120100 Реферат 2 Современные автоматизированные
advertisement
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская Государственная Геодезическая Академия» (ФГБОУ ВПО «СГГА») Кафедра инженерной геодезии и информационных систем Дисциплина «Современные автоматизированные геодезические комплексы» Реферат Анализ применения современных автоматических систем геодезического назначения для контроля пространственного положения объектов Выполнил: ст. гр. МГ-51 Проверил: доц. Скрипников В.А. Логиновский А.Ю. 2012 1 Содержание Введение 3 1. Общие сведения о системах автоматического управления 4 2. Применение гидростатического и гидродинамического нивелирования для определения осадок 3. Мониторинг деформаций мостовых переходов 7 16 (на примере моста через бухту Золотой Рог) Заключение 34 Список использованных источников 36 2 Введение В настоящее время создано и создается большое количество уникальных объектов : ускорители, высотное сооружения, конвейерные линии, плотины. При возведении этих объектов и их эксплуатации требуются высокоточные геодезические измерения. Причём, часто невозможно выполнить или очень затруднительно, измерения по существующим методикам, с применением классических геодезических приборов. Повышение точности и производительности невозможно получить без внедрения автоматических или автоматизированных систем. Одним из направлений применения автоматических систем является их использование при мониторинге деформационного состояния высотных сооружений, в частности высоких зданий и уникальных мостовых переходов. В основе современных геодезического высокоточных назначения автоматизированных лежит комплексное систем применение автоматизированных электронных тахеометров, спутниковых геодезических приёмников, различных датчиков и средств визуализация данных о состоянии конструкций географические сооружений информационные с возможностью системы (ГИС,GIS), интеграции с в различными формами отчетов о вешних воздействующих силах (условиях). Данные системы позволяют выполнять проведение измерений в режиме реального времени; обеспечивают сбор, передачу и маршрутизацию данных в непрерывных и дискретных режимах; анализируют данные с использованием накопленных баз данных; включают интеллектуальную систему принятия решения (СППР), которая предлагает выполнение ряда действий (операций), основанных на сценариях возможного развития событий. Все подсистемы хранения, передачи и отображения данных позволяют предоставить доступ к ним значительному числу пользователей. 3 1. Общие сведения о системах автоматического управления Под автоматизацией производства в широком смысле понимается процесс, при котором функции измерения передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства не означает безусловное, полное вытеснение человека автоматами, но направленность его действий, характер его взаимоотношения с машинами изменяются, труд приобретает новую качественную окраску, становится более сложным и содержательным. Центр тяжести в его трудовой деятельности перемещается на техническое обслуживание автоматов и на аналитически-распорядительную деятельность. В настоящее время существует чрезмерно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В них сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляющие в общем сложный комплекс к действующих друг с другом звеньев. Современное развитие науки и техники вызвало необходимость создания цельных инженерных сооружений: ускорителей элементарных частиц, точных направляющих путей конвейерных линий большой протяженности высотных сооружений башенного типа, мощных гидротехнических и др. сооружение и эксплуатация таких промышленных объектов потребовали создания новой методики высокоточных инженерно-геодезических измерений. Выполнение комплекса подобных измерений на уникальных объектах сопряжено со значительными трудностями, т. к. по условиям работы выполнять монтажные, небольшие юстировочные и измерительные операции промежутки времени. Это обстоятельство требует высокой точности измерений. Кроме того, часто на уникальных инженерных них не представляется возможным выполнять необходимый комплекс Кроме того, 4 часто на уникальных инженерных сооружениях не представляется возможным выполнять необходимый комплекс измерений общепринятыми методами по причине повышенной опасности для людей. Здесь в первую очередь следует отметить такие факторы, как радиоактивность, высокие температуры, сильные магнитные и электрические поля. Повышение точности и производительности невозможно получить без внедрения автоматических или автоматизированных систем. Внедрение элементов автоматизации систем позволяет: 1) повысить точность измерения; 2) повысить производительность труда; 3) выполнить измерения дистанционно; 4) снизить себестоимость работ. Если систему автоматического управления разделить на части — звенья, а каждое звено системы, описываемое линейным дифференциальным уравнением, рассматривать не с точки зрения его физических свойств и выполняемых функций, а с точки зрения того, как то или иное звено реагирует на поданное на его вход воздействие, то в этом случае подавляющее большинство элементов, имеющих различную природу и выполняющих различные функции в самых разных автоматических системах, может быть сведено к небольшому числу эквивалентных звеньев, описываемых простыми дифференциальными уравнениями. Совокупность таких звеньев с линиями связи между ними, характеризующими их взаимодействие, образует структурную схему системы управления. Применение метода эквивалентных звеньев значительно упрощает методику исследования систем, дает возможность обобщенного теоретического рассмотрения и сравнения свойств различных систем. При замене элементов САУ эквивалентными звеньями возникает возможность упрощенного изображения схемы системы автоматического управления; в этом случае на схеме вычерчиваются только условные обозначения звеньев, заменяющих отдельные участки схем. 5 Структурные схемы при наличии данных о параметрах элементов полностью характеризуют поведение САУ в переходном режиме. Структурная схема САУ отражает процесс передачи и обработки информации в замкнутом контуре системы автоматического управления и математически описывает динамические свойства системы. Весьма важным преимуществом структурных схем является их физическая наглядность,дающая более ясное представление о процессах, происходящих в исследуемой системе. Эквивалентные звенья изображаются в виде прямоугольников, в которых отмечаются функции, характеризующие данные звенья, или проставляется знак, определяющий направление действия звена. Для повышения качества работы автоматические системы часто снабжаются одной или несколькими дополнительными параллельными связями, что превращает их в многоконтурные. В зависимости от назначения характеристики действия и способа включения связи разделяют на: а) главные и дополнительные; б) прямые и обратные; в) положительные и отрицательные; г) жесткие и гибкие; д) простые и перекрещивающиеся; е) внешние и внутренние. Главной называется связь, обеспечивающая замыкание цепи основного контура системы автоматического управления. Дополнительные связи представляют собой параллельные контуры, охватывающие часть звеньев основного контура. Если сигнал, идущий по дополнительной параллельной связи, суммируется [основным сигналом на выходе группы звеньев основного контура, то связь называется прямой. 6 Если сигнал, идущий по дополнительной параллельной связи, подается с выхода на вход группы звеньев основного контура, охваченных дополнительной связью, то связь называется обратной. Если сигнал связи суммируется с основным сигналом, связь называется положительной; если вычитается — отрицательной. 2. Применение гидростатического и гидродинамического нивелирования для определения осадок При строительстве крупных гидротехнических сооружений, где возникают различные помехи для измерений, загроможденность галерей и проходов плотины строительным материалом; при наблюдении за деформациями основания высоких труб, антенных устройств, телевизионных башен, где требуется более высокая точность, чем точность геометрического нивелирования, может применяться гидростатическое нивелирование. Определение превышений между пунктами основано на использовании законов гидростатики. В гидростатических нивелирах сосуды с жидкостью соединены между собой шлангами. Измерения уровня жидкости в сообщающихся сосудах выполняются одновременно после наступления гидростатического равновесия . В настоящее время по теории и практике гидростатического нивелирования опубликовано достаточно большое количество работ. Как и любому другому методу измерения превышений, этому методу присущи инструментальные ошибки и ошибки, обусловленные влиянием внешних условий. К инструментальным ошибкам относятся: а) ошибка, вызванная неточной установкой гидростатических приборов на фиксированные базовые поверхности нивелируемых точек; б) ошибка, вызванная наклоном головки гидростатического прибора; в) ошибка, вызванная работой измерительного устройства; 7 г) ошибка, полученная за счет капиллярных сил и смачивания; д) ошибка, вызванная температурными деформациями отдельных узлов головки гидростатического нивелира; К ошибкам, обусловленным влиянием внешних условий, относятся ошибки вызванные: а) влиянием температуры на жидкость; б) изменением атмосферного давления; в) гидродинамическим характером; г) влиянием вибрации; д) влиянием электростатического поля; е) неучетом кривизны поверхности относимости; ж) влиянием приливообразующих сил; и) локальным распределением пузырьков воздуха в сосудах и соединениях; к) испарением жидкости в сосудах; л) загрязнением жидкости в системе. Ошибка установки переносных гидростатических приборов на фиксированные базовые поверхности нивелируемых точек не превышает 10 мкм. В стационарно установленной системе и относительном характере измерений эта ошибка исключается. Ошибка за наклон головки гидростатического прибора при величине эксцентриситета 3 мм и угле наклона 8' составляет 0,008 мм. Для уменьшения этой ошибки гидростатические приборы следует снабжать круглыми уровнями, посадочную плоскость располагать на продолжении оси измерительного штока. Ошибка работы измерительного устройства зависит от принципа работы, конструкции и диапазона измерений. При использовании микрометренных винтов для фиксации уровня жидкости ошибки могут достигать до 0,04 мм. При дистанционном съеме информации ошибка составляет 0,01 – 0,02 мм. Для повышения точности измерений 8 автоматизированные системы рекомендуется применять при измерении небольших вертикальных перемещений. Ошибка за счет капиллярных сил и смачивания появляется при использовании в конструкции гидростатических приборов капиллярных трубок. Для исключения этой ошибки, которая может достигать 0,001 мм и более, необходимо применять калиброванные сосуды. При перемене мест сосудов эта ошибка исключается. Ошибка за температурные деформации отдельных узлов головки гидростатического нивелирования может достигать 0,006 мм и более, в зависимости от типа материала, из которого изготовлены отдельные узлы измерительных головок. Для уменьшения влияния этой ошибки необходимо уменьшать габариты измерительных головок и изготавливать их узлы из материалов с близкими коэффициентами линейного расширения. По исследованиям, при применении гидростатических систем с большим количеством измерительных головок незначительные утечки жидкости оказывают заметное влияние на точность измерения. Поэтому при измерениях утечка жидкости должна быть полностью исключена герметизацией приборов. Из всех ошибок, обусловленных влиянием внешних условий, наиболее значимой является ошибка, вызванная влиянием изменения температуры жидкости. Для уменьшения влияния этой ошибки применяют термостатирование приборов, что не всегда возможно. В таких случаях вводят поправку за температурное влияние, измеряя температуру в приборах. Для уменьшения влияния температуры предложен двойной гидростатический нивелир. В приборе используются две жидкости, которые имеют разные коэффициенты температурного расширения. Однако, для получения точных измерений температуру жидкости в системе необходимо определять с точностью не ниже 1°С, что не всегда возможно. Для уменьшения влияния температуры рекомендуется шланговые соединения укладывать горизонтально, что обеспечивает минимально необходимый 9 уровень жидкости в измерительных головках. Периодические измерения превышений производить при максимально одинаковых температурных условиях. Одним из недостатков метода гидростатического нивелирования заключается в сложности изготовления измерительных головок. Этот недостаток устранен в методе гидродинамического нивелирования, в котором измерения превышений выполняются в процессе непрерывного изменения уровня жидкости в сообщающихся сосудах. Этот метод полностью автоматизирует измерения более простым и экономичным путем, чем при использовании метода гидростатического нивелирования, тогда, когда требуется точность определения превышений (0,2 – 1,0) мм. Система гидродинамического нивелирования состоит из общего измерительного сосуда, соединенного шлангами с контрольными сосудами, которые устанавливаются на наблюдаемых точках. Площадь сечения общего измерительного сосуда во много раз больше площадей сечения контрольных сосудов. В процессе измерения превышения производится непрерывный равномерный подъем уровня жидкости в измерительном сосуде с некоторого момента времени. При подъеме уровня жидкости колебания уровня жидкости в сосудах затухают достаточно быстро и создается постоянная разность высот. В определенный момент времени происходит касание штока уровнем жидкости в одном из сосудов. В другом способе гидродинамического нивелирования, разработанного авторами , жидкость в процессе измерений перераспределяется только между смежными отсеками сосудов. В этом способе гидронивелир состоит из двух одинаковых сосудов, один из которых устанавливается на репере, другой – на контролируемой разделяющая точке. В каждом сосуде имеется перегородка, внутренний объем жидкости на вспомогательный и измерительный отсеки. Перетекание жидкости происходит через зазор в донной части сосуда. Измерительные отсеки сосудов, свободные от жидкости, соединены воздушными шлангами с камерой давления. В них 10 поддерживается одинаковое и постоянное давление. При измерении превышения с увеличением давления уровень жидкости в измерительных отсеках сосудов поднимается и в момент смачивания штока жидкостью фиксируется датчиками уровня. Для повышения гидродинамического точности измерений нивелирования с предлагает запиранием способ жидкости в контролируемых головках. В систему входит дополнительный сосуд, необходимый для выравнивания уровня жидкости в системе перед началом измерений. Измерения выполняются после выравнивания жидкости во всех измерительных головках. Затем платформа, на которой установлены измерительные головки и дополнительный сосуд, поднимается с помощью электродвигателя до тех пор, пока жидкость не заполнит все контролируемые головки и не произойдет запирание жидкости. В измерительных головках, после запирания жидкости в контролируемых головках, поверхность жидкости остается свободной, и по ней выполняются измерения. Уровень жидкости регистрируется датчиками ПЗС (прибор с зарядной связью). Для упрощения конструкции автором предлагается радиальная гидродинамическая система. В этой системе одна измерительная головка соединяется шлангами с несколькими контролируемыми головками. В Ереванском политехническом институте выпускается система гидродинамического нивелирования СГДН-10Д и ее модернизированный вариант СГДН-10ДМ . Диапазон измеряемых превышений этими системами составляет 100 мм и 300 мм соответственно. Средняя квадратическая ошибка измерения превышения находится в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм. В систему входят десять контролируемых сосудов, один измерительный сосуд и блок управления. Для подъема измерительного сосуда используется подъемное устройство с электродвигателем. Перемещения измерительного сосуда регистрируется кодирующим диском. При касании уровня жидкости электродом контролируемого сосуда вырабатывается сигнал остановки счета и происходит закрывание клапана измерительного сосуда. 11 Для сокращения длительности цикла измерений предлагается использовать двухступенчатый бак или в работах ввести поршневую систему в конструкцию поршневого бака. Рассмотрим современный автоматизированный высокоточный гидростатический нивелир ASW101NДанная измерительная система позволяет автоматически производить точные измерения, отслеживая процессы оседания и подъема оборудования, турбин, фундаментов и зданий в экстремальных условиях окружающей среды (высокие температуры, сильные вибрации и удары, мощные электромагнитные поля). Она используется в качестве стационарной системы с измерительными датчиками в количестве от 2 до 30, с точностью отсчитывания до 0,01 мм. 12 Работа измерительных гидростатического систем нивелира. основана Измерения на идее позволяют стационарного контролировать вертикальные перемещения датчиков относительно горизонтальной опорной 13 плоскости. Таким образом, становится возможным непрерывный автоматический мониторинг промышленных и исторических зданий, мостов, трибун, насосов и аналогичных объектов. Автоматический высокоточный гидростатический нивелир ASW 101 N специально разработан для экстремальных условий окружающей среды. ASW 101 N гарантирует постоянное получение надежных результатов при автоматическом мониторинге вертикальных смещений объекта в самых экстремальных условиях окружающей среды. В частности, рефракция, турбулентность воздуха и разница температур не могут быть исключены при других геодезических методах. Гидростатический нивелир позволяет гарантировать непрерывную регистрацию деформаций измеряемых объектов. Гидростатический нивелир должен быть установлен горизонтально. Контроль и графический анализ производятся при помощи персонального компьютера. Специальное программное обеспечение осуществляет коррекцию измеренных значений за температуру. Области применения Непрерывные измерения в автоматическом режиме для мониторинга процессов деформации зданий, дамб, мостов и фундаментов. Наблюдение и проверка процессов монтажа при строительстве, а также влияние выемки грунта под котлован рядом с существующими зданиями. Системы раннего выявления повреждений и наблюдение за устранением повреждений. Критические ситуации выявляются немедленно путем сравнения с предельными значениями. Определение деформаций под воздействием динамических нагрузок на промышленные объекты, например, на фундаменты турбин или на опоры валов турбин. Подтверждение повреждения шахт от воздействия перемещения горных пород Преимущества 14 Полностью автоматизированная регистрация деформаций наблюдаемого объекта. Измерения производятся для всех точек одновременно, что позволяет мгновенно делать выводы относительно происходящих изменений. Высокая точность в самых сложных условиях окружающей среды. Максимально комфортное наблюдение за объектами. Технические характеристики: Диапазон измерений от 0 до 50 мм Средняя ошибка измерений, до ± 0.02мм откорректированных за с температуру Точность измерительного датчика 0,01 мм Разрешение измерительной системы 0,005 мм Диапазон рабочих температур - 25°C ...+ 85°C Количество датчиков до 30 Напряжение 220/230В (24В) Размеры Высота 385 мм Ширина 225 мм Вес 7,5 кг Измерительные циклы: произвольно: ≥ 3 минуты при слежении: ≥30 секунд Сбор данных: Измеренные значения сохраняются в формате ASCII Графика (по запросу): Выполняемые в реальном времени или в постобработке графики измеренных значений, температур и высоты уровня жидкости. 15 3. Мониторинг деформаций мостовых переходов (на примере моста через бухту Золотой Рог) Замысел строительства моста через бухту Золотой Рог появился еще в конце XIX века, о реализовать его удалось лишь в наши дни. Этот мостовой переход является завершающим этапом автомобильной магистрали аэропорт Кневичи – ст. Санаторная, которая будет использоваться как гостевой маршрут делегаций стран-участниц саммита АТЭС-2012 во Владивостоке. Она соединит кратчайшим путем центральную часть города с перспективным районом - полуостровом Голдобина и обеспечит выход к мосту на остров Русский через пролив Босфор Восточный. Задуманный и реализуемый таким образом проект вантового мостового перехода через бухту Золотой Рог впечатляет. Он будет иметь длину 1387,0м и ширину 28,5м,высота его пилонов составит 226 м. Погодные условия в зоне возведения мостового перехода также готовят массу неприятных подарков строителям: плотные туманы, частые 16 внезапные шкальные осадки, сопровождаемые сильным ветром до 15–20 м/с. Следует отметить, что нижняя граница облачности, как правило, располагается на высоте около 70– 80м. Применение только традиционных методов геодезических измерений с использованием электроннооптических приборов в сложившихся условиях не обеспечивает высокую скорость, достоверность и синхронность измерений, так чтобы контролировать процесс возведения опор моста с заданной проектом точностью. Кроме того, на пространственное положение возводимых пилонов существенное влияние оказывает резкий нагрев их поверхностей под воздействием солнечного излучения. Под влиянием солнечной радиации опоры совершают движение по эллипсообразной кривой, его сопровождают порывы ветра и работа грузоподъемных механизмов. Низкая граница облачности, частые туманы, а значит потеря оптической видимости, значительная рефракция в солнечную погоду и возможность ошибки при ручной обработке данных затрудняют применение оптико-электроных геодезических инструментов (электронных тахеометров) для определения текущих наклонов. Для устранения влияния выше приведенных факторов специалистами ЗАО "Институт Гипростроймост - Санкт-Петербург", ООО "Инжиниринговый центр ГФК", ООО "Мостовое бюро" была разработана и применена автоматизированная система комплексного контроля наклона пилонов. Она предназначена для определения и учета наклонов возводимых пилонов №8, 9 по двум осям (X, Y) в автоматическом режиме и расчета поправок координат проекта для выноса на натуру. В последние микропроцессорной десятилетия техники именно появилась в связи возможность с развитием использовать достижения в этой области для создания технических систем непрерывного мониторинга (контроля) за сложными, уникальными инженерными сооружениями, в том числе внеклассными мостами, на различных стадиях их строительства и эксплуатации. 17 Целевая функция мониторинга - круглосуточно, в непрерывном режиме регистрировать изменения основных параметров состояния несущих конструкций сооружения как реакции на изменение во времени ветрового воздействия, температуры, обращающейся по мосту временной нагрузки (при ее наличии) и производить их сравнение с установленными граничными значениями. Согласно нормам действующего законодательства, автодорожный вантовый мост через бухту Золотой Рог относится к категории внеклассных мостовых переходов. Для данной категории мостовых сооружений в статьях Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" определены общие требования к качественному и количественному составу технических средств непрерывного мониторинга. Категория объекта устанавливается согласно статье 48 Градостроительного кодекса Российской Федерации и перечню "Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты" (введен Федеральным законом от 18.12.2006 № 232-ФЗ). 18 Следует отметить, что система мониторинга состояния несущих конструкций сооружений (СМИК) в составе структурированной системы мониторинга и управления сооружением (СМИС) входит в объектовое звено единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС), дежурнодиспетчерской службы ДДС и единой дежурно-диспетчерской службы ЕДДС. Информация системы СМИК о технических параметрах состояния мостового перехода доступна пользователям на всех стадиях жизненного цикла сооружения. При этом в рамках решения поставленных задач комплекса контроля наклона пилонов идеология СМИК моста через бухту Золотой Рог предусматривала создание двух проектов - на период строительства и для постоянной эксплуатации. Разработанная система включает в себя измерительный комплекс контроля наклона пилонов, средства анализа и учета влияния внешних климатических воздействий. Таким образом, реализуется первая часть идеологии построения системы непрерывного мониторинга - обеспечение этапа строительства мостового перехода. 19 Система мониторинга состояния конструкций мостового перехода представляет собой симбиоз программноаппаратных средств, таким образом обеспечивается взаимосвязь инструментальных и интеллектуальных подсистем со следующими функциями: визуализация данных о состоянии конструкции с возможностью интеграции в географические информационные системы (ГИС,GIS), с различными формами отчетов о вешних воздействующих силах (условиях); проведение измерений в режиме реального времени; обеспечение сбора, передачи и маршрутизации данных в непрерывных и дискретных режимах; анализ данных с использованием накопленных баз данных; интеллектуальная система принятия решения (СППР), которая предлагает выполнение ряда действий (операций), основанных на сценариях возможного развития событий. Все подсистемы хранения, передачи и отображения данных СМИК позволяют предоставить доступ к ним значительному числу пользователей. Вывод данных для пользователя предусмотрен в соответствии с требованиями национального стандарта РФ ГОСТ Р 22.1.12-2005 и методикой мониторинга состояния несущих конструкций зданий и сооружений. Согласно требованиям методики, критерии оценки изменения состояния мостового перехода в реализованной системе имеют следующие уровни: состояние нарушения нормальной эксплуатации соответствует второму предельному состоянию, для которого значения определенных при мониторинге интегральных характеристик несущих конструкций находятся в границах, определенных в паспорте мониторинга для нагрузок и/или воздействий в диапазоне от нормативных до расчетных; предаварийное изменение состояния соответствует первому предельному состоянию, когда значения определенных при мониторинге 20 интегральных характеристик несущих конструкций находятся в границах, определенных в паспорте мониторинга для нагрузок и/или воздействий, равных или превышающих расчетные. Основные положения системы В основе проектирования комплекса контроля наклона опор (ККНО) лежит разработанная в ЗАО "Институт Гипростроймост - Санкт-Петербург" программа методики мониторинга (ПММ). В ней приведен перечень измеряемых величин, периодичность измерений, методы математической обработки данных, место проведения измерений. Основные положения системы В основе проектирования комплекса контроля наклона опор (ККНО) лежит разработанная в ЗАО "Институт Гипростроймост - Санкт-Петербург" программа методики мониторинга (ПММ). В ней приведен перечень измеряемых величин, периодичность измерений, методы математической обработки данных, место проведения измерений. 21 Для автодорожного вантового моста через бухту Золотой Рог контролю подлежат четыре вида параметров: контроль механических напряжений с помощью измерений деформаций конструкций, в общем случае связанных нелинейными зависимостями с механическими напряжениями в элементах; контроль перемещений путем наблюдения за деформациями конструкций (углами наклона стоек пилонов, углами поворота в сечениях, перемещением вершин стоек пилонов и середины пролетного строения); контроль влияния внешней среды (климатическое воздействие); измерение осуществляется в нескольких наиболее характерных точках и сечениях; регистрируемые параметры: температура, скорость и направление ветра, влажность и т.д.; контроль вибраций, который позволяет определить собственные формы колебаний конструкции мостового перехода в целом и ее элементов. 22 При данных видах наблюдений в каждый момент времени устанавливается фактическое состояние конструкций по отношению к проекту и компьютерной расчетной модели. Состав аппаратных средств ККНО: высокоточные инклинометры — двухплоскостные геотехнические датчики наклона Leica Nivel 220; высокоточные термодатчики STS для контроля температуры приповерхностного слоя бетона; 23 метеостанции на базе датчика Vaisala WXT-520; каналы связи, беспроводные и проводные; серверы сбора геотехнических и метеорологических данных; программное обеспечение сбора и анализа измеряемых данных, установленное на серверах; программное обеспечения для создания web-страниц геотехнических измерений и метеоданных; оборудование аппаратуры энергоснабжения. Описание работы ККНО: высокоточные инклинометры Leica Nivel 220 установлены, согласно программе расчета конструкций мостового сооружения, на высотных отметках +60, +130, +175 м на стороне пилона, параллельной пролетному строению, так чтобы ось Y располагалась вдоль ось моста. Плановая проектная высота опор моста составит около 226 м. Система ККНО отслеживает процесс постепенной надстройки высоты пилона с установкой сердечника и процесс укладки бетонной смеси с наращиванием длинны пролетного строения и постепенной установкой вантовых тросов. Инклинометр, расположенный на отметке +60 м, был установлен за опорой, так как через нее проходит пролетное строение, каркас которого расположен ниже этой высоты и имеет максимальную жесткость при деформировании и кручении. Поскольку места крепления вант расположены выше отметки +130 м, для возможной установки дополнительных инклинометров по мере увеличения высоты пилонов были выбраны высоты +130 и +175 м. Все эти инклинометры объединены в локальную сеть и подключены посредством каналов связи к серверу сбора геотехнических (геодезических) данных. Опрос инклинометров осуществляется с различной скважностью и настраивается в зависимости от требуемых задач. Максимальная частота опроса - 1 раз за 10 с. Кроме того, на каждой из вышеназванных отметок и на отметке +3 м с наружной стороны в тело пилона установлены термодатчики STS, которые 24 объединены общей локальной сетью, также подключенной к серверу сбора геотехнических данных. При этом, здесь существует возможность сбора (считывания) информации с различным периодом опроса и по заранее составленному сценарию. Для определения величины возмущающих метеорологических факторов на пролетном строении установлен метеодатчик (метеосенсор), информация с которого поступает на сервер обработки метеоданных (метеосервер). На метеосервере выделяются значения, которые пересылаются в базу данных системы, также формируются http-страницы, размещаемые на веб-ресурсах. Сервер размещен в офисе филиала ООО "Мостовое бюро" во Владивостоке, который расположен в 400 м от опоры № 8 и в 1100 м от опоры № 9 на другом берегу бухты Золотой Рог. ККНО использует различные каналы связи, которые обеспечивают надежную передачу данных. Для непрерывного функционирования ККНО в системе энергоснабжения установлены бесперебойные источники питания. Вся аппаратура собрана в шкафах антивандального исполнения. Для эксплуатации в зимних условиях шкафы термостабилизированного электроподогрева. 25 снабжены системой Ядром ККНО является программа GeoMoS, состоящая из нескольких модулей. Модуль GeoMoS Monitorосуществляет опрос аппаратуры датчиков по определенной временной программе и сохраняет информацию в базе данных SQL на сервере сбора геотехнических данных. Модуль отслеживает все возникающие события в ККНО: увеличение любого смещения или координаты до разрыва канала связи, пропадание питания и работу от резервного бесперебойного источника (UPS). При возникновении и регистрации какого-либо события происходит уведомление персонала и ответственных лиц при помощи факсимильных сообщений, SMS-рассылки, электронных писем или включением исполнительных устройств (светофора, звуковой сирены, шлагбаума). Модуль позволяет производить резервное копирование данных. С помощью дополнительно приобретенной программы 26 эти данные можно периодически посылать на адрес указанного резервного или обменного информационного пространства. Модуль GeoMoS Analyzer предназначен для анализа, постобработки и графического представления результатов мониторинга. Модуль Leica GeoMoS Web представляет собой простое и удобное приложение, которое обеспечивает доступ к данным мониторинга через стандартные веббраузеры. Правила доступа устанавливаются индивидуально. Любой авторизованный пользователь получает возможность просматривать данные мониторинга со своего компьютера, коммуникатора или мобильного телефона, включая изображения с веб-камеры. Помимо программного обеспечения компании Leica разработчики системы подготовили собственное программное обеспечение, позволяющее производить анализ и сопоставление накопленных данных. Заключение Работа системы мониторинга ККНО во время строительства зарекомендовала себя в целом с положительной стороны, завершение этапа наблюдений совпадает с окончанием работ по асфальтированию пролетного строения, приведением пролетного строения в проектное положение. На сегодняшний день ведутся работы по монтажу и поэтапному вводу систем мониторинга на срок эксплуатации мостового перехода, которые заменят системы мониторинга, служившие в период строительства. Поэтапно инсталлируемая на мостовом переходе информационноизмерительная функциональным система непрерывного задачам, возложенным мониторинга на нее в соответствует соответствии с действующими нормативными документами и проектными решениями. Разработчиками системы мониторинга на всех этапах достигнут баланс между максимально возможной информативностью и минимальным количеством контрольных точек. Определенные и установленные граничные значения для каждого типа датчиков позволяют обеспечить безопасную эксплуатацию сооружения (мостового 27 перехода). Технические характеристики приборов, применяемых для мониторинга деформационного состояния мостовых переходов приведены ниже. 28 Технические характеристики спутниковых приемников GMX901 ClearTrack GNSS технология Типы каналов измерение ClearTrack Спутниковая технология измерения Точность измерений Режим «Статика» В плане По высоте Выходные данные Вес Размеры Температурный диапазон Работы Хранения Влажность. Атмосферные воздействия. Вибрация/Удар Электропитание. Диапазон питающего напряжения. Потребляемая мощность. Разъёмы Внешнее электропитание Выходные данные Антенна 12 каналов, GPS L1, 1 Hz фазы несущей полной длины волны, С/А «грубый» код Типовое время «захвата» всех видимых спутников после включения питания – 30 сек. Устойчивое слежение за спутниковым сигналом. Подавление помех отражённого сигнала, уменьшение влияния перекрёстных помех. Дифференциальные измерения с постобработкой (СКО) 5 мм + 2 ppm 10 мм + 2 ppm Двоичный код Leica binary (LB2), «сырые» спутниковые измерения 0.7 кг 187х60 мм от – 40°C до + 65°С от - 40°С до + 80°С До 95% IP67 – защита от дождя и пыли. Защита от кратковременного погружения на глубину до 1м. 10 Hz - 500 Hz, ± 0.35 mm, 5g до 40g, время ударов 6 мс. 12V постоянного тока От 5V до 28V 1.7Вт Один разъём типа LEMO LEMO-1, 8(pin) контактов, скорость 4800-115200 бод Антенна совмещена в одном корпусе с приёмником. 29 Технические харектеристики спутниковых приемников GMX902 GNSS технология SmartTrack+ Типы каналов L1 измерение L2 измерение SmartTrack+ Передовая спутниковая технология измерений. Точность измерений фазы несущей: фазы кода: Светодиодная индикация Программное обеспечение управления приёмником Выходные данные Вес Размеры Температурный диапазон Работы Хранения Влажность. Атмосферные воздействия. Вибрация/Удар Электропитание. Диапазон питающего напряжения. Два входа питания. Потребляемая мощность. Разъёмы Внешнее электропитание 14 GPS L1+ 14 L2 каналов, 12 ГЛОНАСС L1+ 14 L2 каналов, частота измерений 20Hz. Фазы полной длины волны С/А гражданский код По фазе полной длины волны, AS выкл. Р2/Р-код. Одинаковая точность при AS выключен или включён Типовое время «захвата» всех видимых спутников после включения питания – 30 сек. Время восстановления «захвата» сигнала после потери спутника в пределах 1 сек. Высокая чувствительность: «захват» более 99% всех видимых спутников выше 10° горизонта. Устойчивое слежение за спутниковым сигналом. Подавление помех отражённого сигнала, уменьшение влияния перекрёстных помех. L1: 0.2 мм среднеквадратическое отклонение (СКО) L2: 0.2 мм среднеквадратическое отклонение (СКО) L1:20 мм среднеквадратическое отклонение (СКО) L2: 20 мм среднеквадратическое отклонение (СКО) Питание, «захват» сигнала, передача данных Программа Leica GNSS Spider – по для управления одним или сетью приёмников, для вычисления положения и создания Rinex файлов для постобработки Двоичный код Leica binary (LB2), «сырые» спутниковые измерения 0.8 кг 167х123х40 мм от – 40°C до + 65°С от - 40°С до + 80°С До 95% IP67 – защита от дождя и пыли. Защита от кратковременного погружения на глубину до 1м. 10 Hz - 500 Hz, ± 0.7 mm, 5g, до 25g, время ударов 6 мс. 12V постоянного тока От 10.5V до 28V (основной и резервный) 2.0Вт, спящий режим 0.007Вт Один разъём типа LEMO с 2-мя различными группами контактов 30 Последовательный порт Тип антенны Рекомендуемые типы антенн Два независимых выходных разъёма типа LEMO-1, 8(pin) контактов, TNC Leica AX1202 GG, Leica AT504 GG Технические характеристики высокоточного датчика наклона Leica Nivel 210/220. Диапазон измерений Минимальная величина единицы измерения Температурная стабильность Точность Электропитание Ток потребления Размеры Вес Условия эксплуатации: Температурный диапазон работы Температурный диапазон хранения Пыле и влагозащита Влажность Диапазон От мрад/сс мрад сс А -1.51 -960 В -2.51 -160 С -3.0 -1900 До мрад/сс мрад +1.51 +2.51 +3.0 Миллирадиан Сантисекунда 0.001 0.6 Мрад/С° сс/С° сс +960 +1600 +1900 0.00471 <3 А ±0.0047 ±3 В ±0.0141 ±9 С ±0.0471 ±30 Напряжение питания 12V Диапазон 9-15V Ток 50mA Мощность 0.6Вт 95х91х68 мм 0.74 кг – 20° до +50°С – 40° до +70°С IP50 (IEC 60529) – от воды, пыли и песка До 95% - эффект конденсации устраняется при периодической просушки прибора. 31 Функции усреднения Возможность адресации Время цикла измерений Интерфейс Может быть вычислено среднее значение до 128 последовательных измерений На одной шине-магистрале может быть до 32 датчиков со своими адресами 300 мсек Nivel 210 RS232 Nivel 220 RS485 Скорость обмена данными 1200, 2400, 9600, 19200, 38400 Технические характеристики тахеометра ТМ30. Угловые измерения Точность1) Разрешение дисплея Метод 0.5" и 1.0" 0.01" Абсолютный, непрерывный Линейные измерения на отражатель Дальность стандартный GPR1 круговой 360 пленка 60х60 3500 м 1500 м 250 м Точность2)/Время измерения на отражатель 0.6мм+1ррм/7s точный режим3) 1мм+1ррм/2.4s стандартный режим Точность2),4),5)/Время измерения на пленку 1мм+1ррм/7s дальность6) Линейные измерения без отражателя 1000м 32 точность2),7)/время измерения размер пятна на 30м/50м 2мм+2ррм/3s 7мм*10мм/8мм*20мм Сервомоторы Максимальное ускорение 360°/s2 Скорость вращения 180°/s Время смены круга 2.9s Время позиционирования 180° за 2.3s DirectDrive основаный на Метод пьезотехнологиях Автоматическое Распознавание Цели Automatic Target Recognition (ATR) Дальность в режиме ATR/ в режиме LOCK 1000м/800м стандартный отражатель (GPR1) 800м/600М отражатель 360° (GRZ4,GRZ122) Точность1)/Время измерения в режиме ATR угловая Hz, V 1" наведения при при стандартных 1мм работах 2мм наведения на 1000м 3-4s время измерения (GPR1) Power Search Дальность5),8) на отражатель 360° 300м (GRZ4,GRZ122) Время поиска9) 5s Общие данные 30х Увеличение от 1.7м до ∝ Фокусирование VGA, цветной, сенсорный, Дисплей односторонний Клавиатура односторняя клавиши с подсветкой Память внутреняя 256 Мб карта памяти CompactFlash до 1Гб Интерфейс RS232, Bluetooth® ТРИ бесконечных винта для работы одной или двумя руками Назначаемая пользователем клавиша SmartKey Створоуказатель 33 Время работы от батареи 9ч Потребление в режиме ожидания 5.9W 1) В соответствии со стандартом ISO-17123-3 2) В соответствии со стандартом ISO-17123-4 3) Сплошная облачность, без дымки, видимость 40 км, без теплового мерцания, до 1000м, отражатель GPH1P 4) Расстояние > 10 m 5) Отражатель точно наведен на инструмент 6) С блендой, сплошная облачность, Kodak Gray Card (90% reflective) 7) Расстояние > 500 m 4 mm+2 ppm 8) Средние атмосферные условия 9) В зависимости от расстояния до цели 34 Заключение Анализ применения современных автоматизированных комплексов показал, что их применение позволяет решить весь круг задач геодезического обеспечения мониторинга инженерных сооружений. Наиболее эффективными являются системы, включающие в себя современные автоматизированные электронные тахеометры, спутниковые геодезические приёмники, различные датчики и средства визуализация данных о состоянии конструкций сооружений с возможностью интеграции в информационные системы. Для высокоточных измерений осадок следует применять, наряду с высокоточным геометрическим нивелированием и гидронивелирование. Однако следует учитывать, что одним из недостатков метода гидростатического нивелирования заключается в сложности изготовления измерительных головок. Этот недостаток устранен в методе гидродинамического нивелирования, в котором измерения превышений выполняются в процессе непрерывного изменения уровня жидкости в сообщающихся сосудах. Этот метод полностью автоматизирует измерения более простым и экономичным путем, чем при использовании метода гидростатического нивелирования, тогда, когда требуется точность определения превышений (0,2 – 1,0) мм. Для определения деформаций мостовых переходов, например, можно применять систему мониторинга, разработанную для слежения за мостовым переходом через бухту в г. Владивостоке. Анализ работы которой показал, что их серийно выпускаемых приборов можно скомпоновать вполне работоспособную систему мониторинга. 35 Список использованных источников 1. В.П. Савиных. Теория и практика автоматизации высокоточных измерений в прикладной геодезии. Учебное пособие. - М.: Академический проект: Альма Матер, 2009. – 394 с 2. Интернет-ресурс: http//www.icentre-gfk.ru 3. Интернет-ресурс: http://www.navgeocom.ru 36