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.
- Разработан алгоритм обработки данных неравномерной просадки 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.
Библиографический список
- Гуляев Ю.П. Определение методом корреляции закономерностей деформации фундаментов //Известия высших учебных заведений. Строительство и архитектура. 1973. № 10. С. 169.
- 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.
- 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.
- Гуляев Ю.П. Контрольное прогнозирование осадки машинного зала Красноярской ГЭС//Геодезические работы при монтаже и эксплуатации технологического оборудования. -Новосибирск: НИИГАиК, 1982. -С. 27-33.
- 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.
- Гуляев Ю.П. О прогнозировании деформации сооружений по геодезическим данным //Геодезия и картография. -1983. № 12. С. 17.
- Гуляев Ю.П. Нелинейная динамическая модель для прогнозирования перемещений наблюдаемых точек сооружения// Геодезия и фотограмметрия в горном деле. -Свердловск: СГИ, 1983. -С. 28-32.
- 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.
- Гуляев Ю.П. Анализ перемещений наблюдаемых точек бетонной плотины с помощью динамических моделей//Геодезия и картография. -1984. -№ 11. -С. 23-25.
- 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.
- Гуляев Ю.П. Динамическая модель для прогнозирования осадки проектируемого сооружения//Геодезия и картография. -1985. -№ 11. -С. 23-26.
- Гуляев Ю. П., Павлов А. П. Геодезические исследования техногенной геодинамики на строящейся Богучансткой ГЭС//Гидротехническое строительство. -1993. -№ 9. -С. 8-11.
- Гуляев П.Ю., Гуляев Ю.П., Долматов А.В. Байесовское восстановление цвета цифровых изображений//Вестник Сибирской государственной геодезической академии. -1997. № 2. С. 114-115.
- Гуляев Ю. П. О методологии геодезического мониторинга природно-технических систем//Геодезия и картография. 2006. № 3. С. 19-24.
- Гуляев Ю. П. Анализ подходов к обоснованию точности геодезических наблюдений за деформационными процессами//Геодезия и картография. 2007. № 8. С. 11-16.
- Гуляев Ю.П., Максименко Л.А. Анализ развития процесса осадки высотного здания МГУ//Интерэкспо Гео-Сибирь. 2008. Т. 1. № 1. С. 36-42.
- Гуляев Ю. П. Прогнозирование деформаций сооружений на основе результатов геодезических наблюдений. -Новосибирск: СГГА, 2008. -256 с.
- 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.
- Гуляев Ю.П., Осьмушкин В.С. Уплотнение лёссовидных просадочных грунтов замачиванием//Научно-технический журнал «Горная Промышленность». 2009. № 5 (87). С. 70-71.
- Гуляев Ю.П., Васильев Е.А. Прогнозирование просадки здания при искусственном замачивании основания//Научно-технический журнал «Горная Промышленность». 2010. № 1 (89). С. 64-66.
- 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.
- 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.
- 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.