Основным требованием к системе мониторинга ГТС является высокая точность определения смещений, в данном случае гребня плотины, на уровне ср.кв.ошибок 1.5мм в плановых координатах и 2мм по высоте. Кроме этого, важными требованиями к системе мониторинга ГТС являются надежность, оперативность съема информации и выдачи результатов персоналу, уровень автоматизации процесса мониторинга.
Методика оценки возможностей спутникового мониторинга по критериям точности, надежности, оперативности и уровню автоматизации заключается в следующем.
Съём спутниковой информации с датчиков (спутниковых приемников, установленных в контролируемых точках) выполняется в режиме реального времени. Математическая обработка информации, поступившей на сервер, выполняется в течение 5-10мин. Так что оперативность выдачи результатов персоналу, принимающему решения, может характеризоваться временем 10мин. Штатные системы мониторинга предоставляют подобную информацию от одного до четырех раз в сутки.
Высокий уровень автоматизации процесса функционирования системы спутникового мониторинга, особенно в сравнении со штатными системами, обеспечивается использованием исключительно радиоэлектронных устройств. Аппаратные средства системы функционируют без участия человека. Требуется только их периодическое обслуживание, ремонт, замена, настройки. Для математической обработки спутниковой измерительной информации требуется подготовленный оператор, лучше с геодезическим образованием. С приобретением опыта его занятость на один счет (время обработки информации в одном интервале измерений) составит порядка 1 часа.
Предлагаемая технология является инновационной. Имеет неоспоримые преимущества перед традиционной технологией, но имеет и ограничения. Сравним в общих чертах спутниковые и традиционные технологии на примере СШГЭС.
Традиционная технология основана на применении оптико-электронных измерительных средств (тахеометры, дальномеры, нивелиры). Эти технические средства работают в составе внешней сети, контролирующей изменение поверхности, прилегающей к гидроузлу, смещения гребня плотины и т.д. Внешняя сеть состоит из опорных и рабочих планово-высотных знаков. Исходными для трилатерации и нивелирования являются пункты каркасной сети и высотные реперы, удаленные от плотины и менее подверженные, как предполагается, деформациям. Определение смещений гребня плотины и оценка стабильности исходной внешней сети выполняются методом трилатерации. Передача высот отметок от фундаментальных реперов выполняется геометрическим нивелированием. Работы по трилатерации и нивелированию относятся к полевым, представляют собой сложные и длительные процедуры. В зимний период, в сложных климатических условиях, они трудно осуществимы. В другие периоды выполняются с большими перерывами.
Важной частью мониторинга является определение необратимых перемещений плотины. Трудность их определения заключается в том, что сработка водохранилища проводится не строго до минимального уровня, циклы геодезических измерений традиционными измерительными средствами не всегда совпадают по времени с моментами достижения минимальных гидростатических нагрузок, присутствует определенная инерционность в реакции сооружения на изменение нагрузок. Все это приводит к некорректному получению конечных результатов.
Особо важную роль в обеспечении эксплуатационной надежности сооружения играет оперативность в съеме, обработке измерений и предоставлении результатов, особенно в периоды половодий и паводков. Традиционные средства не обеспечивают высокой оперативности.
В традиционных технологиях исходные пункты невыгодно располагать на больших удалениях от объекта по экономическим соображениям, в противном случае резко возрастают затраты на полевые работы, возрастают и погрешности результатов. Но на малых удалениях исходных пунктов от объекта мониторинга возникают сомнения в стабильности этих пунктов.
Потенциально традиционные средства обеспечивают на ограниченных расстояниях высокую точность (<1мм). При удалении же порядка 1км и более необходимо очень потрудиться, чтобы определить линейные смещения с ошибками 1-2мм.
Традиционные средства на основе оптических и механических устройств трудно поддаются автоматизации. Даже для автоматизированного тахеометра проблемным представляется функционирование без сбоев в течение длительного времени, например суток и недель, при изменяющихся в худшую сторону погодных и климатических условиях (дожде, тумане, морозе, снегопаде и т.д.). Страдают при этом точность и оперативность, присутствие человека становится обязательным.
Оптико-электронные и оптико-механические измерительные средства имеют и положительные стороны. Их основное преимущество перед другими средствами, в том числе спутниковыми, заключается в возможности функционирования в закрытых помещениях. Эти средства выгодно использовать в комплексе с другими, в том числе спутниковыми средствами, используя их положительные качества.
Большинства перечисленных выше недостатков традиционных средств не имеют спутниковые измерительные средства, основанные на использовании глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Они обладают более высокой надежностью и оперативностью, которые основаны на применении исключительно радиоэлектронных устройств, имеющих высокий уровень автоматизации. Системы спутникового мониторинга способны непрерывно функционировать в любое время суток и года, независимо от погодных и климатических условий, с минимальным участием человека, предоставляя результаты с любой оперативностью. Эти результаты содержат плановые и высотные смещения гребня плотины (по трем осям координат). При этом точность в плане в ср.кв.ошибках составляет 1-2мм, по высоте 2-3мм.
Системы спутникового мониторинга обладают более высокой объективностью в том смысле, что не зависят в такой степени от исходной основы, как системы, основанные на традиционных измерительных средствах. Исходные пункты в спутниковых технологиях могут находиться на удалениях, гарантирующих их стабильное положение. Более того, для исходных пунктов может быть организован мониторинг стабильности с использованием измерений удаленных станций международной ГНСС-службы.
Вместе с тем спутниковые технологии имеют и свои ограничения. Наиболее существенными из них являются невозможность работы в закрытых помещениях, они функционируют только в открытом пространстве, доступном для приема высокочастотных радиосигналов, а также невозможность работы в зонах посторонних электромагнитных излучений на частотах 1-2Ггц.
Положительные качества и недостатки спутниковых и традиционных технологий приводят к заключению об их совместном (комплексном) использовании. Так в условиях СШГЭС внешняя сеть может быть реализована на спутниковых средствах, а внутренняя – на традиционных.
В мировой практике системы спутникового мониторинга крупных инженерных сооружений, в том числе ГТС, нашли широкое применение.
