Почти все исследования в сфере инженерных изысканий связаны с мониторингом – геотехническим, экологическим, гидрологическим и гидрогеологическим, метеорологическим и метеоклиматическим. А тут появился еще и геодезический мониторинг. В чем заключается данный метод? На вопросы редакции интернет-ресурса «Геомаркетинг» отвечает главный специалист по геодезическому мониторингу ОАО «Атомэнергопроект», к.т.н. Вадим ВЕСЕЛОВ.

 

 

Вадим Владимирович, еще один мониторинг… Геодезический. Что за «зверь»? На каких принципах работает технология?

Это не «know how». В той или иной мере, как в гражданском строительстве, так и в промышленном (в том числе и в атомной энергетике) геодезическим мониторингом занимаются уже лет двадцать –тридцать, а то и больше.

 

Как показывает практика, обычно к геодезическому мониторингу относят наблюдения за осадками и деформациями зданий и сооружений, а также повторные измерения на геодинамических полигонах при исследованиях современных движений земной поверхности.

 

Несмотря на, казалось бы, ощутимые на слух различия в терминологии и целях, речь идет практически об одном и том же – о деформациях сооружения или земной поверхности. Как в первом, так и во втором случае геодезические знаки ассоциируются с точками наблюдаемого объекта. Как в первом, так и во втором случае для оценки деформаций используются повторные геодезические измерения с практически идентичной процедурой обработки. Как в первом, так и во втором случае это система повторных натурных измерений и обработки их результатов, позволяющая выполнять анализ и прогноз параметров деформаций инженерного объекта – строительной конструкции, технологического оборудования, фундаментов зданий и сооружений, территории и района их размещения, то есть геодезический мониторинг.

 

Но тогда чем же отличается геодезический мониторинг, например, от наблюдений за осадками фундаментов? По-моему, их наблюдают с начала истории строительства. Нет?

Во-первых, целями и задачами. Если в процессе наблюдений за осадками основной целью является фиксакция наличия осадки фундамента на момент производства измерений, то при геодезическом мониторинге мы ищем функцию протекания осадки во времени, по которой можем дать тот или иной прогноз на глубину, определяемую временем и цикличностью измерений.

 

Во-вторых, если при наблюдениях за осадками зданий и сооружений основной задачей является проведение цикла наблюдений с заданной точностью, то при геодезическом мониторинге кроме указанной задачи решаются задачи обеспечения функционального соответствия натурных и расчетных данных. К примеру, термин средняя осадка в геодезической и в проектной строительной могут не совпадать.

 

Если можно так сказать, то мониторинг – это следующий шаг к пониманию различий между нашими представлениями, которыми мы пользуемся при проектировании и реальными процессами.

 

Как вы считаете, насколько необходим геодезический мониторинг?

С одной стороны, говорить о необходимости мониторинга, в частности – геодезического, не приходится. Существует множество как нормативных, так и методических документов, руководств, в которых определяется необходимость мониторинга. Однако четких и безальтернативных положений к проведению геодезического мониторинга нет. Частично положения размыты, в отдельных случаях противоречивы и во-многом декларативны. Например, нет четкой уверенности, что и когда нужно уравнивать – результаты геодезических измерений после каждого цикла измерений или включать в уравнивание ряды натурных измерений, приводя их к функциям от времени, таким как скорость или иные. Нет полной ясности, как выполнять зонирование территорий при оценках устойчивости плановой и высотной сетей. За единичным исключением в нормативных документах не описаны полноценные алгоритмы обработки временных рядов и статистического прогнозирования, а просто продекларировано, что должен быть осуществлен прогноз. И таких примеров достаточно. Поэтому можно сказать, что большое количество нормативных и методических изданий, их противоречивость, размытость, неопределенность говорят о том, что геодезический мониторинг находится в стадии осмысления и разработки.

 

Во-вторых, геодезический мониторинг, конечно, актуален исходя из требований к объектам наблюдений, определяемых их прецезионностью. Многие современные промышленные и гражданские объекты снабжаются технологическим оборудованием, предъявляющим очень высокие требования к своему геометрическому положению. Например, мощные турбоагрегаты ТЭЦ, ГЭС, ГРЭС или АЭС; штольни и шахты лифтовых хозяйств в многоэтажных домах; оси реакторов, да и многое другое. Здесь отслеживаются миллиметровые или субмиллиметровые величины – ведь это на грани возможности геодезических средств измерений. Как показывает наша практика, одними банальными осадками фундаментов не обойтись. Существует множество примеров, когда вместо осадки фундаменты испытывают и подъем, и кручения. Т.е. процесс деформирования является этаким многофакторным процессом, что определения приоритетных процессов необходимы ряды наблюдений, их специальная обработка.

 

Вы сейчас вскользь упомянули, что декларируют, но не говорят, как это сделать. Это вопрос по поводу декларирования прогноза. В чем основные проблемы?

Да, это один из очень важных и принципиальных моментов геодезического мониторинга. Если раньше, например, при наблюдениях за осадками брались разности между последним и первым или «нулевым» циклами повторных наблюдений, и эта полученная разность трактовалась как некая деформация объекта, то сейчас – с позиции мониторинга – мы учитываем весь наблюдаемый ряд или его несколько последних членов, удовлетворяющих условиям равноточности, относительной равномерности, одновременности начала наблюдений, и другие условия, позволяющие определить общую тенденцию. В этом случае могут быть определимы, отсечены или компенсированы и грубые, и систематические, и случайные погрешности результатов наблюдений за деформациями в зависимости от их частоты и цикличности, равномерности и полноценности. Кстати, в этом случае вырисовывается и «удельный вес» постановки и программы наблюдений.

 

На практике все гораздо сложнее. В подавляющем большинстве случаев наблюденные ряды координат или высот деформационных знаков требуют предварительной обработки. Ведь наблюденные значения как правило искажены неизбежными при строительстве перезакладками. Даты начальных наблюдений по маркам одного и того же объекта объективно могут не совпадать по различным причинам, например, по мере появления возможности для закладки и наблюдениям и многое другое, включая элементарный непрофессионализм, халатность и безграмотность. Кстати, халатность очень точное слово от слова «халат» – встречаются очень красиво оформленные отчеты с фотографиями и картинками, но цифры – говорят о том, что «на короле только халат».

 

Вместе с тем, опять повторюсь, требований в нормативной литературе к точности и структуре наблюденных временных рядов, к методам их практической обработки и приведению к виду, по которому можно выполнять прогноз, нет. Да и сами алгоритмы прогноза – «удел» не каждого геодезиста. В геодезических программах ВУЗов на статистический анализ и обработку временных рядов отводится не более одного часа!

 

Ну, наверное, не все так серо, как вы это рисуете? Ведь если покопаться в интернете, можно найти автоматизированные средства и системы мониторинга, например, GEOMOS или «Кредо. Расчет деформаций»…

Вы правы. Существует достаточно большое количество программ для расчета деформаций. Однако, прежде чем их рассчитывать, необходимо создать элементарную базу данных, очистить ее от «грязи» и компенсировать, по возможности, недостатки. Но для этого необходим специалист с достаточно высоким уровнем знаний не только в геодезии, но и в геологии, механике грунтов, статистики временных рядов, при этом я назвал здесь не весь перечень.

 

И в том, и в другом случае, прежде чем заниматься расчетами необходимо в полной мере представлять наблюдаемый процесс и осмысленно производить расчеты. Наличие широкого спектра программ еще не залог успешного анализа.

 

Приведу такой пример. Предположим, пытаемся найти скорость протекания осадки. Первый случай – простейший. В менее продвинутой среде берут разность высот между последним и исходным циклами, делят на время и получают какую-то скорость. Обычно без учета времени между циклами и средних квадратических погрешностей определения высоты в циклах измерений. И получают просто космические величины. Например, получили осадку за 3 месяца наблюдений порядка 10 мм (особенно если это происходит в период нагружения фундаментов), тогда скорость 12 мм в год. Делают прогноз… – вроде бы много! И сразу возникает шум – фундамент «проваливается».

 

Второй случай – для более опытных исполнителей. Берут несколько циклов (4 и более) и начинают определять тренд при помощи аппроксимации полиномами первой или второй степени при помощи MS.Excel или в «Кредо. Расчет деформаций». Делают прогноз. Однако это не всегда возможно, поскольку искомая скорость на текущем отрезке принадлежит экспоненциально убывающей функции.

 

Предвосхищая ваш вопрос, сразу отвечу – для оценки скорости протекания процесса мы используем интервальные (кусочно-линейные) либо мгновенные (рекуррентные) оценки скоростей, получаемые из результатов, приведенных (очищенных от «шелухи») данных с использованием диапазона, характеризуемого средней квадратической погрешностью геодезического измерения в «слабом» месте относительно исходных устойчивых пунктов.

 

Я чувствую, речь зашла о программном обеспечении геодезического мониторинга. Какие программы, на ваш взгляд, должны сопровождать выполнение геодезического мониторинга?

На мой взгляд, это должна быть одна единая система, включающая как хранение сырого материала, так и отбраковку и приведение, предварительную обработку, уравнивание, приведение к расчетным параметрам, приведение к временным рядам, их анализ и прогноз. Ну и конечно вывод окончательных форм, вместе с шаблонированием.

 

Если взять стандартную практику, то обычно используется комплекс из трех-четырех программ –Word, Excel, пакет Credo-Dialog и графику продукции Autodesk – AutoCAD или GoldenSoftware.Surfer. В отдельных случаях отдельные специалисты используют пакеты статистических и математических программ типа Statistica, Mathcad, MathLab. Кое-кто пытается самостоятельно писать коды программ.

 

Однако такой подход, такое обилие программ, хранимых и редактируемых файлов является прелюдией к ухудшению достоверности и качества выпускаемой продукции. Зачастую полноценно владеть этими программами могут лишь единицы. Например, в нашей практике более половины специалистов при работе с пакетами Credo-Dialog используют умолчания. Пакетами Statistica, Mathcad, MathLab могут частично пользоваться лишь единицы. Поэтому, выходная информация – отчеты, записки программы редактируются различными «свободными» специалистами. И как результат, при обилии файлов на стадии разработки и обработки могут быть простые ошибки типа «вставил не тот текст», «взял не тот файл» или «вообще ничего не понял»… Грустная шутка.

 

Как показывает практика, где мы используем единую систему хранения, обработки и вывода информации с использованием шаблонов, процесс разработки документов намного эффективнее за счет отсутствия промежуточных файлов, использования единого источника информации. Да и сама процедура обработки материалов претерпела существенные изменения. Чтобы создать документ, достаточно иметь одну единую базу, снабженную одной единой программой с необходимыми процедурами и шаблонами.

 

Хочу еще раз повториться. Как в случае с нормативными документами и методическими руководствами, количество используемых программ и попытки написания оригинальных кодов для обработки результатов геодезического мониторинга говорит о стадии осмысления и разработки.

 

Последний вопрос. Насколько я понял, специалист в области геодезического мониторинга должен обладать весьма специфичным набором знаний…?

Действительно, одного геодезического образования маловато. Здесь необходимы знания в области геостатистики, статистической обработки временных данных, основы прогнозирования, математическое моделирование. Конечно, нужна компьютерная грамотность, знания основ геологических наук, таких как геоморфология, геодинамика, гидрогеология. Должны быть понятия о строительном деле – механике грунтов, основах строительного проектирования, частично – о сопромате и теоретической механике.

 

Приблизительно из этого перечня можно понять уровень требований, предъявляемых к результатам геодезического мониторинга и междисциплинарную заинтересованность.

 

В итоге можно сказать, что в настоящее время геодезический мониторинг проходит стадию осмысления и разработки, производство очень заинтересовано в специалистах высокого уровня, ну а подготовка специалистов такого профиля может серьезно повысить рейтинг ВУЗа.