Проект системы автономного малобюджетного геодезического мониторинга

Начать. Это бесплатно
или регистрация c помощью Вашего email-адреса
Проект системы автономного малобюджетного геодезического мониторинга создатель Mind Map: Проект системы автономного малобюджетного геодезического мониторинга

1. Доклад на пленарном заседании

2. Первые результаты тестирования автономного малобюджетного ГНСС-датчика в условиях низких температур

2.1. Титульный лист

2.1.1. Карпик А. П., Мамаев Д. А., Мареев А. В., СГУГиТ

2.1.2. Первые результаты тестирования автономного малобюджетного ГНСС-датчика в условиях низких температур

2.2. Влияние таяния вечной мерзлоты на инфраструктуру

2.2.1. Батагайский провал (Якутия)

2.2.1.1. Таяние вечномерзлых грунтов несет большие риски для инфраструктуры нефтедобычи России, так как 75% нефтедобычи сосредоточено на вечномерзлых территориях

2.2.1.1.1. Исследования показывают, что глобальное потепление негативно влияет не только на южные регионы с риском затоплений, но и на регионы вечной мерзлоты [1]. При оттаивании вечной мерзлоты значительно меняется рельеф местности за счет проявления различных экзогенных процессов таких как: термокарст, солифлюкция, сортировка обломочного материала и т.д. Согласно мнению климатологов и экономистов [1, 2] для России глобальное потепление несет значительный риск в вопросе эксплуатации инфраструктуры нефте-газо добычи. Дело в том, что до 75% российской нефтедобычи сконцентрировано на территориях с условиями вечной мерзлоты и большая часть инфраструктуры строилась без учета возможного влияния таяния вечномерзлых грунтов.

2.2.2. Дом провалившийся из-за таяния мерзлоты https://ria.ru/20200616/1572976793.html

2.2.2.1. Потенциальный ущерб от таяния вечномерзлых грунтов может составить до 9 млрд. руб. к 2050 году

2.2.2.1.1. По оценкам заместителя главы Министерства РФ по развитию Дальнего Востока и Арктики Александра Крутикова возможный ущерб от таяния ледников может составить до 9 триллионов рублей в 2050 году [4]. По этой причине в рекомендациях совета по Арктике и Антарктике при Совете Федерации, состоявшегося 24 ноября 2020 [5], отмечена важность "на постоянной основе осуществлять геотехнический мониторинг, который позволит своевременно выявлять риски и проводить планово-предупредительные мероприятия, обеспечивающие безопасную эксплуатацию зданий и сооружений".

2.2.2.2. Около 60 процентов зданий в Норильске деформировались из-за сокращения слоя вечной мерзлоты. Одна десятая всего жилого фонда города, уже выселены из-за ущерба, нанесенного глобальным потеплением

2.2.2.2.1. Перемена климата повлекла за собой оттаивание вечной мерзлоты и увеличение количества осадков. Валерий Терешков, заместитель главы МЧС в Красноярском крае, в своей статье утверждает, что почти 60 процентов всех зданий в Норильске деформировались из-за сокращения слоя вечной мерзлоты. Местные инженеры говорят, что сегодня более 100 жилых домов, или одна десятая всего жилого фонда города, уже выселены из-за ущерба, нанесенного глобальным потеплением.

2.3. Существующие методы геодезического мониторинга геодинамической обстановки на ГДП

2.3.1. Повторные наблюдения на линейно-угловых геодезических сетях, повторное геометрическое нивелирование, повторные гравиметрические наблюдения

2.3.1.1. Недостатки

2.3.1.1.1. Высокая трудоемкость процесса мониторинга

2.3.1.1.2. Низкий уровень автоматизации

2.3.1.1.3. Невозможность проведения всесезонного мониторинга

2.3.1.1.4. Необходимо большое количество пунктов закрепления центров сети в вечной мерзлоте

2.3.1.2. Достоинства

2.3.1.2.1. Относительно невысокая стоимость оборудования

2.3.1.2.2. Геометрическое нивелирование - самый точный метод определения деформаций высот

2.3.1.2.3. Высокий уровень методического и нормативного обеспечения проведения работ

2.3.2. Спутниковая радарная интерферометрия

2.3.2.1. Достоинства

2.3.2.1.1. Широкий охват территории мониторинга

2.3.2.1.2. Нет необходимости в дорогостоящем заложении центров пунктов (за исключением небольшой сети уголковых отражателей)

2.3.2.1.3. Высокий потенциал для автоматизации процесса мониторинга

2.3.2.1.4. Наличие архивных данных радарных съемок

2.3.2.2. Недостатки

2.3.2.2.1. Невозможность применения мониторинга на сильно залесённых территориях с малым количеством стабильных объектов с высокой отражающей способностью

2.3.2.2.2. Невысокая степень надежности результатов определения деформаций без опоры на GPS-пункты мониторинга

2.3.2.2.3. Невозможность мониторинга в зимние месяцы

2.3.2.2.4. Горизонтальные деформации определяются в несколько раз грубее высотных

2.3.3. Спутниковый ГНСС-мониторинг

2.3.3.1. Достатки

2.3.3.1.1. Высокая стоимость закрепления центров пунктов в вечной мерзлоте

2.3.3.1.2. Высокая стоимость оборудования

2.3.3.1.3. Высокая стоимость программ мониторинга

2.3.3.1.4. Для мониторинга больших территорий необходимо большое количество ГНСС-датчиков

2.3.3.2. Недостоинства

2.3.3.2.1. Высокая степень автоматизации процесса мониторинга

2.3.3.2.2. Нет необходимости закрепления большого количества центров сети мониторинга

2.3.3.2.3. Возможность всесезонного мониторинга в режиме реального времени

2.4. Чем обусловлена высокая стоимость ГНСС-мониторинга?

2.4.1. Высокая стоимость сетевого ГНСС-приемника

2.4.2. Высокая стоимость устройств автономного электропитания в условиях низких температур

2.4.3. Высокая стоимость устройств дальней радиосвязи

2.4.4. Высокая стоимость программного обеспечения для менеджмента записей ГНСС-измерений

2.4.5. Высокая стоимость монументации ГНСС-станции

2.4.6. Высокая стоимость каллиброванных ГНСС-антенн типа Choke-ring

2.5. Макет датчика для ГНСС-мониторинга

2.5.1. Комплект аппаратуры макетного приемника

2.5.1.1. Интерфейсы

2.5.1.1.1. Сom-порт (USB)

2.5.1.1.2. Wifi (передача сырых данных в режиме реального времени+web интерфейс)

2.5.1.1.3. LoRa (передача сырых данных через УКВ на расстояния до 10 км на прямой видимости )

2.5.1.2. Солнечная панель 30 Вт

2.5.1.3. ГНСС-приемник Ublox m8p/m8n

2.5.1.3.1. Возможна установка приемника типа ublox zedF9p

2.5.1.4. Антенна ashteck ash111660

2.5.1.5. Питание 5, 12 В. Максимальное потребление - 1,2 Вт (при одновременной работе Wifi и LoRa)

2.5.1.6. Общая стоимость комплекта 50-100 т.р.

2.5.2. Устройства монументации

2.5.2.1. Стальной омедненный жезл 17 мм (стержень заземления)

2.5.2.2. Стальные троссы-растяжки

2.5.2.3. Концевик стального стержня

2.5.2.4. Опора силового блока

2.5.2.5. Средства крепления растяжек

2.5.2.5.1. Анкер-болты (для крепления на скальном грунте и бетоне)

2.5.2.5.2. Мини-винтовые сваи (для монтажа на рыхлом грунте)

2.5.3. Общая схема работы системы спутникового ГНСС-мониторинга

2.5.3.1. Выполнение спутниковых измерений на станциях мониторинга

2.5.3.2. Накопление суточного (дневного) сеанса на удаленном сервере

2.5.3.2.1. Опционально - обработка сеансов большей дискретности

2.5.3.3. Формирование отчета о состоянии объекта/информирование пользователя/запуск нового цикла

2.5.3.4. Обработка базовых линий

2.5.4. Цикл работы устройства

2.5.4.1. Цикл работы устройства (График изменения напряжения на элементе питания)

2.5.5. Установка прибора на пункте

2.5.5.1. Модель монументации устройства

2.5.5.1.1. Модель монументации

2.5.5.2. Тип монументации - аналог Tech2000 GNSS Antenna Mast из рекоммендаций Unavko

2.5.6. Установка прибора на испытательном стенде (крыша лабораторного корпуса СГУГиТ)

2.6. Результаты тестирования макета в условиях низких температур

2.6.1. Продолжительность сеанса СН в зимний период

2.6.1.1. Продолжительность сеанса СН в зимний период

2.6.1.2. Продолжительность сеанса СН в зимний период

2.6.1.3. Продолжительность сеанса СН в зимний период

2.6.1.4. Продолжительность сеанса СН в зимний период

2.6.1.5. Продолжительность сеанса СН в зимний период

2.6.2. График изменения положения антенны по высоте

2.6.2.1. Общая информация об обработке

2.6.2.1.1. Период наблюдений - 03.07.2020 -23.04.2021

2.6.2.1.2. Опорная эпоха - 03.07.2020

2.6.2.1.3. Базовая станция (БС) - пункт IGS "novm"

2.6.2.1.4. Расстояние до БС - 5 км.

2.6.2.1.5. Обработчик - rnx2rtkp (Rtklib v ???)

2.6.2.1.6. Режим обработки - статика, только GPS, L1

2.6.2.1.7. Маска по высоте - 20 градусов

2.6.2.2. Изменение положения пункта мониторинга по высоте за период июль 2020 - май 2021. СКО за период наблюдений - 8.3 мм, среднее - 1.2 мм.

2.6.2.2.1. Изменение среднего значения смещения по высоте пункта мониторинга

2.6.3. Работа системы электропитания

2.6.3.1. Количество дней без сеансов СН по месяцам

2.6.3.1.1. *в августе потеряны сеансы измерений из-за технических работ по перенастройке Wifi

2.6.3.1.2. *в январе потеряны сеансы измерений из-за переполнения памяти на сервере

2.6.3.2. Средняя продолжительность сеанса СН по месяцам за период эксперимента

2.7. Выводы

2.7.1. Электроника макета датчика для геотехнического мониторинга показала работоспособность в условиях крайне низких температур.

2.7.2. Полученный результат мониторинга станции на крыше лабораторного корпуса СГУГиТ указывает на достаточное качество выполненных измерений для проведения ГНСС-мониторинга природной среды

2.7.3. Технический результат исследования - преодоление высокой цены станции ГНСС-мониторинга с обеспечением автономной работы в условиях крайне низких температур

3. Open-source платформа для организации малобюджетного спутникового мониторинга

4. Программа мониторинга наклона пузырькового уровня. Мареев А. В., Попков М. А., Янгалышев В. Р.

4.1. Введение

4.1.1. Программа, камера и пузырьковый уровень вместе представляют собой инклинометр, который ограничен в точности только радиусом кривизны уровня.

4.1.2. Цель проекта сделать высокоточный инклинометр более доступным для широкого применения.

4.1.3. Используя малобюджетные камеры, недорогие, но высокоточные спиртовые циллиндрические уровни и открытые библиотеки программ типа OpenCV можно разработать недорогое устройство, обладающее высокой чувствительностью к малым наклонам

4.2. Актуальность

4.2.1. Деформационный мониторинг требуется не только на объектах критически важной инфраструктуры типа нефтепроводов и мостов. Большую важность приобретает мониторинг жилых сооружений гражданской инфраструктуры. Однако цена инклинометров, которые необходимы для мониторинга деформаций очень высока для их повсеместного внедрения.

4.3. Аналоги

4.3.1. Двухосевой высокоточный инклинометр с разрешением 0,087 миллирадиан

4.3.2. Двухосевой высокоточный инклинометр с разрешением 0,001 миллирадиан

4.4. Состав устройств прототипа

4.4.1. Пузырьковый цилиндрический спиртовой уровень

4.4.2. Датчики температуры, освещенности

4.4.3. Web-Камера

4.4.4. Контроллер обработки изображений

4.5. Прототип

4.5.1. Прототип установленный на теодолит

4.5.2. Демонстрация работы программы на выставке Интерэкспо Гео-Сибирь 2021

4.5.3. Устройство, установленное на теодолит обладает чувствительностью к наклону на уровне 0.015 милирадиан

4.6. Дальнейшие исследования и работы

4.6.1. Разработка устройства в закрытом корпусе;

4.6.2. Изучение влияния температуры на спиртовой уровень;

4.6.3. Разработка программы автокаллибровки уровня;

4.6.4. Разработка двухосевого инклинометра, путем определения одной камерой двух пузырьковых уровней;

4.6.5. Публикация исходных кодов программы и схем устройства под открытой лицензией.