М2М телематика - Федеральное дорожное агентство

! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Автоматизированная система
контроля деформаций и смещений
Мониторинг сооружений автодорожной инфраструктуры
Москва, 2013
Актуальность создания системы
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Масштаб сети федеральных автомобильных дорог
Стратегическая важность сложных инженерных сооружений
Сложные природно-климатические условия
Повышение интенсивности транспортных потоков
Износ объектов дорожной инфраструктуры
Создание автоматизированной системы контроля деформаций и
смещений объектов дорожной инфраструктуры и прилегающих
геомассивов
Высокие затраты на устранение возможных последствий, вызванных разрушениями
инженерных сооружений, риск гибели людей, а также существенный экономический ущерб
вследствие временного прекращения движения на поврежденном участке дорог, требуют
применения средств и систем дистанционного мониторинга с возможностью раннего
местоопределения дефектов на объектах автодорожной инфраструктуры.
2
Цели и задачи создания системы
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Цели создания системы
Повышение оперативности реагирования на изменения состояния сложных
инженерных сооружений и прилегающих геомассивов за счет автоматизации их
мониторинга на основе комплексного применения технологий высокоточной
спутниковой навигации и контроля геотехнического состояния.
Основные задачи
автоматическое определение (в реальном времени и в постобработке)
параметров положения, движения, колебаний (трехмерных деформаций),
напряженно-деформированного состояния объекта дорожной инфраструктуры;
автоматическое формирование сигналов о достижении элементами конструкции
объекта дорожной инфраструктуры предельных (заданных) параметров
состояния,
автоматическая выдача диспетчеру и внешним потребителям информации о
технико-эксплуатационном состоянии контролируемых объектов.
3
Стадии создания системы
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
№
п/п
Год
Мероприятие
Результат
1
2009
Доказана эффективность
Инициативный пилотный проект ФДА, М2М
ГЛОНАСС для контроля
на трассе Джубга-Сочи
смещений
2
2011
Разработаны проектные решения системы,
определены пилотные участки
Определены требования к
проектированию системы
2012
Разработка конструкторской документации,
программного обеспечения, закупка,
монтаж оборудования
Создан задел для отработки
технических решений
объектов контроля
дорожной инфраструктуры
Проведение опытной эксплуатации
Доказана эффективность
комплексного применения
традиционных методов
контроля и ГЛОНАСС
3
4
2013
…
Федеральное дорожное агентство в плановом порядке разрабатывает инновационные
перспективные методы и средства автоматизированного контроля состояния сложных
инженерных сооружений и геомассивов на основе использования современных
навигационных, телеметрических и телекоммуникационных технологий
4
Объекты автоматизации и контроля
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
1
2
1. Инженерный корпус
хостинского тоннеля.
2. Хостинская эстакада.
3.
Верхнее
подпорное
сооружение (а/д М27 Джубга-
3
4
Сочи км 196 + 310).
4.
Нижнее
подпорное
сооружение (а/д М27 ДжубгаСочи км 196 + 310).
 Все пилотные объекты функционируют как единый опытный участок – фрагмент
многообъектовой локальной сети
 За период ОЭ – 3 месяца оборудование подтвердило свои точностные характеристики
 Получено тиражируемое решение для построения ведомственной АСУ мониторинга
объектов
5
Основные элементы системы
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Аппаратно-программный комплекс диспетчерского пункта
Инженерная инфраструктура
10 км. кабальных трасс (2,5 км – волоконно-оптических линий,
более 3 км линий электропередач, более 3-х км соединительных линий)
Технологический контур формирования поправок
позиционирования по сигналам ГЛОНАСС/GPS.
1 базовая станция
Технологический контур определения местоположения по
сигналам ГЛОНАСС/GPS
19 точек контроля
Технологический контур измерений смещения, деформаций,
напряженности элементов сооружения
> 120 точек контроля,
6 скважин,
9 шурфов
Технологический контур контроля оперативной обстановки
2 камеры
Технологический контур измерения параметров состояния
окружающей среды
1 метеостанция
Состав системы позволяет полноценно контролировать большинство факторов, влияющие на
объекты контроля
6
Аппаратно-программный комплекс диспетчерского пункта
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Основные задачи:
 Сбор, хранение и представление информации
о состоянии контролируемых объектов
 Сигнализация о возникновении происшествий
 Поддержка
действий
диспетчера
в
соответствии с возникшей обстановкой на
контролируемых объектах
 Предоставление
состояния
данных
видеоконтроля
элементов
конструкции
контролируемых объектов
.
Аппаратно-программный комплекс диспетчерского пункта – основной инструмент
эксплуатирующей организации
для автоматизированного постоянного достоверного
мониторинга состояния контролируемых объектов и анализа процессов, происходящих с ним
7
Технологический контур определения местоположения по
сигналам ГЛОНАСС/GPS
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Состав:
1.
2.
3.
Локальная базовая станция
Измерительные станции-роверы (19 станций
роверов)
Навигационное вычислительное устройство
Точностные характеристики:
 определение смещений объектов контроля
дорожной инфраструктуры в реальном
масштабе времени 2-3 см
 определение смещений объектов контроля
дорожной инфраструктуры в постобработке –
4-5 мм
Оборудование контура устанавливается на всех объектах контроля и обеспечивает измерение
смещений точек контроля в абсолютных величинах одновременно по трем взаимно
перпендикулярным осям с потенциальной ошибкой в несколько миллиметров.
Обеспечивает возможность комплексирования с другими контурами контроля, работу в
реальном времени независимо от времени суток и погодных условий.
8
Технологический контур измерений смещения,
деформаций, напряженности элементов сооружения
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Предназначены для измерения линейных, угловых перемещений
элементов конструкции сооружений и температуры в местах установки
 Датчики угла наклона – 30 шт.


Диапазон: - ±10°,
Точность: 0.001°.
 Датчик температуры - 30 шт


Диапозон: от - 40 С° до +60 С°
Точность: - 0.1 С°
 Датчики линейных перемещений - 60 шт


Диапозон: 0-80 мм
Точность: 0.1 мм
Оборудование контура устанавливается на противооползневых стенках и обеспечивает
измерения низкодинамичных и высокодинамичных процессов смещений элементов
конструкций объектов контроля относительно друг друга.
9
Технологический контур измерений смещения,
деформаций, напряженности элементов геомассивов
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Предназначены
для
измерения
смещений
прилегающих геомассиов и их воздействия на
сооружения дорожной инфраструктуры

Инклинометры скважинные – 30 шт



Датчик уровня грунтовых вод – 1 шт.



Диапазон: до 100 мм
Точность: 0.1 мм
Диапозон: до 100 кПа
Точность: 0.1 кПа
Датчики давления грунта – 9 шт


Диапозон: до 700 кПа
Точность: 0,1 кПа
Оборудование контура устанавливается на прилегающих
геомассиве верхнего подпорного сооружения и обеспечивает
измерение низкодинамичных деформационных процессов
воздействия
на
сооружения
объектов
дорожной
инфраструктуры.
10
Технологический контур контроля оперативной обстановки
Технологический контур измерения параметров состояния
окружающей среды
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Предназначен для видеонаблюдения за объектом контроля и измерения
параметров окружающей среды


Видокамеры – 2 шт

Угол обзора – 34-86°

Разрешение – 600 телевизионных линий
Метеостанция – 1 шт.


Диапазон измерения температур : - 50 С° до +60 С°
Точность измерения температуры: 0.3 С°




Диапазон измерения давления: 600-1100 гПа
Точность измерения давления: 0,5 гПа
Диапазон измерения относительной влажности воздуха: 0-100%
Точность измерения относительной влажности: 3%
11
Основные результаты. Навигационный контур
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Период наблюдений: 14.12.2012 – 28.02.2013
Состояние объектов на 05.03.2013:
1. Нижнее подпорное сооружение – норма
2. Верхнее подпорное сооружение – норма
3. Эстакада- норма
Точностные характеристики:



В
точность определения смещения объектов
(в реальном времени) – 2-3 см
точность определения смещения объектов
(в режиме постобработки) – 5 мм
количество достоверных данных на суточном
интервале не менее 96%
январе 2013
зафиксировано
смещение контролируемых
относительное
точек на нижнем и
верхнем подпорном сооружениях в пределах 10-12
мм по результатам постобработки данных.
По результатам опытной эксплуатации была подтверждена возможность применения
технологий спутникового навигации на основе ГЛОНАСС/GPS в системах контроля
деформаций и смещений объектов дорожной инфраструктуры.
12
Основные результаты.
Контур измерительного оборудования
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
Период наблюдений: 14.12.2012 – 14.01.2013
Наклономер контур 3.10
"правый" а, мм
Интервал опроса оборудования:


Верхнего подпорного сооружения – 20 мин.
0
Нижнего подпорного сооружения – 10 мин;
-2
0
1000
2000
3000
4000
-4
Точностные характеристики:

Точность измерения смещений – 0,05 мм

Точность измерения углов – 0,001°
-6
-8
-10
Показания трещиномера контур 3.8
ось Х, мм
В январе 2013 зафиксированы подвижки геомасива
прилегающего к верхнему подпорному сооружению
в пределах 7 мм.
0.000000
-0.200000 0
1000
2000
3000
4000
-0.400000
-0.600000
-0.800000
По
результатам
опытной
эксплуатации
был
подтвержден синергетический эффект комплексного
использования
навигационных
технологий
с
геотехническим оборудованиям, позволяющий повысить
достоверность и точность контролируемых параметров.
-1.000000
-1.200000
-1.400000
13
Преимущества и эффект от создания системы
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
 Переход от системы планово-предупредительных работ к
эксплуатации по состоянию
КЛЮЧЕВЫЕ
ПРЕИМУЩЕСТВА
 Оперативный мониторинг состояния сооружений, в т.ч. в
реальном времени
 Прогнозирование изменений состояния сооружений
 Снижение затрат на диагностику состояния сооружений
(особенно удаленных)
ЭФФЕКТ
СОЗДАНИЯ
СИСТЕМЫ
 Снижение затрат при проведении ремонтновосстановительных работ (15%)*
 Снижение затрат эксплуатирующей организации при оценке
напряженно-деформированного состояния сооружений
(15%)*
*Экспертное заключение Института системного анализа РАН
Создаваемое комплексное решение повысит эффективность эксплуатации сложных
инженерных сооружений в автомобильном хозяйстве и прогнозирования возникновения
критических состояний элементов инфраструктуры.
14
Перспективы развития проекта
! Для внутреннего использования в ООО «М2М телематика» !
 Развитие методического обеспечения и математического аппарата оценки состояния
контролируемых объектов на основе комплексного использования применяемого
измерительного оборудования
 Экспериментальная отработка и комплектование типовых конфигураций объектового
измерительного оборудования для различных объектов контроля
 Разработка отраслевых методических документов, определяющих требования к
автоматизированным системам контроля состояния инженерных сооружений и
геомассивов автодорожного комплекса
 Тиражирование системы на другие объекты дорожной инфраструктуры федеральных
автомобильных дорог
 Проведение исследований новых (побочных) применений создаваемой системы
(например, контроль массы проезжающего транспорта (за счет измеряемых
колебаний контролируемого полотна) с его идентификацией посредством системы
видеонаблюдения)
Создан уникальный экспериментальный полигон для отработки программно-технических
комплексов, математических моделей и методического аппарата по автоматизированному
мониторингу объектов дорожного хозяйства. Созданный задел подлежит дальнейшему
развитию и использованию в интересах Федерального дорожного агентства
15