УДК 528.482

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ОСНОВАНИЙ ФУНДАМЕНТОВ ПО ТОПОГРАФО-ГЕОДЕЗИЧЕСКИМ ИЗМЕРЕНИЯМ

Гуляев Юрий Павлович1, Гуляев Павел Юрьевич2
1Сибирский государственный университет геосистем и технологий, г. Новосибирск, доктор технических наук, профессор, кафедра высшей геодезии
2Югорский государственный университет, г. Ханты-Мансийск, доктор технических наук, заведующий кафедрой физико-химии процессов и материалов

Аннотация
В работе рассмотрена история развития теории прогнозирования процессов неравномерной осадки оснований уникальных инженерных сооружений по результатам геодезических наблюдений динамики перемещения неравномерной сетки маркеров. Предложено разделять две главные компоненты тренда на случайную и детерменированную составляющую. Случайная составляющая деформации выделяется с помощью фильтра Калмана, который строится на основе динамической модели объекта.

Ключевые слова: геодезический мониторинг, деформация сооружений, математическая модель, неразрушающий контроль, основание фундамента, фильтр Калмана


NONDESTRUCTIVE TESTING AND MATHEMATICAL MODELING OF DEFORMATION BASES FOR TOPOGRAPHIC AND GEODETIC MEASUREMENTS

Gulyaev Yuriy Pavlovich1, Gulyaev Pavel Yurievich2
1Siberian State University Geosystems and Technology, Novosibirsk, Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Higher Geodesy
2Ugra State University, Khanty-Mansiysk, Doctor of Technical Sciences, Head of the Department of Physics and Chemistry of processes and materials

Abstract
The paper considers the history of the development of the theory of forecasting the processes of uneven rainfall grounds of unique engineering facilities on the results of geodetic observations of the dynamics of movement of non-uniform grid markers. It is proposed to separate the two main components of the trend and a random component determenirovannuyu. Random component of the strain is released by using a Kalman filter, which is based on a dynamic model of the object.

Keywords: base of the foundation, deformation structures, geodetic monitoring, Kalman filter, mathematical model, non-destructive testing


Библиографическая ссылка на статью:
Гуляев Ю.П., Гуляев П.Ю. Неразрушающий контроль и математическое моделирование деформаций оснований фундаментов по топографо-геодезическим измерениям // Современная техника и технологии. 2015. № 11 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/11/8170 (дата обращения: 04.10.2017).

Введение.

На урбанизированных территориях активно развивается экогеологические процессы , вызывающие деформации зданий и сооружений, аварии и катастрофы. Использование геодинамики сопряжено с большими трудностями и затратами из-за недоступности геологической среды или непосредственных пространственно-временных наблюдений. Нами выполнена научно-производственная разработка технологии геодезическо-гравиметрического мониторинга техногенных геодинамики и деформаций  [1, 4, 10].

Достоинства этого мониторинга выражаются в присущих методам неразрушающего контроля комплексности, помехоустойчивости, мобильности и экономичности проведения всех этапов контроля исследуемых процессов.

Основные этапы представляемых мониторинговых исследований:

1. разработка и реализация для конкретных условий научно обоснованный программы геодезической гравиметрических и других натурных наблюдений за экологическими, деформационными процессами и вызывающими их факторы природного и техногенного характера [2, 6, 7];

2 математическая обработка результатов наблюдений за мобильными планами и высокоточные геодезические сетями объективного выявления с высокой точностью параметров гемодинамики и деформаций [3, 5, 8, 9];

3 математическая обработка и моделирование результатов геодезическо-гравиметрических наблюдений и имеющейся геологической информации для выделения локальных малоинтенсивных аномалии и их динамики с последующей  и соответствующей им оценкой геологоплотностных характеристик разрезов и сейсмотектонической обстановки [11, 12, 13];

4. математическое моделирование исследуемых процессов по результатам Геодезическая гравиметрических и других натурных наблюдений целью анализа и прогноза развития и геодинамики и деформации [14, 15, 16].

Постановка задачи.

Под мониторингом исполнительных съемок мы понимаем, в широком смысле, топографо-геодезической регистрацию текущих пространственно-временных изменений, возникающих в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений, промышленных объектов различного назначения [17, 18]. Результаты исполнительных съемок должны служить для обновления существующей цифровой топографической основы, ведения дежурных генеральных планов, анализа и прогнозирования градостроительной и экологической ситуации [19, 20].

Использование цифровой топографической основы вызывает необходимость поиска новых методов ввода результатов исполнительных съемок в из строительного, экологического и других видов кадастра.

Существующие методы не соответствует мониторинг условий регистрации информации в части ее накопления, замены и согласования по точности. В качестве метода мониторинговой  обработки результатов исполнительных съемок предлагаем использовать алгоритмы методов оптимальной фильтрации [13, 14, 17]. Приводим один из вариантов его применения.

Математическая модель алгоритма неразрушающего контроля.

Совокупность измерений, используемых для обновления цифровых топографических планов и карт разделим на две группы. К первой группе отнесем измерения, обеспечивающие взаимное ориентирование снимаемых объектов в пределах обновляемого участка [18, 19]. Ко второй группе отнесем измерения, выполняемые для привязки участка опорной геодезической сети [20, 21].

Рассмотрим критерии оптимального мониторингового обновлением топографической основы в связи с представленным разделением топографо-геодезической информации.

 

Подлежащие обработке измерения Y , выполненные в процессе создания геодезической основы и производства  исполнительных съемок, связаны функциональным соотношением F с  координатами определяемых точек X и ошибками измерений V. Математическую модель измерений запишем в матрично-векторном виде:

Y = F(X) + V                                                             (1)

Единый алгоритм обработки показанных выше групп измерений (1) должен обеспечивать минимизацию функционала:

Ф(X) = [Y – F(X)]T Qv-1 [Y – F(X)] + (X-Xo)TQx,o-1(X-Xo),                                 (2)

где Xo, Qx,o – полученная из предшествующих измерений априорная информация в виде начальных оценок координат и их обратной весовой матрицы.

Минимизация функционала (2) легко выполняется линеаризованным дискретным фильтром Калмана [22].  При этом обеспечивается стабильность решением и возможность обработки разнообразной измерительной информации. В рамках предлагаемого алгоритма пропадает необходимость различать вышеуказанный группы измерений. В настоящее время нами разрабатывается программные обеспечения для реализации алгоритма обработки мониторинга исполнительных съемок и подготавливается его внедрение в ГИС градостроительного кадастра [23].

Выводы.

Внедрение разработанной нами технологии мониторинговых исследований позволяет принимать своевременные меры по повышению надежности и долговечности безопасности эксплуатации зданий и сооружений, по предотвращению в России аварий и катастроф.

  1. Разработан алгоритм обработки данных неравномерной просадки оснований уникальных инженерных сооружений по результатам геодезических наблюдений динамики перемещения неравномерной сетки маркеров.
  2. Предложено разделять две главные компоненты тренда на случайную и детерменированную составляющую. Случайная составляющая деформации выделяется с помощью фильтра Калмана, который строится на основе динамической модели объекта.

Библиографический список
  1. Гуляев Ю.П.  Определение методом корреляции закономерностей деформации фундаментов //Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. 1973. № 10. С. 169.
  2. Кулешов Д.А., Гуляев Ю.П. Некоторые задачи и методологические принципы математического моделирования деформаций оснований сооружений по геодезическим данным //Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 1976. № 4. С. 7.
  3. Гуляев Ю.П. Прогнозирование деформаций инженерных сооружений по геодезическим данным на основе теории динамических систем//Изв. вузов. «Геодезия и аэрофотосъемка». -1981. -№ 5. -С. 64-69.
  4. Гуляев Ю.П. Контрольное прогнозирование осадки машинного зала Красноярской ГЭС//Геодезические работы при монтаже и эксплуатации технологического оборудования. -Новосибирск: НИИГАиК, 1982. -С. 27-33.
  5. Гуляев Ю.П., Рязанцев Г.Е., Соловьев А.Н. Опыт прогнозирования осадки сооружения по геодезическим данным в эксплуатационный период// Вопросы атомной науки и техники. Серия: Обеспечение безопасности АЭС. 1982. Вып. 1 (11). С. 77-81.
  6. Гуляев Ю.П.  О прогнозировании деформации сооружений по геодезическим данным //Геодезия и картография. -1983. № 12. С. 17.
  7. Гуляев Ю.П. Нелинейная динамическая модель для прогнозирования перемещений наблюдаемых точек сооружения// Геодезия и фотограмметрия в горном деле. -Свердловск: СГИ, 1983. -С. 28-32.
  8. Гуляев Ю.П. Алгоритм оценивания параметров динамической модели и прогнозирования процесса перемещений наблюдаемых точек сооружения//Изв. вузов. «Геодезия и аэрофотосъемка». -1984. -№ 3. -С. 26-32.
  9. Гуляев Ю.П. Анализ перемещений наблюдаемых точек бетонной плотины с помощью динамических моделей//Геодезия и картография. -1984. -№ 11. -С. 23-25.
  10. Гуляев Ю.П. Классификация и взаимосвязь математических моделей для прогнозирования процессов деформации сооружений по геодезическим данным//Изв. вузов. «Геодезия и аэрофотосъемка». -1985. -№ 1. -С. 39-44.
  11. Гуляев Ю.П. Динамическая модель для прогнозирования осадки проектируемого сооружения//Геодезия и картография. -1985. -№ 11. -С. 23-26.
  12. Гуляев Ю. П., Павлов А. П. Геодезические исследования техногенной геодинамики на строящейся Богучансткой ГЭС//Гидротехническое строительство. -1993. -№ 9. -С. 8-11.
  13. Гуляев П.Ю., Гуляев Ю.П., Долматов А.В. Байесовское восстановление цвета цифровых изображений//Вестник Сибирской государственной геодезической академии. -1997. № 2. С. 114-115.
  14. Гуляев Ю. П.  О методологии геодезического мониторинга природно-технических систем//Геодезия и картография. 2006. № 3. С. 19-24.
  15. Гуляев Ю. П.  Анализ подходов к обоснованию точности геодезических наблюдений за деформационными процессами//Геодезия и картография. 2007. № 8. С. 11-16.
  16. Гуляев Ю.П., Максименко Л.А.  Анализ развития процесса осадки высотного здания МГУ//Интерэкспо Гео-Сибирь. 2008. Т. 1. № 1. С. 36-42.
  17. Гуляев Ю. П. Прогнозирование деформаций сооружений на основе результатов геодезических наблюдений. -Новосибирск: СГГА, 2008. -256 с.
  18. Гуляев Ю. П., Максименко Л. И., Хорошилов Е. В. Параметры осадок фундаментов как характеристики состояния зданий//Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2009. № 5. С. 44-48.
  19. Гуляев Ю.П., Осьмушкин В.С.  Уплотнение лёссовидных просадочных грунтов замачиванием//Научно-технический журнал «Горная Промышленность». 2009. № 5 (87). С. 70-71.
  20. Гуляев Ю.П., Васильев Е.А.  Прогнозирование просадки здания при искусственном замачивании основания//Научно-технический журнал «Горная Промышленность». 2010. № 1 (89). С. 64-66.
  21. Васильев Е.А., Гуляев Ю.П., Павловская О.Г. О повышении эффективности геодезических исследований динамики оползневых склонов//Геодезия и картография. -2010. -№ 9. -С. 6-9.
  22. Гуляев Ю. П., Хорошилов В. С. Математическое моделирование. Анализ и прогнозирование деформаций сооружений по геодезическим данным на основе кинематической модели: учеб. пособие. -Новосибирск: СГГА, 2012. -93 с.
  23. Гуляев Ю.П., Хорошилов В.С., Лисицкий Д.В.  О корректном подходе к математическому моделированию деформационных процессов инженерных сооружений по геодезическим данным//Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2014. № S4. С. 22-29.


Все статьи автора «Гуляев Павел Юрьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: