются значительные расхождения в значениях разностей, что говорит о некоторой нестабильности в работе механизма автоматического наведения зрительной трубы на отражатель. СКО измерения смещения составила 0,79". При паспортной СКО автоматического наведения тахеометра на отражатель 2,0" ожидаемая погрешность измерения угла должна быть 2,8".
В табл. 2 приведены результаты измерений при двукратном наведении зрительной трубы на отражатель. СКО измерения угла увеличилась в 2 раза по сравнению с однократным наведением и составила 0,4".
Таблица 2
Результаты измерений при двукратном наведении зрительной трубы
Отсчеты Значение Значение Разность Разность
Номер приема измеренного вычисленного вычисленного вычисленного
точка 1 точка 2 горизонталь- горизонталь- и измеренно- и измеренно-
(") (") ного угла (") ного угла (") го углов (") го углов (мм)
1 19,50 21,40 1,90 2,74 -0,84 -0,31
2 18,10 21,40 3,30 2,74 0,56 0,20
3 18,95 21,45 2,50 2,74 -0,24 -0,09
4 19,05 22,20 3,15 2,74 0,41 0,15
5 19,30 22,00 2,70 2,74 -0,04 -0,01
6 19,00 21,10 2,10 2,74 -0,64 -0,23
7 19,30 22,30 3,00 2,74 0,26 0,09
8 19,65 22,65 3,00 2,74 0,26 0,09
9 19,25 22,25 3,00 2,74 0,26 0,09
10 19,55 21,9 2,35 2,74 -0,39 -0,14
11 18,85 22,10 3,25 2,74 0,51 0,19
12 19,40 22,05 2,65 2,74 -0,09 -0,03
Окончание табл. 2
Номер приема Отсчеты Значение измеренного горизонтального угла (") Значение вычисленного горизонтального угла (") Разность вычисленного и измеренного углов (") Разность вычисленного и измеренного углов (мм)
Точка 1 (") Точка 2 (")
13 18,85 21,90 3,05 2,74 0,31 0,11
14 18,50 20,95 2,45 2,74 -0,29 -0,11
15 19,20 21,40 2,20 2,74 -0,54 -0,20
Среднее значение 2,71 2,74 -0,03 0,01
СКО измерения смещения 0,42 0,16
На рис. 4 приведены графики, построенные по разностям вычисленного и измеренного углов при однократном и двукратном наведениях. По амплитуде разностей при двукратном наведении на отражатель можно говорить об уменьшении влияния нестабильной работы устройства автоматического наведения исследуемого тахеометра на точность измерения угла.
0,6 0,4 0.2
0 -0,2
-0,4 -0,6
Рис. 4. График разностей измеренного и вычисленного угла
На плотине Новосибирской ГЭС были выполнены экспериментальные наблюдения по створу со стороны нижнего бьефа. Измерения выполнялись электронным тахеометром ТСЯР1201 в режиме автоматического наведения на отражатели. Горизонтальные углы измерялись шестью приемами, расхождения углов в приемах не превышали 1,0". На точность измерения углов оказывала влияние вибрация знаков от потока воды и турбулентность воздуха от вентиля-
мм
торов системы охлаждения трансформаторов, поэтому на пунктах выполнялось до 10-12 приемов с последующим исключением приемов при недопустимых расхождениях. Результаты измерения отклонений от створа приведены в табл. 3. Вычисленная СКО по разностям отклонений от створа из прямого и обратного ходов составила 0,3 мм. При выполнении измерений в ручном режиме наведения на отражатели СКО измерения смещений составила 0,6 мм.
По данным, приведенным в табл. 1-3, можно сделать вывод, что предварительный расчет СКО измерений, выполненный по паспортной точности прибора, может быть в несколько раз больше СКО измерений, получаемых по результатам полевых и лабораторных измерений.
Для всех геодезических приборов, в том числе и в составе стационарных автоматизированных систем мониторинга, необходимо выполнять периодическую метрологическую поверку. Для исключения демонтажа геодезических приборов в АИДС и, как следствие, перерыва в измерениях, рекомендуется аттестовать геодезическую сеть гидроузла (исходные и опорные пункты) в качестве метрологического полигона.
Таблица 3
Результаты измерения отклонений от створа способом малых углов
Номер пункта Расстояние (м) Горизонтальный угол (") Отклонение от створа в прямом ходе (мм) Расстояние (м) Горизонтальный угол (") Отклонение от створа в обратном ходе (мм) Разность прямо-обратно
I 0,00 208,53
1 24,20 1208,60 141,80 184,30 158,10 141,26 0,53
2 47,21 353,20 80,84 161,32 102,90 80,48 0,36
3 48,95 660,80 156,82 159,58 202,40 156,59 0,23
4 72,24 395,50 138,52 136,29 209,30 138,30 0,22
5 73,98 228,00 81,78 134,55 126,00 82,19 -0,42
6 97,31 103,80 48,97 111,22 90,40 48,74 0,23
7 99,07 149,30 71,71 109,46 136,10 72,23 -0,52
8 122,25 220,80 130,86 86,28 311,00 130,09 0,77
9 124,00 199,20 119,75 84,53 293,30 120,20 -0,45
10 147,29 239,20 170,81 61,24 575,00 170,72 0,09
11 149,06 198,20 143,23 59,47 498,70 143,78 -0,55
12 172,34 69,50 58,07 36,19 328,00 57,55 0,52
13 174,04 116,90 98,64 34,49 592,70 99,11 -0,47
II 208,53 0,00
Для поверки приборов на контрольных точках необходимо использовать методику оценки точности по СКО измерения приращений, для этого каждый
ГНСС-приемник или отражатель должен оборудоваться устройством для его смещения в пределах измеряемых смещений. В качестве такого устройства можно рекомендовать координатный столик с возможностью перемещения в двух направлениях, с ошибкой отсчитывания перемещений 0,1 мм. Эта методика позволит оценить погрешность определения смещений на объекте при различной комбинации неблагоприятных для наблюдений факторов.
Оптимальным вариантом в системе мониторинга является комбинирование двух разных типов приборов на одной станции наблюдений. На рис. 5 приборы установлены на координатный столик, поэтому данная комплектация приборов может быть использована при метрологической поверке. На рис. 5, а на тахеометре установлена спутниковая антенна, на рис. 5, б на отражатель, который устанавливается на контрольном пункте, прикреплена антенна ГНСС-приемника.
При невозможности выполнить ГНСС-измерения на контрольных пунктах с необходимой точностью используется электронный тахеометр, при отсутствии нормальных условий для выполнения оптических измерений, они выполняются ГНСС-приемником. При этом геодезические приборы могут одновременно выполнять измерения, что обеспечивает дополнительный контроль точности.
При проведении наблюдений по определению горизонтальных смещений в нижнем бьефе невозможно получить точные данные из ГНСС-измерений, поэтому для равнинных гравитационных плотин автоматизированный мониторинг смещений рекомендуется выполнять с применением автоматизированных тахеометров. На этапе проектирования следует, прежде всего, определить местоположение тахеометра, не только обеспечивающее видимость на контрольные пункты, но и необходимую, для контроля устойчивости пункта стояния тахеометра, геометрию обратной засечки на исходные пункты [25]. При этом конфигурацию пунктов необходимо определять с учетом особенностей алгоритма уравнивания измерений в засечке, который может отличаться у тахеометров разных фирм [26].
Существующие геодезические сети на гидроузлах в некоторых случаях необходимо реконструировать. Например, на Новосибирской ГЭС (см. рис. 3) сеть состоит из трех исходных пунктов и трех опорных пунктов створов. Автоматизированный электронный тахеометр применялся при определении горизонтальных смещений плановых знаков в нижнем бьефе. Основным неблагоприятным фактором во время измерений являлась вибрация от падающего потока воды.
При организации стационарной станции измерений необходимо заложить, с учетом видимости на исходные и контрольные пункты, дополнительный опорный пункт на разделительном бычке со стороны нижнего бьефа (рис. 6), который обеспечит необходимую геометрию исходных пунктов для обратной засечки и минимальное воздействие вибрации на тахеометр.
Рис. 5. Комбинированные системы: а) столик + тахеометр + ГНСС-приемник; б) столик + призма + ГНСС-приемник
Рис. 6. Общий вид Новосибирской ГЭС
При достаточной точности измерений, для создания необходимого количества ориентирных направлений, рекомендуется применять безотражательный режим при измерении расстояний тахеометром [27].
Выводы
Применение автоматизированных тахеометров и ГНСС-приемников в составе АИДС и ИДС может позволить получить дополнительную информацию о смещениях при необходимой точности и периодичности. При определении
смещений гребня арочных и арочно-гравитационных плотин более технологичным для АИДС является установка на контрольных пунктах ГНСС-приемников. Однако, с учетом того, что данные типы плотин возводятся в горной местности, необходимо учитывать особенности данного вида измерений, в частности, обеспечение прямой радиовидимости на достаточное количество спутников навигационных систем и исключение эффекта переотражения радиосигналов. Для исключения влияния метеоданных следует устанавливать базовые станции на контрольных пунктах примерно на одном уровне с приемниками и рядом с автоматическими метеостанциями. Для независимого контроля устойчивости базовых станций необходимо использовать электронные тахеометры, комбинируя антенны ГНСС-приемников с отражателем.
Для выполнения мониторинга короткопериодических деформаций ГТС и получения повышенной точности относительных перемещений частей сооружения необходимо включение в автоматизированную систему мониторинга ГНСС-приемников и высокоточных электронных тахеометров.
При выборе геодезических приборов для мониторинга нужно определять не только их метрологические характеристики, но и погрешности определения перемещений как в лабораторных условиях, так и по результатам измерений на объекте контроля.
При проектировании системы непрерывного мониторинга необходимо предусматривать возможность метрологической поверки средства измерений без демонтажа системы.
Как итог, отметим, что существующие АИДС могут быть дополнены измерениями ГНСС-приемников и электронных тахеометров только после оценки всех факторов, влияющих на точность измерений. Окончательное заключение об установке системы и выборе методики измерения может быть принято только после выполнения предварительных тестовых измерений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ Р 55260.1.9-2013 Гидроэлектростанции. Ч. 1-9. Сооружения ГЭС гидротехнические. Требования безопасности при эксплуатации: нац. стандарт РФ. - Введ. 01.07.2015. -Стандартинформ, 2014. - 30 с.
2. Гуляев Ю. П., Хорошилов В. С., Кобелева Н. Н. Построение прогнозной математической модели процесса перемещений плотины Саяно-Шушенской ГЭС (2004-2007 гг.) // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2015. - № 4. - С. 16-20.
3. Кобелева Н. Н., Хорошилов В. С. Построение по геодезическим данным прогнозной модели процесса перемещений гребня плотины Саяно-Шушенской ГЭС (на этапе эксплуатации 2007-2009 годов) // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 4 (32). - С. 5-12.
4. Кобелева Н. Н., Хорошилов В. С. Построение математических моделей для прогнозирования горизонтальных перемещений плотины Саяно-Шушенской ГЭС для периода эксплуатации 2007-2009 гг. // Вестник СГУГиТ. - 2016. - Вып. 2 (34). - С. 73-86.
5. Rechitskii V. I., Pudov K. O. Refined model of the concrete dam at the Boguchanskaya HPP based on field obervations // Power Technology and Engineering. - 2014. - Vol. 47. - No. 6. -P. 393-399.
6. Studies on the static and dynamic behaviour of the Sayano-SHusnenskaya arch gravity dam / A. I. Savich, V. I. Bronshtein, M. E. Groshev, E. G. Gaziev, M. M. Lliyn, V. I. Rechitski, V. V. Rechifski // International Journal on Hydropower and Dams. - 2013. - Vol. 20. - No. 6. -P. 53-58.
7. Геодезические работы в строительстве. Актуализированная редакция СНиП 3.01.03-84 : СП 126.13330.2012. - М. : Минрегион России, 2012. - 84 с.
8. Методика определения критериев безопасности гидротехнических сооружений : РД 153-34.2-21.342-00. - М. : 2001. - 24с.
9. Карпик А. П., Стефаненко Н. И. Оценка состояния Саяно-Шушенской плотины в период нормальной эксплуатации по данным геодезических измерений // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2009. - № 5. - С. 3-10.
10. Savich A. I., Gaziev É. G. TSSGNEO suggestions for refinement of safety criteria for dam at the Sayano-Shushenskaya HPP // Power Technology and Engineering. - 2013. - Vol. 47. -No. 3. - P. 174-176.
11. Скрипникова М. А. Возможности применения автоматизированных высокоточных электронных тахеометров при измерении деформаций инженерных сооружений // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск : СГГА, 2010. Т. 1, ч. 1. - С. 131-134.
12. Руководство пользователя V.5.1 Leica GeoMoS. - Heerbrugg, Switzerland, Leica Geosystems AG, 2010. - 748 с.
13. Скрипников В. А., Скрипникова М. А. Прикладная геодезия. Геодезические работы при определении осадок инженерных сооружений автоматизированными системами и приборами : учеб. пособие. - Новосибирск : СГУГиТ, 2017. - 106 с.
14. Gutov S. S., Li. V. T. Automated Satellite System for Strain Monitoring at the Sayano-Shushenskaya Hydroelectric Power Plant. Practical Experience in its Introduction // Power Technology and Engineering. - 2015. - Vol. 49. - No. 4. - P. 252-257.
15. Хиллер Бернд, Сухов И. В., Ли В. Т. Автоматизированная система деформационного мониторинга (АСДМ) на Саяно-Шушенской ГЭС // Гидротехника. - 2015. - № 2. - С. 12-15.
16. Ли В. Т., Сухов И. В. Автоматизированная система деформационного мониторинга (АСДМ) на Саяно-Шушенской ГЭС [Электронный ресурс] / «Инжиниринговый центр ГФК». - Электрон. дан. - М., 2017. - Режим доступа : https://icentre-gfk.ru/article/a_asdm-sshges.htm/. Загл. с экрана.
17. Устинов А. В. Технология спутникового геодезического мониторинга гидротехнических сооружений // Гидротехническое строительство. - 2014. - № 6. - С. 39-43.
18. Measuring inclinations in Cabril dam with optoelectronic sensors. Maria Joäo Henriques José Nuno Lima (Applied Geodetic Divison, Concrete Dams Department) Sérgio Oliveira (Numerical and Physical Modelling Division, Concrete Dams Department), Laboratorio National de Engenharia Civil, Portugal, FIG Week, 2012, 6.-10.05.2012, Rome.
19. Скрипников В. А., Скрипникова М. А. К вопросу модернизации плановой сети для определения деформаций плотин ГЭС // Геодезия и картография.- 2012. - № 1.- С. 4-7.
20. Наблюдения за осадками и горизонтальными смещениями бетонных гидротехнических сооружений Новосибирской ГЭС : отчет о НИР (заключительный) / Сибирская государственная геодезическая академия; рук. А. П. Карпик ; исполн. : Жуков Б. Н. и др. -№ ГР 0198.0004957 - Новосибирск, 2004. - 46 с.
21. Хиллер Бернд, Ямбаев Х. К. Исследование автоматизированной системы деформационного мониторинга шлюзовых камер // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. - 2016. -№ 3. - С. 33-38.
22. Хиллер Бернд, Ямбаев Х. К. Разработка и натурные испытания автоматизированной системы деформационного мониторинга // Вестник СГУГиТ. - 2016. - Вып. 1 (33). -С. 48-61.
23. Скрипникова М. А., Ашраф А. Бешр, Рябова Н. М. Разработка методики определения горизонтальных смещений стенок шлюза // Геодезия и картография. - 2010. - № 6. -С. 17-21.
24. Руководство по эксплуатации V.5.5 Leica TPS1200+. - Heerbrugg, Switzerland, Leica Geosystems AG, 2005. - 215 с.
25. Шоломицкий А. А., Лагутина Е. К., Соболева Е. Л. Высокоточные геодезические измерения при деформационном мониторинге аквапарка // Вестник СГУГиТ. - 2017. - Т. 22, № 3. - С. 45-59.
26. Горяинов И. В. Экспериментальные исследования применения обратной линейно-угловой засечки для оценки стабильности пунктов плановой деформационной геодезической сети // Вестник СГУГиТ. - 2018. - Т. 23, № 1. - С. 28-39.
27. Никонов А. В. Исследование точности измерения расстояний электронными тахеометрами в безотражательном режиме // Вестник СГУГиТ. - 2015. - Вып. 1 (29). - С. 43-53.
Получено 04.06.2018
© В. Г. Сальников, В. А. Скрипников, М. А. Скрипникова, Т. А. Хлебникова, 2018
USE OF MODERN AUTOMATED GEODETIC DEVICES FOR MONITORING HYDROTECHNICAL CONSTRUCTIONS OF HYDRO POWER STATIONS
Valerij G. Salnikov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Head of Department of Engineering Geodesy and Mine Surveying, phone: (382)343-29-55, e-mail: [email protected]
Viktor A. Skripnikov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Associate Professor, Department of Engineering Geodesy and Mine Surveying, phone: (382)343-29-55, e-mail: [email protected]
Margarita A. Skripnikova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, Ph. D., Associate Professor, Department of Engineering Geodesy and Mine Surveying, phone: (382)343-29-55, e-mail: [email protected]
Tatjana A. Hlebnikova
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 10, Plakhotnogo St., Novosibirsk, 630108, Russia, D. Sc., Professor, Department of Engineering Geodesy and Mine Surveying, phone: (382)343-29-55, e-mail: [email protected]
The article considers the experience of using automated geodetic devices in hydrotechnical construction displacement monitoring systems. The analysis of using modern GNSS receivers and high precision total stations showed that they provide the result of appropriate accuracy taking into account all factors influencing the measurement accuracy. It is recommended when choosing geodetic devices for monitoring not only to determine their metrological characteristics, but estimate errors of displacement detection in laboratory conditions and with the measurement results of the object under control. It is suggested to use GNSS receivers together with total stations in performing displacement measurements. It is recommended when designing such continuous displacement
monitoring systems to provide the possibility to perform metrological calibration of geodetic devices without dismounting the system. It is noted that in performing industrial measurements and taking into account instrumental errors and errors, which appear due to meteorologic conditions changes, automated total stations provide measurement accuracy which is higher than declared.
Key words: hydrotechnical constructions, automated informational diagnostic monitoring system, GNSS receiver, automated total station.
REFERENCES
1. GOST R 55260.1.9-2013. (2014). Hydroelectric power stations. Part 1-9. Hydraulic engineering plant. Safety requirements for operation. Standartinform, 30 p. [in Russian].
2. Gulyaev, Yu. P., Khoroshilov, V. S., & Kobeleva, N. N. (2015). Construction of a predictive mathematical model of the process of displacements of the Sayano-Shushenskaya hydropower dam (2004-2007). Izvestiya vuzov. Geodeziya i aehrofotos"emka [Izvestiya Vuzov. Geodesy and Aerophotography], 4, 16-20 [in Russian].
3. Kobeleva, N. N., & Khoroshilov, V. S. (2015). Construction of a prognostic model of the process of displacements of the crest of the Sayano-Shushenskaya hydropower dam at geodesic data (at the operation stage of 2007-2009). Vestnik SGUGiT[Vestnik SSUGT], 4(32), 5-12 [in Russian].
4. Kobeleva, N. N., & Khoroshilov, V. S. (2016). Construction of mathematical models for forecasting horizontal displacements of the Sayano-Shushenskaya hydropower dam for the operation period 2007-2009. Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 2(34), 73-86 [in Russian].
5. Rechitskii, V. I., & Pudov, K. O. (2014). Refined model of the concrete dam at the Boguchanskaya HPP based on field observations. Power Technology and Engineering, 47(6), 393-399.
6. Savich, A. I., Bronshtein, V. I., Groshev, M. E., Gaziev, E. G., Lliyn, M. M., Rechitski, V. I., & Rechifski, V. V. (2013). Studies on the static and dynamic behaviour of the Sayano-SHusnenskaya arch gravity dam. International Journal on Hydropower and Dams, 20(6), 53-58.
7. SP 126.13330.2012. (2012). Geodetic work in construction. Updated version of SNiP 3.01.03-84. Moscow: Ministry of Regional Development of Russia, 84 p. [in Russian].
8. RD 153-34.2-21.342-00. (2001). The method of determining the criteria for the safety of hydraulic structures. Moscow, 24 р. [in Russian].
9. Karpik, A. P., & Stefanenko N. I. (2009). Estimation of the state of the Sayano-Shushenskaya dam during normal operation according to geodetic measurements. Izvestiya vuzov. Geodeziya i aehrofotos"emka [Izvestiya Vuzov. Geodesy and Aerophotography], 5, 3-10 [in Russian].
10. Savich, A. I., & Gaziev, E. G. (2013). TSSGNEO suggestions for refinement of safety criteria for dam at the Sayano-Shushenskaya HPP. Power Technology and Engineering, 47(3), 174-176 [in Russian].
11. Skripnikova, M. A. (2010). Possibilities of using automated high-precision electronic tacheometers in measuring deformations of engineering structures. In Sbornik materialov GEO-Sibir'-2010: T. 1, Ch. 1 [Proceedings of GEO-Siberia-2010: Vol. 1, Part 1] (pp. 131-134). Novosibirsk: SSGA Publ. [in Russian].
12. User's Manual V.5.1 Leica GeoMoS. (2010). Heerbrugg, Switzerland, Leica Geosystems AG, 748 p.
13. Skripnikov, V. A., & Skripnikova, M. A. (2017). Prikladnaya geodeziya. Geodezicheskie raboty pri opredelenii osadok inzhenernyh sooruzhenij avtomatizirovannymi sistemami i priborami [Applied geodesy. Geodesic work in the determination of sediments of engineering structures by automated systems and devices]. Novosibirsk: SSUGT Publ., 106 p [in Russian].
14. Gutov, S. S., & Li, V. T. (2015). Automated Satellite System for Strain Monitoring at the Sayano-Shushenskaya Hydroelectric Power Plant. Practical Experience in its Introduction. Power Technology and Engineering, 49(4), 252-257.
15. Hiller, Bernd, Sukhov, I. V., & Lee V. T. (2015). Automated system of deformation monitoring (ASDM) at Sayano-Shushenskaya HPP. Gidrotekhnika [Hydrotechnics], 2, 12-15 [in Russian].
16. Li, V. T., & Sukhov, I. V. (2017). Automated deformation monitoring system (ASDM) at Sayano-Shushenskaya HPP. Moscow: Engineering center of GFK. Retrieved from https://icentre-gfk.ru/article/a_asdm-sshges.htm/.Ver. from the screen.
17. Ustinov, A. V. (2014). The technology of satellite geodetic monitoring of hydraulic structures. Gidrotekhnicheskoe stroitel'stvo [Hydrotechnical Construction], 6, 39-43 [in Russian].
18. Measuring inclinations in Cabril dam with optoelectronic sensors. (2012). Maria Joao Henriques, José Nuno Lima (Applied Geodetic Divison, Concrete Dams Department), Sérgio Oliveira (Numerical and Physical Modelling Division, Concrete Dams Department), Laboratorio National de Engenharia Civil. Portugal, FIG Week, 2012, 6.-10.05.2012, Rome.
19. Skripnikov, V. A. & Skripnikova, M. A. (2012). To the question of modernization of the planned network for determining deformations of dams of hydroelectric power plants. Geodeziya i Kartografiya [Geodesy and Cartography], 1, 4-7 [in Russian].
20. Karpik, A. P. (2004). Observations of precipitation and horizontal displacement of concrete hydrotechnical structures of Novosibirsk HPP [Report on research]. No. SR 0198.0004957. Novosibirsk: SSGA Publ, 46 p. [in Russian].
21. Hiller, Bernd., & Yambaev, H. K. (2016). Investigation of an automated system of deformation monitoring of lock chambers. Izvestiya vuzov. Geodeziya i aehrofotos"emka [Izvestiya Vuzov. Geodesy andAerophotography], 3, 33-38 [in Russian].
22. Hiller, Bernd, & Yambaev H. K. (2016). Development and full-scale testing of an automated deformation monitoring system. Vestnik SGUIGiT [Vestnik SSUGT], 1(33), 48-61 [in Russian].
23. Skripnikova, M. A., Ashraf A. Beshr, & Ryabova N. M. (2010). Development of a technique for determining the horizontal displacements of the walls of the lock. Geodeziya i Kartografiya [Geodesy and Cartography], 6, 17-21 [in Russian].
24. Operating Instructions V.5.5 Leica TPS1200 + . (2005). Heerbrugg, Switzerland, Leica Geosystems AG, 215 p.
25. Sholomitsky, A. A., Lagutina, E. K., & Soboleva, E. L. (2017). High-Precision Geodetic Measurements in the Deformation Monitoring of the Water Park. Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 22(3), 45-59 [in Russian].
26. Goryainov, I. V. (2018). Experimental studies of the application of the inverse linear angular notch for the assessment of the stability of points in the planned deformation geodetic network. Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 23(1), 28-39 [in Russian].
27. Nikonov, A. V. (2015). Investigation of the accuracy of measuring distances by electronic tacheometers in a reflectorless mode. Vestnik SGUGiT [Vestnik SSUGT], 1(29), 43-53 [in Russian].
Received 04.06.2018
© V. G. Salnikov, V. A. Skripnikov, M. A. Skripnikova, T. A. Hlebnikova, 2018
