Інформаційно-діагностичний комплекс моніторингу і прогнозування технічного стану інженерно-будівельних споруд

Реферат: Інформаційно-діагностичний комплекс моніторингу і прогнозування технічного стану інженернобудівельних споруд містить блок виміру прискорень коливань об'єкту, блок виміру нахилу об'єкту, блок виміру вібрації, блок виміру напружень і/або амплітуд коливань, і/або прогинів, і/або навантажень, і/або осадки об'єкту, і/або геодезичних параметрів, і/або контролю тріщин, стиків, швів, блок відображення поточного та прогнозного стану об'єкту, блок розрахунку та аналізу технічних параметрів об'єкту діагностики. Крім того, він додатково містить блок виміру акустичних коливань об'єкту, блок аварійної та прогнозної сигналізації, блок визначення залежностей, блок автоматизованого визначення метеорологічних параметрів експлуатації об'єкту. UA 73310 U (54) ІНФОРМАЦІЙНО-ДІАГНОСТИЧНИЙ КОМПЛЕКС МОНІТОРИНГУ І ПРОГНОЗУВАННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ ІНЖЕНЕРНО-БУДІВЕЛЬНИХ СПОРУД UA 73310 U UA 73310 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель стосується області автоматизованих систем моніторингу технічного стану будівель і споруд та може бути використана при проектуванні, будівництві та експлуатації інженерно-будівельних споруд, в тому числі будівель та споруд, що знаходяться в складних кліматичних умовах. Відома система моніторингу безпечної експлуатації будівель і інженерно-будівельних споруд [патент РФ № 87792], що містить не менше одного автоматизованого робочого місця (АРМ) контролю безпеки об'єктів діагностики, з'єднаною через цифрову лінію зв'язку і блок попередньої обробки сигналів з блоком параметричних датчиків технічного стану конструкції об'єктів діагностики, АРМ також оснащено комп'ютером для аналізу технічного стану об'єктів діагностики, пристроєм кольорового мнемонічного відображення стану об'єктів діагностики і пристроєм аварійної сигналізації. АРМ виконано віддаленим від об'єктів діагностики, встановлено в диспетчерській МЧС, диспетчерської служби спасіння і/або в диспетчерській пожежної станції. Для зв'язку АРМ з блоками попередньої обробки сигналів об'єкту контролю використана мобільна мережа регіонального оператора зв'язку. Недоліком відомої системи моніторингу безпечної експлуатації будівель і інженернобудівельних споруд є те, що вона визначає технічний стан об'єкту діагностики лише на момент знаття датчиками різних характеристик (періоди коливань, деформації і т.д.), що не дозволяє здійснити прогнозну оцінку майбутнього технічного стану об'єкту на довгостроковий часовий інтервал, що в свою чергу не дає змогу попередити виникнення аварійних ситуацій і пошкоджень об'єкту діагностики на ранніх етапах їх розвитку. Особливо це важливо при діагностиці інженерно-будівельних споруд, що розташовані на територіях з великими сейсмічними і/або гідрогеологічними навантаженнями. Відомий також, взятий за аналог, спосіб моніторингу і прогнозування технічного стану будівель і споруд [патент РФ № 2381470], що містить блок датчиків і обладнання автоматизованої системи моніторингу об'єкту, блок розрахунку параметрів технічного стану об'єкту, блок фільтрації параметрів технічного стану об'єкту, блок математичного моделювання об'єкту і розрахунку параметрів технічного стану верхньої частини об'єкту, блок порівняння, блок коректування параметрів математичної моделі об'єкту, пороговий пристрій, електронний ключ, блок визначення трендів і екстраполяції параметрів технічного стану нижньої частини об'єкту, блок відображення прогнозної і моніторингової інформації, блок обробки і вихідної інформації, блок градації вихідної інформації. Дана система здійснює фільтрацію параметрів технічного стану будівель та споруд на дві групи: група параметрів нижньої частини та групу параметрів верхньої частини об'єкту. В свою чергу параметри верхньої та нижньої частини визначаються за результатами натурних вимірів від датчиків для моніторингу технічного стану. На основі параметрів нижньої частини об'єкту розраховуються параметри будівельних конструкцій верхньої частини і порівнюються з аналогічними параметрами натурних вимірів верхньої частини. Потім екстраполюючи трендові значення параметрів технічного стану нижньої частини об'єкту на заданий часовий інтервал визначають прогнозні розрахункові параметри будівельних конструкцій верхньої частини об'єкту, фіксують для споживача прогнозну оцінку майбутнього технічного стану об'єкту на основі порівняльного аналізу прогнозних розрахункових параметрів технічного стану будівельних конструкцій верхньої частини об'єкту з гранично допустимими значеннями. Недоліками відомого способу моніторингу і прогнозування технічного стану будівель і споруд і система моніторингу і прогнозування технічного будівель і споруд є: 1. Наявність пристрою ударного впливу, адже для забезпечення високої точності визначення динамічних характеристик інтервали часу між ударними імпульсами повинні бути такими, щоб коливання від ударного імпульсу практично повністю затухали до моменту наступного удару. Оскільки висотним будівлям притаманні низькі власні частоти (долі Гц) і доволі висока добротність (біля 10), то коливання таких об'єктів будуть затухати повільно, тому на дослідження параметрів об'єкту буде багато часу. Також потрібно звернути уваги на той факт, що застосування ударного пристрою не завжди можливо в силу геометричних розмірів об'єкту, міцнісних характеристик матеріалу, важкодоступності об'єкту діагностики і т.д., наприклад, при діагностиці залізобетонних промислових труб висотою більше 100 м, для збудження коливань з достатньою амплітудою потрібний ударний пристрій великої маси з великою тривалістю ударного імпульсу, тобто пристрій повинен бути занадто громіздким та тяжким. 2. В системі відсутній пристрій аварійної сигналізації, що призводить до необхідності присутності оператора, тобто система працює в напівавтоматичному режимі. Зняття даних їх 1 UA 73310 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обробка, розрахунок, моделювання та прогнозування здійснюється автоматично, але в системі відсутнє автоматичне оповіщення (звукові, світлові сигнали і т.д.) про небезпеку чи аварію. 3. При прогнозуванні технічного стану об'єкту діагностики система не враховує зовнішні збурюючи сили, вона враховує, по суті, лише реакцію на збурення нижньої частини об'єкту. Це робить розрахункові прогнозні параметри не точними, особливо якщо об'єкт знаходиться в зоні великих вітрових, сейсмічних та гідрогеологічних навантажень, так як саме зовнішні збурюючи фактори будуть становити основну загрозу працездатності об'єкту діагностики (а не реакція нижньої частини об'єкту на них) і саме верхня частина об'єкту діагностики буде сприймати більшу частину цих навантажень. В основу корисної моделі поставлено задачу вирішення вище вказаних недоліків та підвищення надійності системи. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що інформаційно-діагностичний комплекс моніторингу і прогнозування технічного стану інженерно-будівельних споруд містить: блок виміру прискорень коливань об'єкту, блок виміру нахилу об'єкту, блок виміру вібрації, блок виміру напружень і/або амплітуд коливань, і/або прогинів, і/або навантажень, і/або осадки об'єкту, і/або геодезичних параметрів, і/або контролю тріщин, стиків, швів, блок відображення поточного та прогнозного стану об'єкту, блок розрахунку та аналізу технічних параметрів об'єкту діагностики, новим є те, що він додатково містить блок виміру акустичних коливань об'єкту, блок аварійної та прогнозної сигналізації, блок визначення залежностей, блок автоматизованого визначення метеорологічних параметрів експлуатації об'єкту. Вказаний технічний результат у корисній моделі - інформаційно-діагностичному комплексі моніторингу і прогнозування технічного стану інженерно-будівельних споруд досягається тим, що в інформаційно-діагностичному комплексі, що включає блок обробки вихідної інформації, блок розрахунку та аналізу і/або датчики виміру прискорень коливань об'єкту і/або датчики виміру нахилу, і/або датчики виміру напружень, і/або датчики виміру вібрації, і/або датчики виміру амплітуди коливань об'єкту, і/або датчики виміру прогинів, і/або датчики виміру осадки, і/або контролю тріщин, стиків, швів, і/або датчики для визначення геодезичних параметрів, і/або датчики виміру деформації, і/або датчики виміру акустичних коливань (при цьому всі перераховані вище датчики об'єднані в одному блоці - блок датчиків), записуючий пристрій, блок градації даних, пристрій графічного відображення поточного стану об'єкту, блок порівняння, порогів пристрій, блок збереження даних, блок градації вихідної інформації, пристрій аварійної сигналізації 1, блок автоматизованого визначення метеорологічних параметрів, блок математичного моделювання та розрахунку параметрів об'єкту, блок визначення залежностей, блок розрахунку прогнозного стану об'єкту, пристрій графічного відображення прогнозної інформації, пристрій аварійної сигналізації 2, причому перший вихід блоку датчиків з'єднаний з входом записуючого пристрою, а другий з входом блоку обробки вихідної інформації, що в своючергу з'єднаний з блоком розрахунку та аналізу параметрів об'єкту, перший вихід якого з'єднаний з входом пристроєм відображення поточного стану об'єкту, другий вихід зв'язаний з блоком збереження даних, вихід якого з'єднаний з блоком градації вихідної інформації, що зв'язаний з пристроєм аварійної сигналізації 1, третій вихід з'єднаний з входом блоку порівняння, вихід якого зв'язаний з входом порогового пристрою, а четвертий вихід з'єднаний з входом блоку визначення залежностей, другий вхід якого з'єднаний з виходом блоку автоматизованого визначення метеорологічних параметрів, вихід якого також пов'язаний з входом блоку математичного моделювання та розрахунку параметрів об'єкту, вихід якого з'єднаний з входом блоку порівняння; вихід блоку визначення залежностей з'єднаний з входом блоку розрахунку прогнозного стану об'єкту, вихід якого, з'єднаний з входом пристрою графічного відображення прогнозної інформації, вихід якого зв'язаний з входом пристрою аварійної сигналізації 2. Вказані ознаки є істотними і взаємопов'язаними між собою з створенням стійкої сукупності вагомих ознак, достатньої для отримання потрібного технічного результату. Короткий опис креслень. На кресленні зображено блок схему інформаційно-діагностичного комплексу моніторингу і прогнозування технічного стану інженерно-будівельних споруд, де 1 - блок датчиків; 2 - блок обробки вихідної інформації; 3 - записуючий пристрій; 4 - блок розрахунку та аналізу параметрів об'єкту; 5 - пристрій відображення поточного стану об'єкту; 6 - блок збереження даних; 7 - блок градації вихідної інформації; 8 - пристрій аварійної сигналізації 1; 9 - блок порівняння; 10 пороговий пристрій; 11 - блок визначення залежності; 12 - блок розрахунку прогнозного стану; 13 - пристрій графічного відображення прогнозної інформації; 14 - пристрій аварійної сигналізації 2; 15 - блок автоматизованого визначення метеорологічних параметрів; 16 - блок математичного моделювання та розрахунку параметрів об'єкту. 2 UA 73310 U 5 10 15 20 25 Реалізація корисної моделі. Один з найбільш типових варіантів реалізації корисної моделі здійснюється наступним чином. При розміщенні об'єкту діагностики в зонах з високими вітровими, гідрогеологічними та сейсмічними навантаженнями на нього діють великі зовнішні збурюючі фактори, це, в свою чергу, відображається на діагностичних параметрах, що контролюються системою. Для прогнозування майбутнього ймовірнісного стану об'єкту здійснюється зняття та реєстрація даних з блоку датчиків, які надходять в блок обробки вихідної інформації, де виконується виділення корисної складової сигналів з датчиків. Оброблені дані надходять в блок розрахунку та аналізу, де розраховуються параметри технічного стану об'єкту шляхом виконання над вимірами математичних операцій (інтегрування, диференціювання, знаходження власних частот і т.д.). Розраховані параметри надходять до блоку визначення залежностей, в якому встановлюються залежності між ними та збурюючими факторами, дані про які надходять від блоку автоматизованого визначення метеорологічних параметрів. По визначених залежностях та даних про метеорологічні характеристики експлуатації об'єкту в блоці розрахунку прогнозного стану об'єкту формується ймовірнісний прогнозний висновок. Також паралельно від блоку розрахунку та аналізу параметрів об'єкту (за натурними вимірами) та блоку математичного моделювання та розрахунку параметрів об'єкту (за метеорологічними даними) вихідні дані надходять до блоку порівняння, потім до порогового пристрою, в якому встановлюється відповідність математичної моделі отриманим розрахунковим даним. Визначена прогнозна інформація, а також розраховані параметри об'єкту відображаються для користувача в пристроях графічного відображення прогнозного й поточного стану об'єктів відповідно. Блоки аварійної сигналізації 1 та 2 слугують для оповіщення обслуговуючого персоналу. На основі отриманої моніторингової інформації про майбутній стан об'єкту користувач зможе прийняти комплекс відповідних дій для попередження руйнування об'єкту. Таким чином, в запропонованій корисній моделі вирішується технічна задача, що дозволяє на ранніх стадіях розвитку руйнівних процесів здійснити прогнозну оцінку технічного стану об'єкту і, тим самим, реалізувати комплекс превентивних мір по попередженню руйнування об'єкту. При цьому також вирішується задача оцінки поточного стану об'єкту. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Інформаційно-діагностичний комплекс моніторингу і прогнозування технічного стану інженернобудівельних споруд, що містить блок виміру прискорень коливань об'єкту, блок виміру нахилу об'єкту, блок виміру вібрації, блок виміру напружень і/або амплітуд коливань, і/або прогинів, і/або навантажень, і/або осадки об'єкту, і/або геодезичних параметрів, і/або контролю тріщин, стиків, швів, блок відображення поточного та прогнозного стану об'єкту, блок розрахунку та аналізу технічних параметрів об'єкту діагностики, який відрізняється тим, що він додатково містить блок виміру акустичних коливань об'єкту, блок аварійної та прогнозної сигналізації, блок визначення залежностей, блок автоматизованого визначення метеорологічних параметрів експлуатації об'єкту. 3 UA 73310 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4