Техническое обеспечение мониторинга земель

Земля, на которой мы живем, тоже живая!

Движение материков, движения тектонических и литосферных плит, землетрясения, оползни, вулканическая деятельность… Эти явления, в наш урбанистический век, заставляют задуматься о собственной безопасности, а как следствие – о безопасности сотворенных нами дамб, плотин, трубопроводов, мостов, высотных зданий и других инженерных сооружений, грозящих нам неминуемыми катастрофами. Мы не в силах устранить эти явления, но в век современных технологий мы можем хотя бы уменьшить их пагубное влияние. Не воспользоваться этими технологиями нам представляется недостойно человека мыслящего.

Рис.3. Система космического мониторинга земель

Что же несет в себе термин «мониторинг»? Для «старых» геодезистов – это «слежение за деформациями зданий и сооружений», и в корне это верно, но сегодня оно расширено до космического пространства, роботизированной техники, безбумажной технологии и беспроводной связи – теперь это называется МОНИТОРИНГ. Мосты не должны падать, поезда не должны сходить с рельсов, трубопроводы не должны разрываться, а дома не должны рушиться.

Мониторинг – одно из наиболее быстро развивающихся направлений измерительных технологий. Стареющая инфраструктура, возникающие каждый день новые объекты требуют все более детального понимания движения происходящего с ними. Постоянный контроль критичных компонентов сооружений позволит руководителям объектов своевременно обнаружить явления, способные привести к тяжелым последствиям, вовремя эвакуировать людей и оборудование из опасной зоны, предотвратить несчастные случаи прежде, чем они произойдут, своевременно принять меры по доработке или усилению конструктивных элементов.

Система мониторинга – обеспечение слежения за стабильностью всего объекта в целом и его составных частей.

Обеспечение как оперативных, так и наблюдаемых на продолжительных интервалах времени координатных данных, первые из которых обеспечивают выявление кратковременных быстротекущих изменений, а последние – долгосрочный анализ деформаций.

Предоставление возможности по составлению отчётов, выдаче тревожных предупреждений при нестабильности объектов, архивации всех полученных координатных данных и ведении постоянного анализа конструктивных элементов объекта. Предоставление реальной основы для принятия решений по дооборудованию, проведению модернизации и своевременному обслуживанию объектового хозяйства.

Рис.4. Схема системы мониторинга:

1 – референцные станции; 2 – станции-мониторы; 3 – оптико-электронная станция-монитор;
4 – сети коммуникаций (Интернет, радио, GSM, оптоволокно, Wi-Fi);
5 – центр управления системой с программным комплексом Trimble 4D Control

Исходя из схемы видно, что система мониторинга может включать в себя комплекс измерительной аппаратуры, оптимально подходящий к конкретному объекту. Это может быть комплексным решением, включающем в себя и приемники (референцные и мониторы), и оптико-электронные роботизированные станции-мониторы (тахеометры), и вспомогательные датчики наклона, температуры и т.д. объединенные сетями коммуникаций в единый автоматизированный комплекс мониторинга объекта. Либо, в зависимости от решаемых задач, каждая из частей может использоваться самостоятельно.

Некоторые основные требования и рекомендации

Идеальное место размещения антенны такое, чтобы горизонт был полностью чист, затенения отсутствовали. Для уменьшения влияния эффектов многолучёвого распространения и затенения антенны следует располагать выше крон прилегающих деревьев. Неподвижность антенны должна быть обеспечена при любых погодных условиях. Предполагается, что если в районе размещения Системы отмечается повышенная ветровая нагрузка, то требуется сооружение грунтовых знаков/центров. Безусловно, антенны станций-мониторов следует устанавливать на объектах, движение которых должна отслеживать Система. Уточнения требует высота знака, достаточная для размещения над растительностью. Обычно достаточными являются двухметровые знаки. В случае использования станций-мониторов не требуется наличие прямой видимости между всеми станциями-мониторами, и обеспечиваются большие расстояния работ, но в зависимости от местных условий может понадобиться оборудование для радиоканала, «слышимого» с каждой из станций-мониторов и с пункта управления. При размещении антенн системы связи над кронами деревьев снимаются вопросы о влиянии растительности на качество работы каналов связи.

Рис.5. Вариант референцной станции/станции-монитора
(канал связи, метеостанция, резервное питание)

Размещение оптико-электронных станций-мониторов может производиться двумя способами:

1. Перманентным – на фиксированном пилоне с принудительным центрированием и видимостью на две или более референцных станции в застекленном инструментальном ящике при необходимости – термостатированном. Данный способ используется для ведения постоянного мониторинга объекта (объектов).

2. Временным – на геодезическом штативе с видимостью на две или более референцные станции. Он пригоден для краткосрочного циклического мониторинга – обычно строящихся объектов.

Рис.6. Вариант перманентной оптико-электронной станции-монитора

Существует программное обеспечение для мониторинга земель:

Trimble 4D Control – масштабируемое решение и позволяет работать как в режиме реального времени (для этого требуются каналы связи с минимальной задержкой передачи данных), так и в автоматизированном режиме камеральной обработки (в этом случае достаточно применение каналов связи, позволяющих произвести передачу файлов по расписанию), или же в режиме, являющимся комбинацией перечисленных выше. Режим камеральной обработки также может быть реализован в случаях отсутствия сетей передачи данных или при их отказе. Доступен также «сеансовый» тип обработки. В этом случае приборы накапливают данные измерений в течение продолжительного периода, после чего файлы передаются в центр обработки. Передача данных может производится заменой и перевозкой USB карт памяти. Процесс камеральной обработки производится автоматически с момента копирования данных с флэш-карты.

Приемник Trimble NetR3 применяется на референцных станциях и станциях-мониторах. Он имеет 72 канала слежения, которые способны производить кодовые и фазовые измерения сигналов, а также ГЛОНАСС сигналов.

Существует модуль «Мониторинг» – отдельный модуль для мониторинга и анализа деформаций. Оптимизация и автоматизация рабочего процесса в этом модуле позволяют выполнять съёмки для мониторинга быстро и просто. Данные, полученные в модуле «Мониторинг», в дальнейшем могут быть обработаны в «Процессоре постобработки тахеометрических данных» программы Trimble 4D Control.

Существуют дисплеи, которые монтируются в стойку и предназначены для проведения обслуживания. В нерабочем (сложенном) состоянии дисплей занимает минимальную высоту, и при необходимости выдвигается и поднимается вверх.

Клавиатура стоечного исполнения,которая используется при обслуживании, монтируется в выдвижном блоке и перед входом в систему выдвигается.

Стоечные вентиляторы –4 вентилятора установлены в верхней части стойки и работают на выдув, прогоняя воздух из нижней части стойки наверх, охлаждая блоки.

Грозоразрядник – в состав оборудования центра управления входит грозоразрядник, применяемый и в базовой станции системы связи, но в данном случае он заключён в литой пластиковый ящик, поскольку к нему может получить доступ неквалифицированный персонал.

Таким образом, техническое обеспечение мониторинга земель позволяет обеспечивать следующие возможности:

1. Возможность эксплуатации без систем кондиционирования, т.е. в диапазоне температур от –40 до +50°C, при влажности 5–95% без конденсации.

2. Возможность работы от резервных батарей в течение 96 часов при отказе сети переменного тока.

3. Возможность обнаружения и индикации отказа сети переменного тока.

4. Защита от глубокого разряда батарей при продолжительном отказе сети переменного тока.

5. Возможность автоматического, без участия оператора, восстановления рабочего режима при восстановлении сети переменного тока после продолжительного отказа.

6. Обеспечение устойчивости ветровой нагрузке.