Транспортная газета Евразия Вести

Разделы:

 Свежий номер
 Подшивка
 Материалы
 Новости
 О газете
 Редакция
 Подписка

 Консалтинг
 Лицензирование
 Сертификация
 Юридические
 услуги

 Партнеры
 Ресурсы сети
 Реклама на сайте

Поиск:


 

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ


Версия для печати
Обсудить в форуме

Мониторинг состояния объектов инфраструктуры

Современные транспортные системы немыслимы без автоматизированных подсистем контроля и управления. Мониторинг состояния объектов инфраструктуры, таких как мосты, туннели, железнодорожные пути и т.д., является неотъемлемой частью их повседневной эксплуатации.

О необходимости обнаружения и контроля опасных подвижек грунта с применением Волоконно-Оптической Системы ГеоТехнического Мониторинга (ВОС ГТМ) пойдет речь в статье генерального директора ЗАО «Лазер Солюшнс» Алексея Леонидовича Ермилова, технического директора фирмы Александра Владимировича Гречанова, руководителя департамента по работе с ключевыми клиентами Дениса Анатольевича Чугунова и руководителя отдела технической поддержки продаж Владимира Николаевича Бурова.

Мониторинг состояния объектов инфраструктуры
Мониторинг состояния объектов инфраструктуры
Мониторинг состояния объектов инфраструктуры
Для осуществления такого контроля требуются системы мониторинга различных физических величин, таких как температура, механические деформации и т.д. Все чаще для решения задач по организации мониторинга используются волоконно-оптические системы, где измеряемый параметр преобразуется в оптический сигнал, передающийся по оптоволокну.

Одним из перспективных видов оптических систем мониторинга является система, использующая распределенные Волоконно-Оптические Сенсоры (ВОС), которые обладают рядом преимуществ перед другими типами сенсоров:

– ВОС абсолютно не чувствительны к электромагнитным возмущениям (безындукционны), что обеспечивает нечувствительность к грозовым разрядам, близости к линии электропередачи, импульсам тока в силовой сети и т.д.;

– ВОС устойчивы к химическим и механическим воздействиям (при этом имеют малые размеры, вес и высокую механическую гибкость), имеют высокую стойкость к коррозии (особенно к химическим растворителям, маслам, воде);

– взрывобезопасны (неспособность волокна быть причиной искры);

– не требуют электропитания (полностью пассивный элемент);

– ВОС могут быть применены на различных типах объектов: встроены внутрь бетона, установлены на поверхности сооружения, установлены в грунт, и т.п.;

– системы на основе ВОС способны аккумулировать деформации до нескольких процентов (широкий диапазон измерений);

– стандартные сенсоры имеют температурный диапазон эксплуатации от –400 оС до +850 оС (специальные от –2700 оС до +7000 оС);

– один распределенный ВОС заменяет собой тысячи точечных датчиков;

– в ряде случаев в ВОС можно заложить дополнительное количество оптических волокон с целью использования их для организации сетей связи и использовать его как стандартный телекоммуникационный волоконно-оптический кабель (ВОК) (в качестве среды передачи информации);

– срок службы ВОС превышает 25 лет.

Благодаря перечисленным выше преимуществам ВОС, системы мониторинга на их основе начинают занимать лидирующие позиции при контроле состояния критически важных естественных объектов и искусственных сооружений.

Компоненты системы мониторинга ВОС ГТМ

Система мониторинга ВОС ГТМ представляет собой сложный программно-аппаратный комплекс, включающий в себя: анализатор оптического сигнала DITEST, волоконно-оптический сенсор (ВОС) с элементами монтажа, специальное программное обеспечение (ПО). ВОС подключается к анализатору, с помощью которого непрерывно во времени проводят измерения характеристик вынужденного рассеяния Мандельштама – Бриллюэна в оптическом волокне сенсора. К одному анализатору может быть подключено до 20 участков мониторинга по топологии «звезда» (до 20 объектов мониторинга), каждый такой участок может быть протяженностью до 70 км. В ближайшей перспективе ожидается увеличение пространственного диапазона измерения анализатора до 100 км в каждую сторону (200 км между анализаторами).

ВОС представляет собой непрерывный волоконно-оптический кабель различной конструкции в зависимости от назначения и условий эксплуатации. Оптическое волокно в сенсоре меняет свои оптические характеристики при изменении температуры сенсора, его сжатия/растяжения. Контролируя эти параметры, можно решать различные технические задачи.

Каждый миллиметр оптического волокна в ВОС является чувствительным элементом, поэтому волоконно-оптический сенсор заменяет собой огромное количество точечных датчиков (например, разбив с помощью ПО контролируемый участок сенсора длиной 50 км на элементарные участки длиной 0.5 м, мы сможем анализировать информацию, поступающую со 100 000 независимых датчиков/сенсоров).

ВОС является не только чувствительным элементом системы мониторинга, но и средой для передачи информации. Сенсор может включать в свой состав дополнительные стандартные одномодовые волокна, которые можно использовать для передачи информации систем связи.

Программное обеспечение ВОС ГТМ состоит из базовой части и дополнительных аналитических модулей. Базовая часть отвечает за конфигурирование (в т.ч. удаленное) режимов автоматических измерений, разбиение зон мониторинга на участки и подучастки, задание уровней сигналов тревоги, вариантов автоматического оповещения в случае появления сигналов тревоги, имеет режим самодиагностики и т.д. Аналитические модули ставятся на сервер (расположенный, например, в диспетчерской) в зависимости от решаемой задачи и позволяют на основании первичных измерений анализатора делать расчеты и, как результат, прогнозировать состояние контролируемого объекта (например, деформации балластной или безбалластной конструкции железнодорожного пути, смещения грунта под полотном пути при образовании карстов или оползней, элементов мостового сооружения и оценка текущих прочностных характеристик моста т.д.).

Мониторинг оползней

С помощью ВОС ГТМ можно реализовать одно из наиболее эффективных на сегодняшний день решений по контролю оползневых процессов. Фронт оползня контролируется сенсором деформации, проложенным в траншее по предполагаемой границе оползневого участка, представляющего угрозу безопасности движения подвижных составов. Такое расположение сенсора позволит определить, где в пространстве и с какой скоростью ползут различные части опасного участка. Плоскость скольжения оползня определяется с помощью сенсора деформации, закрепленного внутри нескольких скважин на опасном участке грунта и залитого цементно-глиняным раствором (аналогичные скважины бурятся, например, для инклинометрии). В результате получаем полную картину оползневого процесса с очень высокой абсолютной точностью измерений (0,5 х 10-4 – 1,0 х 10-5), недоступную другим общепризнанным системам контроля оползней (инклинометрия, системы GPS, лазерно-призмовые системы и т.п.).

Расположение сенсоров в склоне с оползнем является ключевым фактором, позволяющим проводить измерения и интерпретацию параметров с заданной точностью. Для контроля оползня используется следующий вариант установки сенсоров:

– установка грунтового сенсора деформации в траншею для определения границ оползня (точность локализации места события 0,5 м). Протяженность и тип сенсора определяется размерами оползня и требованиями к точности. Глубина закладки сенсора определяется геологическими условиями и обеспечением необходимого уровня его защиты (типично 0,5–1,0 м);

– установка сенсора деформации в вертикальную скважину для определения поверхности скольжения оползня (точность локализации места события 0,5 м);

– установка деформационного сенсора в наклонную скважину для определения поверхности скольжения и динамики оползня.

Технические характеристики системы ВОС ГТМ зависят от финальной конфигурации установки сенсоров, общей длины участка мониторинга и требуемой частоты измерений во времени. В данном случае система позволяет измерять:

– относительную деформацию растяжения/сжатия сенсора с разрешением 0,001%–0,1% (0,01–1,0 мм на 1 м длины сенсора) в диапазоне до 2%;

– температуру грунта с разрешением от 0,1оС во всем диапазоне возможных температур грунта;

– расположение места события с типичным пространственным разрешением от 0,5 м;

– периодичность измерений: от 5 минут на измерение одного канала анализатора (одного сенсора).

Мониторинг карстово-суффозионных процессов

ВОС ГТМ также эффективно используется для контроля таких опасных геологических явлений, как карстообразование, суффозия, поверхностная эрозия грунта, процесс разжижения грунта (например, вследствие вибрации).

Так как все эти явления приводят к постепенному выносу (растворению, вымыванию) грунта, то может быть нарушена механическая связь оптического кабеля сенсора, оснащенного якорем, с грунтом. Для сохранения работоспособности ВОС ГТМ в таких условиях используют модернизированные якоря, которые снабжаются пригрузом. Если якорь с пригрузом окажется возле границы образующегося карста, то, как и в случае, например, оползня, он будет смещаться, обеспечивая сенсору деформации грунта натяжение, которое детектирует анализатор. Если же якорь окажется внутри карстовой пустоты, то его пригруз обеспечит натяжение сенсора (детектируемое анализатором) даже в случае потери механической связи якоря с грунтом и провисания сенсора, когда произошло вымывание или разжижение грунта.

Один из эффективных и экономичных вариантов – использование пригрузов из полимерной ткани, заполняемых невымываемым местным грунтом (песок, гравий, щебень) непосредственно на месте монтажа.

Мониторинг земляного основания полотна железнодорожного пути

Чрезвычайно важным фактором контроля состояния железнодорожного полотна является состояние поддерживающего его грунта. Основная причина возможных подвижек грунтового основания полотна железнодорожного пути связана с проникновением в него воды, в результате чего грунт может терять несущую способность (некоторые типы грунта во влажном состоянии становятся не связанными), проседать с образованием карстовых пустот (за счет растворения минералов) или проседать в результате воздействия процесса суффозии (вымывания почвы) и т.д. На склоновых участках опасными являются оползневые процессы. В конечном итоге все эти явления могут привести к повреждениям и разрушениям железнодорожного полотна.

Чтобы иметь возможность заблаговременно прогнозировать развитие опасных грунтовых процессов и, как следствие, иметь возможность предпринимать упреждающие профилактические меры, опасные участки железнодорожного пути оснащаются ВОС ГТМ. В этом случае в земляное полотно пути закладываются сенсоры деформации и температуры. Сенсор температуры позволяет осуществлять контроль температуры грунта (особенно важно при сезонных процессах протаивания/пучения грунтов) и наличия влаги в грунте (самая ранняя стадия развития негативных процессов). Сенсор деформации позволяет осуществлять контроль подвижек грунта (следующая стадия развития негативного процесса).

Например, для новых скоростных участков железной дороги существенно возрастают требования по допускам основных параметров контроля и стабильности поведения железнодорожного полотна. И если для контроля верхней части путей (рельсы, шпалы, насыпь) существуют эффективные отработанные средства контроля и диагностики (в частности, установленные на передвижных диагностических вагонах), то контроль подвижек земляного полотна является задачей куда более сложной, и использование ВОС ГТМ является эффективным решением этой задачи. В зависимости от конфигурации установки грунтовых сенсоров деформации системы ВОС ГТМ можно получать различные точности в различных направлениях относительно железнодорожного полотна.

© Евразия Вести VII 2014



VII 2014

Евразия Вести VII 2014

Инновационное развитие инфраструктурного комплекса ОАО «РЖД»

Эффективность работы инфраструктурного комплекса

Спутниковые и геоинформационные технологии в инфраструктурном комплексе ОАО «РЖД»

Эксперименты становятся нормой

Перспективы производственной и экологической безопасности

Комплексный подход к оздоровлению путевой инфраструктуры

Инновационные технологии для железных дорог

Состояние земляного полотна железных дорог

Наука о земляном полотне для железнодорожных магистралей

Трудовой путь «Ремпутьмаша»

ОАО «БЭТ» на лидерских позициях

Путевой комплекс: что ждут от транспортного машиностроения?

ОАО «Кировский машзавод 1 Мая» - профессиональные решения, качество и надежность

«Кубаньжелдормаш»: в 80 лет ставка на перспективу

К переменам готовы!

ИНФОТРАНС - инновационные технологии для транспорта

Формула успеха - немецкое качество плюс российское мастерство

Развитие и оптимизация путевого комплекса

Робоскоп ВТМ 3000/РСП для рельсов будущего

«ВПИ-Навигатор»: точность, надежность, экономия

НПО «ВИГОР»: безопасность превыше всего

Технологии «РИТТРАНССТРОЙ» для усиления земляного полотна железных дорог России

Подготовить завтра для геосинтетических материалов

Передовые технологии обеспечения надежности инфраструктуры

Рельсовые скрепления ЗАО «РСК» - надежность и эффективность

Гарантия успеха - комплексный подход к проблемам автоматизации

ПТКБ ЦП - роль в развитии и укреплении инфраструктуры

PDF-формат



 

Copyright © 2003-2016 "Евразия Вести"
Разработка: интернет-студия "ОРИЕНС"

Евразия Вести