Автоматизированный геодезический мониторинг промышленных предприятий
Российская компания «Монитрон» разработала передовую автоматизированную систему геодезического мониторинга, позволяющую минимизировать риски и предотвращать аварии на промышленных объектах. Уникальность системы заключается в сочетании цифровых гидростатических нивелиров собственного производства с инновационными технологиями анализа данных для круглосуточного мониторинга деформации в режиме реального времени. Разработка находит широкое применение в строительной и нефтяной отраслях, на гидротехнических сооружениях и промышленных предприятиях, в метрополитене и транспортных тоннелях, при добыче полезных ископаемых.
Вертикальные перемещения: индикатор состояния и причина аварий
Вертикальные перемещения, или осадки, являются ключевым индикатором технического состояния зданий и сооружений любого типа и назначения. Измерение этих перемещений методом нивелирования играет важную роль в геотехническом мониторинге.
Фундаментальная взаимосвязь напряжений, деформаций и перемещений объясняет особую роль нивелирования. Эти величины неразрывно связаны. Любое изменение напряжений неизбежно сопровождается перемещениями, и наоборот, перемещения вызывают трансформацию напряжений. Именно перемещения — неравномерные осадки фундаментов — часто выступают первопричиной аварий. Они приводят к снижению жесткости основания (например, из-за суффозии, карста или строительства котлована вблизи существующего здания), что влечет за собой неравномерные осадки. В свою очередь, это вызывает дополнительные напряжения, снижая запас прочности конструкции.
Кроме того, на фоне глобального потепления происходит деградация вечной мерзлоты, что обостряет еще одну серьезную опасность: непредвиденные неравномерные осадки, вызванные растеплением грунтов.
В то же время, аварии, вызванные неравномерными осадками вследствие нового строительства вблизи существующих зданий или растеплением вечной мерзлоты, имеют общую черту: их можно предотвратить, увеличив периодичность мониторинга.
Суть технологии
Сегодня периодичность нивелирования объектов зависит от их типа. Так, для нефтехранилищ на вечномерзлых грунтах она составляет не менее двух раз в год, а для объектов атомной и гидротехнической отраслей – три-четыре раза в год. На промышленных объектах, например, резервуарах, наблюдения могут проводиться с интервалом от года до пяти лет.
Однако столь редкие измерения создают риск: начало деструктивных процессов может остаться незамеченным. Решение заключается в обеспечении достаточной цикличности нивелирования для своевременного выявления уязвимостей и предотвращения аварий. Этого можно достичь, перейдя к автоматизированному способу мониторинга с измерениями в режиме реального времени, разработку которого и предлагает компания «Монитрон».
В основе разработки — гидростатическое нивелирование – основанное на принципе создания системы сообщающихся сосудов. Измерительные сосуды перемещаются вместе с конструкциями, на которых они закреплены. Изменение глубины жидкости в каждом сосуде отражает разность осадок (рис. 1). Сосуды соединяются гибкими шлангами, позволяющими свободно обходить препятствия и проходить через проемы. В помещениях систему обычно располагают выше человеческого роста для удобства эксплуатации.
Гидронивелирами удобно оснащать подвалы и первые этажи зданий, потерны плотин, транспортные тоннели и коллекторы, мостовые сооружения, морские платформы, объекты атомной отрасли, резервуары, участки железных дорог, земляные сооружения и пр. Они одинаково эффективны как внутри помещений, так и на открытом воздухе, а также для постоянных и временных наблюдений.
Серийно выпускаемые датчики гидростатического нивелира ― Монитрон ДГЦ-19 — включены в Госреестр СИ и спроектированы для межотраслевого применения в любых климатических зонах на всей территории России — от Кавказа до Ямала и Арктики. Имеют точность снятия показаний ±0,1 мм при диапазоне измерений 100 мм, цикличность – один раз в минуту, температурный диапазон эксплуатации от –65 до +50°С, степень защиты оболочки IP 66 (пыленепроницаем, защищен от сильного воздействия струи воды). Маркировка взрывозащиты 1Ex db IIС T6 Gb Х, базовый срок службы 15 лет.
Система «Монитрон» – это не просто контрольно-измерительная аппаратура, а инновационный аппаратно-программный комплекс для мониторинга вертикальных перемещений. Он состоит из трех ключевых компонентов: отечественных датчиков контроля вертикальных перемещений, превосходящих западные аналоги; цифрового двойника: передового метода расчета запаса прочности конструкций, одобренного Главгосэкспертизой для всех типов сооружений; искусственного интеллекта Monitron AI, осуществляющего постоянный анализ результатов мониторинга и сигнализирующего о начале деструктивных процессов.
Принцип работы
Оборудование устанавливается на объекте «под ключ», что гарантирует оперативность и минимальное участие заказчика. Эксплуатация системы максимально упрощена, а все данные доступны в удобном личном кабинете пользователя. Ключевые преимущества разработки «Монитрон»: 1) оперативный доступ к данным: датчики гидростатического нивелира подключаются через Интернет, предоставляя круглосуточный доступ к информации; 2) визуализация позволяет наблюдать распределение осадок по всей площади объекта в режиме реального времени; 3) надежное хранение и безопасность: собственный интернет-сервис обеспечивает надежное хранение данных и защищает их от потери; 4) коллективная работа: система позволяет подключить к процессу мониторинга всех необходимых специалистов, способствуя эффективному взаимодействию.
Кроме того, в веб-интерфейсе предусмотрены инструменты для анализа результатов нивелирования, такие как графики осадок во времени, изополя распределения осадок в плане, генератор отчетов. Реализован сервис тревожных оповещений (СМС, электронная почта). Поддерживаются мобильные устройства для работы в поле.
Но особый интерес специалистов вызывает реализация сотрудниками «Монитрон» наукоемкого функционала для анализа результатов мониторинга с использованием цифровых двойников и элементов искусственного интеллекта.
Цифровой двойник – это компьютерная модель напряженно-деформированного состояния наблюдаемого объекта, учитывающая поэтапное изменение нагрузок и воздействий. Фактически, это семейство моделей, полученных путем варьирования расчетных параметров (например, модулей деформации грунтов) в пределах допустимого диапазона. Такой подход позволяет охватить различные сценарии работы сооружения. На основе данных, поступающих с ДГЦ-19, автоматически выбирается модель, наиболее точно отражающая фактическое состояние объекта.
В свою очередь искусственный интеллект используется при нормальной эксплуатации объекта для выявления признаков дестабилизации технического состояния. Модель машинного обучения прогнозирует ожидаемые вертикальные перемещения для текущего момента времени, учитывая действующие нагрузки, воздействия и условия эксплуатации. Если фактические перемещения соответствуют прогнозируемому диапазону, это свидетельствует о штатной работе сооружения. В противном случае отклонение фактических перемещений от прогнозируемых может указывать на изменение режима работы и возможное ухудшение технического состояния.
Разработка «Монитрон» позволила комплексно оценивать состояние объектов, выявлять потенциальные риски и эффективно планировать ремонт, предотвращая аварии. Благодаря этому контроль за эксплуатируемыми сооружениями вышел на новый высокий уровень.
г. Москва, ул. Ильинка, д. 4, оф. 493
тел.: 8 (800) 775-75-67
e-mail: box@monitron.ru
www.monitron.ru
Печатная версия статьи из газеты «Вестник промышленности» №3(26) за 2025 год