CC BY
38
УДК 69.528.48
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОИСКА ПОДЗЕМНЫХ КОММУНИКАЦИЙ
© 2008 г. Л.А. Олейникова
Кубанский государственный технологический Kuban State Technological University
университет, 350072 г. Краснодар, ул. Московская, 2 350072 Krasnodar, Moskovskaya St., 2
[email protected] [email protected]
Рассмотрены проблемы, связанные с состоянием подземных коммуникаций в г. Краснодаре. Отображены инженерные коммуникации на крупномасштабных топографических планах. Внесены предложения по использованию математической модели, программа Matlab, для получения более точного местоположения трассы коммуникаций, отыскиваемой при помощи трассопоискового оборудования.
Ключевые слова: подземные коммуникации, топографические планы, трассопоисковое оборудование.
The problems connected with a condition of underground communications in Krasnodar. Display of engineering communications to large-scale topographical plans. Offers on use of mathematical model, with use of program Matlab, for reception of more exact site of a line of the communications found by means of the equipment for search of underground communications.
Keywords: underground communications, topographical plans, equipment for search of underground communications.
В крупных городах с каждым годом увеличиваются темпы строительства. Информация об инженерных подземных сетях жизненно необходима как проектным, строительным, эксплуатационным организациям, так и органам исполнительной власти для эффективного управления городским хозяйством. Топографические планы масштабов 1:5000 и 1:2000 в части отображения на них коммуникаций носят учётно-справочный характер и дают общее представление о наличии коммуникаций, их взаимном расположении, назначении и основных характеристиках. И только на планах 1:1000, 1:500 отображается точное плановое положение и глубина заложения подземных сетей, а также другая дополнительная информация (назначение, внешний и внутренний диаметр труб, материал и т.д.). Однако и этой информации подчас бывает недостаточно, так как промышленные зоны и центральные районы крупных городов особенно насыщены различными коммуникациями. Отсутствие достоверной информации является большой проблемой для самых различных организаций и решения важных инженерно-технических задач.
В последнее время неоднократно поднимался вопрос о создании топографических планов 1:200 и даже 1:100 [1-3] для получения более подробных данных о различного рода коммуникациях, а также о технических требованиях к точности выполнения съемки такого масштаба. Соответственно, при выполнении исполнительной съемки существующих подземных коммуникаций возникает вопрос о получении более точного положения трассы.
При отсутствии необходимой информации во время землеройных работ могут быть повреждены существующие сети подземных коммуникаций. Нередко случаются ситуации, когда дорогостоящее оптоволокно, проложенное связистами, рвется во время срочного ремонта водопроводной системы, - блокируется работа телекоммуникационного оборудования, организации и предприятия приостанавливают работу, не имея доступа к информационным ресурсам. Материальный ущерб такого «ремонта» может соста-
вить сотни тысяч рублей. В некоторых городах в связи с похожими проблемами планируется повышение штрафных санкций за повреждение коммуникаций.
Изыскания подземных инженерных коммуникаций являются достаточно сложным видом работ, требующим высокой квалификации исполнителей и хорошего технического обеспечения. Приборы трассопоискового оборудования (трубоискатели, кабелеискатели, трассо-искатели), предназначенные для поиска существующих подземных коммуникаций, значительно упрощают задачу. Погрешность определения местоположения трассы составляет от 2 до 20 см в зависимости от класса и назначения прибора. При этом не приходится вскрывать поверхность шурфами. Трассопоисковое оборудование появилось практически в каждой геодезической службе или строительной организации. Однозначно, его использование в значительной степени повысило квалификационный уровень работ, позволяя решать задачи быстро и эффективно.
Однако при использовании этих приборов в определенных условиях возникает существенный недостаток. При работе на незастроенной территории и отыскании единичного кабеля или линии трубопровода прибор дает четкий сигнал, позволяющий определить местоположение коммуникации в полном соответствии с точностью, указанной в инструкции прибора и удовлетворяющей требованиям топосъемки. Но при работе в городских кварталах с плотной застройкой, расположенных вблизи от мест активного функционирования городского транспорта, возникают помехи электрического сигнала, иногда довольно значительные, что весьма усложняет задачу. В таких условиях измерений сигнал различной интенсивности может появляться в диапазоне до 2 м от действительного положения коммуникации. Как правило, для исключения грубых ошибок в таких ситуациях надо сравнивать полученный результат с имеющимся топографическим планом. В случаях, когда план отсутствует или не соответствует действительности, остается полагаться исключительно на результаты измерений прибора, при этом опытный исполнитель получит
более достоверное положение коммуникации, иногда интуитивным путем.
В таких сложных ситуациях, когда помехи имеют значительное влияние на результат поиска, целесообразен комплексный подход к выбору технического оборудования, прикладных программ и автоматизированных технологий. В частности, для исключения ошибки человеческого фактора и получения наиболее вероятного положения трассы возможно использование компьютерной программы.
Программой, максимально полно соответствующей решению поставленной задачи, может являться математическая система MATLAB, которая была создана в конце 70-х гг. в США и широко используется не только для научных математических задач, но и для выполнения инженерных расчетов.
Широко используемые ГИС, такие как ArcInfo и ArcView GIS; AutoCAD/Autodesk Map 3D; Autodesk Land Desktop 2005, решают задачи общего моделирования землеустройства, позволяют получать пространственное представление подземных и надземных коммуникаций, их положение и характеристики, любой разрез по какой-либо оси проектируемого сооружения.
Однако именно программа MATLAB вместе с версией Mapping Toolbox использует алгоритмы математических вычислений в форме, которая позволяет применять их для широкого диапазона приложений, таких как прикладная математика, теория управления, цифровая обработка сигналов и изображений. Программа позволяет эффективно объединять фундаментальные математические знания с современными технологиями. В состав комплекта программы входят специализированные пакеты: Signal Processing Toolbox по обработке сигналов и Notebook, который обеспечивает динамический интерфейс между текстовым редактором Microsoft Word и системой MATLAB. Результаты вычислений приводятся в виде таблиц или графиков, что позволяет при обработке сигналов поискового оборудования получать наглядное изображение трассы коммуникаций.
Пакет программ Signal Processing Toolbox включает 134 функции, выполняющие операции, традиционно относящиеся к области цифровой обработки сигналов [4]. Он позволяет проектировать цифровые и аналоговые фильтры по желаемым амплитудно-частотным характеристикам, формировать последовательности типовых сигналов и обрабатывать их спроектированными фильтрами. Имеется возможность рассчитывать корреляционные функции, спектральную мощность плотности сигнала, оценивать параметры фильтров по измеренным отсчётам входной и выходной последовательностей.
При обработке полученных измерений сигналов локатора трассоискателя создается квадратная матрица размерами n х n, где n - количество строк или столбцов. Причём именно квадратная матрица даёт возможность быстро получить результат с применением минимального количества команд. Использование треугольной, диагональной или мономинальной матриц также возможно, однако процесс вычислений будет более объёмным и громоздким, что создаст неудобство для пользователя.
Для проведения моделирования результатов измерений использовался локатор трассопоискового комплекта RD2000CPS. Подобно «нивелированию по квадратам» участок земной поверхности, предназначенный для проведения трассопоисковых работ, был разделен на прямоугольники, поскольку имеет вытянутую форму. Ширина прямоугольников в сумме составила 3 м, а длина - 15 м. Разделив ширину и длину на одинаковое количество частей, например на 15, получили прямоугольники 20 х 100 см. В вершине каждого прямоугольника был устанавлен локатор трассоискателя и зафиксирована величина сигнала по десятибалльной шкале.
Полученные измерения были записаны в виде матрицы с параметрами 15 х 15, а затем, используя MATLAB, получено трёхмерное графическое изображение результатов измерений (рис. 1), т.е. математической модели, в которой графически отображается интенсивность сигнала локатора.
Рис. 1. Графическое изображение необработанных сигналов
На рис. 1 отчётливо видны помехи электрических сигналов в виде отдельно расположенных высоких точек, т.е. нет чёткой картины местоположения обнаруженного кабеля. Для более наглядной визуализации программа позволяет поворачивать изображение в трёхмерном пространстве.
Для определения точного местоположения кабеля проведём обработку результатов измерений применяя цифровую 2-мерную высокочастотную фильтрацию сигналов с фильтром g. Программа выбирает сигналы постоянной величины и отфильтровывает те из них, которые являются помехами, не имеющими отношения к линии кабеля.
Команда g = freqz 2(a*gД5) выполняет построение графика обработанных результатов измерений.
На графике (рис. 2) отчётливо видны сигналы, указывающие на действительное местоположение кабеля, и полностью отсутствуют отфильтрованные сигналы, являющиеся случайными. Таким образом, математическое моделирование показаний трассоискателя позволяет предположить, что эффективным способом получения наиболее вероятного местоположения трассы коммуникаций является применение метода 2- мерной цифровой фильтрации, что позволит существенно повысить эффективность использования трассопоис-кового оборудования.
Рис. 2. Графическое изображение обработанных сигналов Поступила в редакцию
Литература
1. Михелев Ю.Д., Лобанов А.А. О точности топографической съемки в масштабе 1:200 // Изв. вузов. Сер. Геодезия и аэрофотосъемка. 2005. № 1. С. 21-28.
2. Михелев Ю.Д., Лобанов А.А. О требованиях к топографической съемке в масштабе 1:200 // Геопрофи. 2004. № 6. С. 46-48.
3. Коткин Г.Л., Черкасский В.С. Компьютерное моделирование физических процессов с использование MATLAB. Новосибирск, 2001.
4. Демидова Л.А., Кираковский В.В., Пылькин А.Н. Алгоритмы и системы нечеткого вывода при решении задач диагностики городских инженерных коммуникаций в среде MATLAB. Новосибирск, 2001.
20 ноября 2007 г.
