Тел.: +7 (812)251-41-18

Санкт-Петербург, ул. Гапсальская, д.3.
Заказать проект
Главная/Статьи и публикации/Научный мониторинг технического состояния гидротехнических сооружений водного транспорта

Научный мониторинг технического состояния гидротехнических сооружений водного транспорта

До недавнего времени усилия многих стран были направлены только на ликвидацию последствий катастроф, однако всевозрастающий рост числа катастрофических событий и связанного с ними ущерба делает эти усилия все менее эффективными и выдвигает в качестве приоритетной новую задачу: прогнозирование и предупреждение катастроф.

На настоящий момент в России сложилось три системных уровня обеспечения техногенной безопасности гидротехнических сооружений водного транспорта.

  • Ростехнадзор, уполномоченный государством обеспечивать конституционные гарантии безопасности, реализует законодательные цели через федеральную систему региональных экспертных организаций. Профессиональное выполнение требований к обеспечению безопасной эксплуатации позволяет избежать ошибок в проектных и технологических решениях.

hgfhgf

  • Технический надзор заказчика, проводимый профессиональными организациями с привлечением эффективного методического и программно-аппаратного обеспечения. Это позволяет избежать отклонений от проекта в процессе производства. 
  • Самым главным в смысле обеспечения безопасности, является третий уровень – непрерывная эксплуатационная экспертиза средствами технической диагностики на основе методов неразрушающего контроля и анализа с целью оценки степени опасности – физического износа и остаточного ресурса.

В случае объективной диагностики достаточно просто определить места проведения, физические объемы и минимально обоснованные ресурсы, необходимые для поддержания нормативного уровня безопасности.

Несмотря на системную стройность технического надзора, регулярные аварии и техногенные катастрофы являются свидетельством того, что на практике отсутствуют эффективные инструменты эксплуатационного мониторинга и прогнозирования.

Для решения проблемы необходимо в обязательном порядке оснащать каждый потенциально опасный объект высокотехнологичными измерительно-аналитическими информационными средствами «non-stop»-мониторинга являющимися элементами обшей системы обеспечения техногенной безопасности среды обитания.

Специалистами ООО «Балтморпроект» в сотрудничестве с учеными СПГУВК проводится комплекс работ по разработке методологии и созданию программно- приборного обеспечения проведения «non-stop»-мониторинга на гидротехнических сооружениях портовой инфраструктуры и судоходных ГТС.

Все три системных уровня безопасности могут быть эффективны только при условии достоверной оценки эксплуатационных прочностных параметров объектов мониторинга на базе оснащения объектов автоматизированными информационно-аналитическими системами (АИАС). Качественно улучшить систему мониторинга можно за счет использования современных достижений информационных технологий.

Новые возможности использования информационных технологий для мониторинга ГТС

  • сбор и передача результатов измерений с первичных преобразователей, минуя компьютер, с помощью мобильного телефона с выходом в Интернет;
  • сбор данных о состоянии ГТС с использованием веб-камер для сопоставительного анализа текущего изображения и сделанных ранее;
  • размещение программ анализа результатов измерений и управления на сервере компьютерной сети вне гидротехнических сооружений;
  • анализ данных, используя методы Data Mining, метод группового учета аргументов, позволяющие выявить шаблоны поведения и построить модели динамики изменения свойств;
  • создание виртуальных моделей ГТС, организация «non-stop»-мониторинга (непрерывного режима отслеживания результатов измерений и результатов моделирования), использование моделей для прогнозирования состояния сооружений.

Последовательность действий по реализацию возможностей

  1. Создание сетевой системы сбора информации от первичных преобразователей, на основе веб-камер и радиомодемов, автоматически передаваемой для обработки по мобильной связи на удаленный сервер.
  2. Разработка прогнозных моделей состояния сооружения и определение на их основе критериев безопасности ГТС. Модели включаются в контур мониторинга и непрерывно уточняются по его результатам.
  3. Формализация законов управления техническим состоянием ГТС на основе прогнозных моделей.

Оценочная функция состояния ГТС

Исследования показали, что для решения поставленных задач мониторинга ГТС наилучшим образом подходит кусочно-линейной функция оценки 1).

3

формула 1

2

Оценку технического состояния объекта на одном моменте времени лучше всего иллюстрировать звездчатой диаграммой (рис. 2.).
4

Интернет мониторинг ГТС

  • Особенность комплектования групп, определяющих техническое состояние ГТС при помощи средств интернет, состоит в том, что появляется возможность привлечь к работе без отрыва от основных форм деятельности территориально-разобщенных высококвалифицированных специалистов.
  • Для реализации мониторинга ГТС предполагается использовать уникальный программный продукт – отечественную сетевую версию MatLab On Line (iMatLab) http://artspb.com/matlab, в которой помимо языка матричного исчисления имеется конструктор виртуальной обстановки, что позволяет сетевой системе работать непрерывно, отображая состояние соответствующих управляемых из MatLab процессов.
  • Помимо сетевого iMatLab, создана принципиально новая система верстки электронных книг с исполняемыми на их страницах математическими алгоритмами. Математическая обработка транслируемых материалов возможна прямо здесь (сглаживание, идентификация, управление работой объекта по обратной связи и т.п.).

Подсистема натурных измерений

Основной целью создания АИАС ГТС водного транспорта является обеспечение его безопасной технической эксплуатации. Объектом изучения является система «сооружение-среда». В этой системе объединяются три основные подсистемы: «сооружение» (собственно ГТС), «грунтовое основание», «внешняя среда». При организации натурных наблюдений указанная система дополняется подсистемой натурных наблюдений.

Результаты натурных наблюдений за деформациями ГТС представляют собой в интегральной количественной форме объективную и точную информацию о сложном взаимодействии его конструкций с грунтовым основанием и внешней средой.

В настоящее время измерения деформаций на ГТС водного транспорта производятся геодезическими методами, щелемерами, с помощью компарированной инварной проволоки или рулетками. Однако все эти методы измерений не выполняют условий, предъявляемых АИАС. Всем требованиям к АИАС удовлетворяют используемые для косвенного контроля технического состояния строительных конструкций на особо опасных объектах электронные уклономеры (инклинометры).

Производимые импортные инклинометры имеют ряд достоинств: стойкость к воздействиям окружающей среды, виброустойчивость, стабильность показаний в течение длительного времени, возможность одновременной фиксации деформаций в двух направлениях и др.

Основным недостатком таких приборов является их высокая стоимость (примерно 3,5 тыс. евро за один инклинометр для измерения перемещений в одном направлении), обусловленная, прежде всего отсутствием отечественных аналогов.

Учитывая, что минимальное число таких датчиков, необходимых для оснащения, например, одной секции камеры шлюза — 4 шт., а шлюзы ЕГС имеют, как правило, 8÷10 секций, очевидно, что использование системы измерений с импортными инклинометрами будет нерентабельным.

В настоящее время в ООО «Балтморпроект» в содружестве с СПГУВК ведутся работы по созданию контрольно-измерительной аппаратуры, в состав которой входит первичный преобразователь уровневого типа (с изменяющейся геометрией воздушного пузырька) с разрешением порядка 1,5 мм/20,0 м (рис.3 а). Этот элемент был положен в основу работы созданного макета (рис. 3. б), который был тестирован на шлюзе №6 ВБВП (рис. 4 а) и показал очень высокую степень совпадения результатов со швейцарским  инклинометром Zerotronic (рис. 4б). 

 5

 

мониторинг5
                                                                                                               а

мониторинг6                                                                                                              б

Проводимые работы по оценке создания данного измерительного узла позволяют сделать выводы о целесообразности его использования в составе АСДИС как при определении текущего уровня безопасности сооружений, так и при построении прогнозных моделей ГТС водного транспорта.

Предварительная оценка по укрупненным показателям доработки прибора и его внедрения показывает, что стоимость организации мониторинга будет на порядок ниже, чем при использовании в составе системы импортных инклинометров. В настоящее время разрабатываются варианты промышленных образцов приборов для различных типов ГТС водного транспорта (причалы, шлюзы, направляющие палы и т. д.).