ISSUES FOR EVALUATING SURVEY OBSERVATION DEFORMATION PROCESSES

Нгуен Хыу Вьет

Аспирант кафедры «Инженерная геодезия», федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования, «Санкт-Петербургский горный университет»

ВОПРОСЫ ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ДЕФОРМАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ

 Аннотация

В статье рассматриваются подходы к оценке устойчивости реперов, являющихся опорными при геодезических наблюдениях. Задача весьма актуальная, в связи с возросшими требованиями к обеспечению устойчивости как строящихся объектов, так и эксплуатирующихся, а также многочисленными фактами перехода в аварийное состояние зданий и сооружений. Ставится вопрос о небходимости классифицирования методов оценки устойчивости опорных реперов с целью последующего выбора при конкретных наблюдениях. Приведен анализ одного из методов. Показаны его возможности и предложено развитие. Показан конкретный пример и дано сравнение методик. Обоснована необходимость изучения других методов для разработки классификации методов оценки устойчивости опорных реперов.

Ключевые слова: геодезические наблюдения, отметки реперов, опорные репера, деформации, оседания земной поверхности, метод наименьших квадратов, устойчивость реперов.

Nguyen Huu Viet

Postgraduate student, Saint-Petersburg Mining University

ISSUES FOR EVALUATING SURVEY OBSERVATION DEFORMATION PROCESSES

Abstract

The article discusses approaches to the assessment of sustainability benchmarks, which is a reference for geodetic observations. The problem is very relevant in connection with the increased requirements for sustainability as projects under construction and operating, as well as numerous facts of the transition to the emergency state of buildings and structures. The question about the necessity of classification of methods for assessing the stability of reference frames for subsequent choices in specific observations. The analysis of one of the methods. Shown its capabilities and the proposed development. Shown a concrete example and the comparison methods. The necessity of studying other methods to develop a classification of methods for assessing the stability of reference frames.

Keywords: Geodetic observations, benchmarks elevation, supporting benchmarks, deformation, settling of Earth's surface, least square method, benchmarks stability.

Интенсивное развитие территорий предполагает проработку условий строительства на предмет ее соответствия требованиям. Но даже при соответствии, возможны случаи когда требуется контроль состояния среды. В этих случаях необходимо для обеспечения безопасности организация наблюдений . С одной стороны  организация наблюдений за деформациями сооружений является очень важным мероприятием. Необходимо рассчитывать и соблюдать точность измерений, потому что смещения, деформация сооружений при превышении предельных значений не только ставит под угрозу целостность сооружения, но и может причинить вред жизни человека. Таким образом, работы по созданию мониторинга деформаций сооружений, всегда имели важное значение, и методике наблюдений уделяется повышенное внимание.

Деформации сооружений обычно делятся на три категории:

1. Вертикальные смещения (неравномерная осадка);
2. Горизонтальные смещения (деформации растяжения);
3. Наклоны (крен).

Вместе с тем, спектр возможных деформаций довольно широк. Здания и сооружения могут испытывать и деформации кручения, а также локальные растяжения и сжатия. Говоря в общем, можно сказать, что требования к оценке деформаций с каждым годом становятся все жестче. Возникает актуальная задача обеспечения наблюдений за различными объектами. При этом важно, чтобы эти наблюдения могли быть организованы в практически любых условиях с требуемой точностью и иметь автономный характер. Последнее заключается в создании свободных сетей наблюдений, которые имеют достаточную степень свободы для математической обработки с требуемой точностью.

В этой статье рассматривается вопрос о мониторинге вертикальных смещений здания, также известный как мониторинг осадок. Важным моментом при этом является оценка стабильности опорных реперов (деформационных марок), от которой напрямую зависит точность измерений осадок зданий.

После того, как определена стабильность опорных реперов, приступают к определению деформаций зданий и сооружений.

Стабильность деформационной сети можно оценить различными методами, такими как: В.А. Карпенко, А. Костехеля, В.Ф. Черникова, В. Н. Ганьшина  и др. [1–4]. При этом стабильность сети оценивается по принципу: «Контрольные точки считаются стабильными, если разность высот точек в рассматриваемый период по сравнению с первым циклом не превышает допустимые пределы, которые определяют разницу».

Можно выделить две основные группы методов оценки «относительные» и «абсолютные».

1. Группа методов «относительные» основана на критерии оценки точности измерения по концепции разности осадок.
2. Группа методов оценки «абсолютные» основана на критериях оценки точности измерения по абсолютной погрешности оседания.

Группа методов оценки "относительные" включает в себя такие методы, как: В.А. Карпенко и Я. Mартусевича.

Группа методов оценки "абсолютно" включает в себя методы: А. Костехеля, В.Ф. Черникова.

При детальном рассмотрении указанных методов, обнаруживаются их специфические стороны. Одни методы удачно применять при оценке осадок, но другие могут иметь более универсальный характер. Для эффективного их применения необходимо методы классифицировать и определить рациональные области использования каждого из них. Надо заметить, что сравнение методов проводилось в разных работах, которые позволили продолжить исследования в этом направлении [3,4]. Кроме того, некоторые из них можно модифицировать.

Приведем анализ метода Я. Mартусевича [2].

Суть метода состоит в нахождении наиболее устойчивого репера, путем поочередного использования каждого в качестве базового (устойчивого) и устойчивым считается репер, для которого выполняется условие:

 (1.1)

U_z – отклонения от среднего. Z = (1, 2, 3, …, Р)

Расчет сети реперов (Z) проводится без наличия опорных пунктов, т.е. сеть является свободной. Вычисляются разности высот в каждом цикле. В данном методе используется ряд измеренных высот реперов.

Вместе с тем, можно проводить уравнивание сети по разности измеренных высот реперов. При этом существенно сократится количество вычислений.

Проведем сравнение указанных подходов на конкретном примере. Опорная сеть приведена на рис. 1.

Рис. 1 – Схема опорной сети

 

В табл. 1 приведены измерения по двум циклам (2 и 3). Первый цикл принимается с нулевыми измерениями.

 

Таблица 1 – Данные измерений

	Цикл 2		Цикл 3
	hi(mm)	ni(станция)	hi(mm)	ni(станция)
1	328.00	1	327.76	1
2	652.18	3	652.36	4
3	980.31	4	979.97	3
4	97.58	5	97.60	5
5	398.49	4	398.33	5
6	483.92	3	483.24	5

 

Определение устойчивого репера (метод [2]):

После уравнивания по методу наименьших квадратов [5] измеренных высот реперов мы получим уравненные высоты реперов .

В табл. 2 показаны изменения отметок реперов по каждому циклу по измерениям их высот.

Таблица 2 – Динамика изменений отметок реперов

 

В табл. 3 приведена оценка устойчивости всех реперов по методу [2].

При этом принято, что устойчивость реперов оценивается при стабильности репера 1. Как видно из табл. 3 наиболее стабильным является репер 4, у которого наименьшее значение суммы среднеквадратических отклонений (0,18). Отношение этого значение к допуску должно быть менее 2-3. В результате, наиболее устойчивым после репера 1 является репер 4 (см. табл. 3).

Таблица 3 – Устойчивость всех реперов по измерениям высот

Модификация метода [2].

Отличие состоит в том, что уравниваются не высоты реперов, а разности их отметок (превышения). В результате уравнивания мы получим разности оседаний реперов ∆j (см. табл. 4).

Таблица 4 – Уравненные значения разности отметок реперов

После уравнивания выполнена оценка устойчивости реперов по модифицированному методу (см. табл. 5).

 

Таблица 5 – Устойчивость всех реперов по разности измеренных высот

Сравнение подходов приведено на рис. 2. По столбцу 11 таблицы 3 и столбцу 5 таблицы 5 мы можем сравнить метод [2] до и после модификации.

Рис. 2 – Сравнение подходов к оценке устойчивости реперов

 

Как видно из рассмотрения рисунка 2 – относительная точность по разности отметок реперов выше, чем по методу [2].

В итоге можно сделать вывод, что модификация метода, основанного на вычислениях по высотам реперов, существенно упрощается и уточняется при рассмотрении разности измеренных высот. Количество вычислений может быть менее 50%.

Подобно приведенному анализу метода [1], следует провести оценку других методов, что позволит разработать классификацию способов оценки устойчивости геодезической сети по типам объектов и видам наблюдений для их выбора при конкретных геодезических наблюдениях.

Список литературы / References

1. Ганьшин В.Н. Измерение вертикальных смещений сооружений и анализ устойчивости реперов / В.Н. Ганьшин и др.; под общ. ред. В.Н. Ганьшина. – М.: Недра. – 215 с.
2. Martuszewicz Janusz , Podstawowy zaznaczenia premieszczen’ geodezyjnych-GIK, Warszawa, 1982.
3. Стороженко А.Ф. Геодезические методы измерений вертикальных смещений сооружений и анализ устойчивости реперов / А.Ф. Стороженко, В.Н. Ганьшин, Н.А. Буденков. – М.: Недра. – 1981.
4. Дьяков Б.Н. Анализ устойчивости реперов сво­бодной нивелирной сети / Б.Н. Дьяков. – Геодезия и картография, 1992, №4. – с. 15-17.
5. Гудков В.М. Математическая обработка маркшейдерско-геодезических измерений / В.М. Гудков, А.В. Хлебников. – М.: Недра. – 1990. – 335 с.

 Список литературы на английском языке / References in English

1. Gan'shin V.N. Izmerenie vertikal'nyh smeshhenij sooruzhenij i analiz ustojchivosti reperov [Measurement of the vertical displacements of structures and stability analysis of frames] / V.N. Gan'shin and others; pod obshh. red. V.N. Gan'shina. – M.: Nedra. – 1981. – 215 p. [in Russian]
2. Martuszewicz Janusz , Podstawowy zaznaczenia premieszczen’ geodezyjnych-GIK, Warszawa, 1982.
3. Storozhenko A.F. Geodezicheskie metody izmerenij vertikal'nyh smeshhenij sooruzhenij i analiz ustojchivosti reperov [Geodetic measurements of vertical displacements of structures and stability analysis of frames] / A.F. Storozhenko, V.N. Gan'shin, N.A. Budenkov. – M.: Nedra. – 1981. [in Russian]
4. D'jakov B.N. Analiz ustojchivosti reperov svobodnoj nivelirnoj seti [Analysis of the stability of frames free levelling network] / B.N. D'jakov. – Geodezija i kartografija [Geodesy and cartography], 1992, №4. – p. 15-17. [in Russian]
5. Gudkov V.M. Matematicheskaja obrabotka markshejdersko-geodezicheskih izmerenij [Mathematical processing of mine surveying-geodetic measurements] / V.M. Gudkov, A.V. Hlebnikov. – M.: Nedra. – 1990. – 335 p. [in Russian]