Геоэкологические проблемы оползнеопасных территорий и их решение с использованием геодезических методов

Лазарев, Владимир Михайлович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоэкологические проблемы оползнеопасных территорий и их решение с использованием геодезических методов
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологические проблемы оползнеопасных территорий и их решение с использованием геодезических методов"

□ОЗОБ22в"7

Лазарев Владимир Михайлович

На правах рукописи

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ И ИХ РЕШЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

Специальность: 25.00.36 - геоэкология 25.00.32 - геодезия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

г. Томск - 2007

Работа выполнена в Томском государственном архитектурно-строительном университете

Научный консультант: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Валентин Егорович Ольховатенко

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ведущая организация- Сибирский государственный университет

Защита состоится ! 8 апреля 2007 г. в 14.00 часов на заседании Диссертационного совета Д.212.265.02 при Томском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, г. Томск, пл. Соляная,2 , ТГАСУ, факс: (8-3822) 65-24-7!.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 12 марта 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Александр Мартынович Адам; доктор геолого-минералогических наук, профессор Тамара Гурьевна Рященко; доктор технических наук, профессор Юрий Викторович Столбов.

путей сообщений.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Быстрый рост урбанизации порождает ряд глобальных и локальных геоэкологических проблем, вызванных широким распространением и активизацией опасных природных и техноприродных процессов. Катастрофические процессы приводят к разрушению зданий и сооружений и представляют реальную угрозу для жизни людей. Поэтому одной из центральных проблем современной геоэкологии является изучение состояния и устойчивости геологической среды урбанизированных территорий, из которых исключительно актуальное значение приобретает изучение оползневых процессов природного и техноприродного характера. В этих условиях на первое место для обеспечения безопасности населения и хозяйственных объектов, осуществления градостроительной, природоохранной и других видов деятельности в районах развития опасных природных и техноприродных процессов выходит профилактика этих опасностей, а не ликвидация их последствий.

Анализ работ в области геоэкологии показывает, что в настоящее время используются различные подходы при решении геоэкологических проблем урбанизированных территорий. В большинстве случаев они основаны на оценке состояния и устойчивости геологической среды, а иногда оценивается техническое состояние зданий и сооружений, и даются рекомендации по усилению их конструкций и фундаментов. Поэтому при разработке и реализации мероприятий по инженерной защите на оползнеопасных территориях требуется не только организация стационарных наблюдений, но оценка и прогноз изменения состояния природно-технических систем (ПТС) для принятия управленческих решений и предотвращения чрезвычайных ситуаций, так как разработка и внедрение планов застройки городских территорий нередко осуществляется без учета развития опасных природных и техноприродных процессов.

актуально для крупных городов и в частности для г. Томска, на территории которого решением городского координационного экологического Совета определено 33 оползнеопасные зоны, из которых наиболее опасными следует признать оползневой склон в мкр. «Солнечный» и район Лагерного сада на берегу р. Томь. Развитие оползневых процессов на этих участках наносит огромный ущерб городскому хозяйству из-за деформации и разрушения существующих зданий и инженерных сооружений, что потребовало принятия на территории Томской области закона «Об оползневых зонах, расположенных в границах городских и сельских районов Томской области».

Оценка состояния и устойчивости Г1ТС является одной из актуальнейших проблем геоэкологии, решение которой невозможно без применения геодезических методов, контролирующих развитие процессов в пространстве и времени. Включение экологической проблематики в сферу интересов инженерной геодезии оказывает существенное влияние на специфику геодезических работ, так как необходимо учесть такую важную закономерность, как синергизм процессов и явлений, который выражается в существенном (многократном) увеличении общего эффекта воздействия двух или несколько одновременно или последовательно действующих процессов на природные или природно-технические системы по сравнению с воздействием каждого из процессов, развивающихся отдельно.

Поэтому для получения достоверных результатов и решения проблемы оценки состояния и устойчивости ПТС в комплексе, недостаточно использовать только классические методы геодезии, традиционно применяемые при наблюдениях за оползнями, а, как показано в диссертации, необходимо разработать цельную систему геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга, которая объединяет в себе различные методы измерений и моделирования, что потребовало разработки теоретических и технологических основ объединения геодезических, спутниковых и геофизических методов измерений с методами статистического моделирования в рамках комплексной программы геомониторинга за перемещениями во времени и пространстве оползневых массивов в результате техногенного воздействия на ПТС на оползнеопасных территориях. Такое объединение различных методов в систему геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга многократно увеличивает его эффективность и достоверность, так как результаты одного метода подтверждаются результатами другого.

конца не решен и требует проведения дальнейших исследований. Поэтому одной из задач наших исследований в области геодезии стала разработка и исследование методов математического прогнозирования появления трещин в строительных конструкциях инженерных сооружений на основе анализа изменения формы поверхности строительных конструкций по результатам геодезических измерений.

Таким образом геоэкологические проблемы оползнеопасных территорий приобретают исключительно важное значение и требуют самого пристального внимания к их решению, а разработка в рамках данной диссертации системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга оползневых процессов для их изучения, моделирования и прогнозирования во времени и пространстве с позиций опасности и риска для инженерных сооружений и жизни людей является в настоящее время весьма актуальной научно-практической задачей. При этом развитие и совершенствование геодезических методов изучения оползневых процессов будет безусловно способствовать не только повышению качества проектирования мероприятий по инженерной защите территорий и по обеспечению устойчивости зданий и сооружений, но и повышению результативности методов математического моделирования и прогноза.

Цель и задачи. Целью данной работы является разработка теоретических основ решения геоэкологических проблем оползнеопасных территорий с использованием геодезических методов. Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи.

3. Разработка технологии и исследование методов математического прогнозирования появления трещин в строительных конструкциях инженерных сооружений в процессе эксплуатации на основе анализа изменения формы поверхности строительных конструкций по результатам геодезических измерений

4. Развитие методов статистического моделирования и разработка технологии их применения для решения геодезических задач и оценки стабильности положения опорных пунктов для определения реальных смещений оползневых массивов.

5. Теоретическое обоснование и практическое применение новой модели трехосного атмосферного эллипсоида для учета влияния атмосферных ошибок на спутниковые измерения.

Научная новизна:

- выполнено теоретическое обоснование и разработана технология создания комплексной системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга оползневых процессов и вызванных ими деформаций инженерных сооружений на основе объединения в единую систему классических и современных спутниковых геодезических и магнитометрических методов с методом статистического моделирования для оценки и прогноза изменения состояния природно-технических систем и принятия управленческих решений.

- впервые разработана и проверена на практике новая методика оценки стабильности опорных пунктов геодезической сети в стесненных условиях городской застройки при активизации оползневых процессов на основе методов статистического моделирования. Данная методика позволяет оценить случайные погрешности измерений и влияние геометрии опорной геодезической сети на точность определения величины и направления смещения грунтовых реперов и выявить реальные деформации. Достоверность результатов исследований подтверждается практической реализацией предложенных методов и моделей при обосновании и внедрении системы геомониторинга оползневых процессов на территории г. Томска.

- теоретически обосновано применение метода математического моделирования и статистических испытаний (метода Монте-Карло) для оценки точности геодезических измерений параметров оползневых и деформационных процессов на базе модифицированного генератора случайных нормально распределенных погрешностей измерений, что позволяет отделить реальные деформации от случайных погрешностей измерений. Достоверность прогноза, использующего компьютерную модель случайных погрешностей результатов геодезических измерений подтверждается экспериментальной проверкой.

- теоретическое обоснование и практическое применение новой модели трехосного атмосферного эллипсоида для учета влияния атмосферных ошибок на спутниковые измерения в геодезии.

На защиту выносятся:

-Результаты теоретических и прикладных исследований решения геоэкологических проблем оползнеопасных территорий с применением новой комплексной системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга природно-технических систем на основе объединения классических и современных спутниковых геодезических и магнитометрических методов и статистического моделирования.

^Методологические и технологические принципы решения геодезических задач в системе геомониторинга природно-технических систем с использованием метода Монте-Карло. Разработанная компьютерная модель случайных погрешностей результатов геодезических измерений используется в процессе верификации результатов геодезических наблюдений оползневых процессов.

-Теоретическое обоснование, разработка и практическое применение нового метода оценки стабильности пунктов опорной геодезической сети в стесненных условиях городской застройки на оползнеопасных территориях

- Методика и результаты прогнозной оценки развития оползневых процессов на основе геодезических технологий в системе геодезического обеспечения комплексного геоэкологического мониторинга.

Практическая значимость. Разработанная в диссертации система геодезического обеспечения комплексного геоэкологического мониторинга, включающего в себя организацию стационарных наблюдений за смещениями оползневого склона и за осадками и деформациями инженерных сооружений на оползневом склоне, оценку и анализ результатов наблюдений, построение математических моделей и прогнозирование на их основе изменения состояния природных и техно-природных систем дает возможность специалистам принимать научно-обоснованные управленческие решения, позволяющие предотвратить или снизить активность развития опасных природных и техно-природных процессов, угрожающих не только зданиям и сооружениям, но и самой жизни людей.

Разработана методика комплексного подхода к организации геомониторинга оползневых процессов, сочетающая инструментальные наблюдения с использованием новейших спутниковых технологий с созданием компьютерной модели влияния случайных погрешностей геодезических наблюдений на результаты моделирования для выделения из результатов измерений реальных величин деформаций и принятия управленческих решений.

На основе исследований применяемых в стандартных подпрограммах статистического анализа и обработки данных генераторов случайных величин выявлены особенности работы подобных генераторов, определен лучший генератор с точки зрения соответствия генерируемого распределения теоретическому, проведена его модификация, значительно улучшившая его работу и на основе модифицированного в работе генератора разработана методика моделирования результатов геодезических измерений оползневых процессов.

Исследовано влияние температурных деформаций на раскрытие трещин в несущих стенах деформируемых зданий при активизации оползневых процессов, что позволяет прогнозировать развитие трещин не только от осадок здания, но и от изменения температуры окружающей среды.

Анализ точности спутниковых измерений показал, что она в основном зависит от атмосферных погрешностей. Однако более точный учет влияния атмосферы на результаты геодезических измерений при существующих в настоящее время сферически-симметричных моделей атмосферы обеспечить невозможно, что вызвало необходимость обоснования и разработки новой модели трехосного атмосферного эллипсоида. Практический учет несферичности атмосферы позволяет повысить точность спутниковых измерений

Результаты исследований позволили разработать в городе Томске комплексную систему геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга на муниципальном уровне, объединяющую в себе различные методы наблюдений и возможности не только классической геодезии, но и современных спутниковых и магнитометрических методов, а также методов статистического моделирования для оценки состояния и устойчивости ПТС на территории города.

Достоверность результатов исследований подтверждается практической реализацией предложенных методов и моделей при обосновании и практической реализации системы геомониторинга оползневых процессов на территории г. Томска. Достоверность и обоснованность прогноза появления трещин в строительных конструкциях на основе геодезических данных подтверждается как сравнением с экспериментальными данными, так и дальнейшими теоретическими исследованиям» других авторов. Достоверность прогноза, использующего компьютерную модель случайных ошибок результатов геодезических измерений подтверждается экспериментальной проверкой.

Реализация основных результатов исследования осуществлялась в соответствии с программой научно-исследовательских работ Томского государственного архитектурно-строительного университета при непосредственном участии и под руководством автора и в соответствии с утвержденной программой работы координационного Совета по инженерной защите администрации г. Томска при организации геомониторинга оползневых процессов. Результаты работы позволили выработать рекомендации по корректировке генерального плана застройки города с учетом развития опасных природных и техноприродных процессов. Основные положения диссертации используются при выполнении научно-исследовательских работ и в учебном процессе ТГАСУ при изучении специальных дисциплин для студентов специальностей «Инженерная защита окружающей среды» и «Городской кадастр»

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на следующих конференциях, семинарах и конгрессах:

XXXIX научная конференция профессоров, преподавателей, научных работников и аспирантов ЛИСИ. Ленинград, ЛИСИ, 1981 г

ХШ научно-методическая конференция «Проблемы инженерного образования на современном этапе» Томск, ТИСИ, 1988 г

Региональная научно-техническая конференция «Совершенствование геодезических, фотограмметрических и астрономических работ» Ростов на Дону, РИСИ, 1990г

Международныеая научно-техническая конференция. «Современные проблемы геодезии и оптики». Новосибирск, СГГА, 1998г.

И международная конференция «Автомобильные дороги Сибири» 20-24 апреля 1998 г. Омск, СибАДИ.

Международная научно-техническая конференция, посвященная 65-летию СГГА - НИИГАиК, «Современные проблемы геодезии и оптики». Новосибирск, СГГА, 1999г.

Международная научная конференция «Геоэкологические проблемы урбанизированных территорий» 22-24 сентября 1999г., г.Томск

Третий и четвертый Сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-98), (ИНПРИМ-2000). «Математические модели в геодезии, кадастре и оптотехнике». СГГА.-Новосибирск, 1999,2000гг.

LI научно-техническая конференция. Современные проблемы геодезии и оптики. Новосибирск, СГГА, 2001г.

Ежегодная сессия Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии Сергеевские чтения. (Москва, 21-22 марта 2002)

Международная научно-техническая конференция «Архитектура и строительство». Секция «Архитектурно - строительный комплекс и проблемы технической и экологической безопасности» 11-12 сентября 2002г., г.Томск:.

Международная научно-техническая конференция «Техногенная трансформация геологической среды». Секция «Активизация экзогенных гео-логичеких процессов урбанизированных территорий» 17-19 декабря 2002г., г.Екатеринбург:.

LUI международная научно-техническая конференция. «Современные проблемы геодезии и оптики». Новосибирск. СГГА, 2003г.

Международная конференция по геотехнике «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство», посвященной 300-летию Санкт-Петербурга. СПб., 2003г.

Международная научно-техническая конференция «Геотехника Беларуси: Наука и практика», Минск,. 2003г.

Международная научно-техническая конференция «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов». Москва: М. 2003г.

LIV международная научно-техническая конференция. «Современные проблемы геодезии и оптики». Новосибирск. СГГА, 2004г.

Публикации. Основные ре культа ш исследований автора по теме диссертации опубликованы в одной монографии и 23 печатных работах, приведенных в автореферате.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 406 стр.машинописного текста, 83 рисунка и 48 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 280 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность Президенту Томского государственного архитектурно-строительного университета, профессору, д.г.-м.н. Г.М. Рогову и проректору по научной работе, д.т.н., профессору Л.С. Ляховичу за поддержку в процессе работы над диссертацией, а также научному консультанту, д.г.-м. н., профессору В.Е.Ольховатенко и д.т.н., профессору Г.Г. Асташенкову за консультации при написании диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первом разделе «Геоэкологические проблемы урбанизированных территорий и научные подходы к их решению» показано, что геоэкологические проблемы урбанизированных территорий тесным образом связаны с формированием и развитием опасных природных и гехноприродных процессов, что нередко приводит к возникновению чрезвычайных ситуаций и требует огромных материальных затрат на их ликвидацию. Среди опасных геологических процессов и явлений городов России оползни занимают важное место. Техногенные и природные воздействия приводят к развитию оползневых процессов с последующими деформациями оснований сооружений и их конструкций, расположенных в районах развития опасных оползневых процессов. Современная застройка в городах из-за отсутствия свободных площадей выполняется преимущественно близко у бровок склонов и часто по склонам, в результате чего активизируются старые оползни или развиваются новые деформации сооружений и склонов. Так, например, в г. Томске на территории Лагерного Сада под влиянием природных и техногенных факторов резко активизировался оползневый процесс и перемещение бровки склона в сторону плато за последние 20 лет превысило 70 м. Здесь же под воздействием оползневых процессов произошло разрушение учебного корпуса ТУСУРа, пострадали и другие здания. В мкр. «Солнечный» в результате строительства двух 10-ти этажных домов на склоне резко активизировались оползневые процессы, что привело к разрушению гаражей, деформированию фундаментов и конструкций жилых домов. На развитие оползневых процессов, наряду с природными, решающее значение сыграли техногенные факторы. Строительство жилых домов привело к пригрузке оползневого склона и изменению напряженно- деформированного состояния грунтового массива.

Рассмотренные в диссертации методологические основы решения геоэкологических проблем, обусловленных развитием оползневых процессов вклю-

чают в себя анализ критериев оценки состояния природно-технических систем, устойчивость которой определяется степенью опасности состояния ПТС и уровнем инженерной защиты и исследование природно-техногенных факторов развития опасных процессов урбанизированных территорий, в том числе и закономерности развития опасных оползневых процессов на территории г. Томска, на которые влияют как природные, так и техногенные факторы.

Среди многообразия геоэкологических проблем, проблема изучения и прогнозирования развития оползневых процессов занимает особое место, так как в отличие от других геоэкологических проблем, изучение и прогноз развития оползневых процессов невозможно выполнить без применения современных средств и методов инженерной геодезии. Однако, как показывает анализ опубликованных работ в Российской и зарубежной печати, до настоящего времени многие вопросы остаются до сих пор не решенными. В XX веке разными авторами предпринимались попытки решить отдельные вопросы по данной проблеме, однако до настоящего времени удовлетворительного комплексного решения так и не получено. Так например, до сих пор существует проблема оценки достоверности результатов геодезического контроля за плановыми смещениями грунтовых реперов в условиях активизации оползневых процессов. Еще в 1965 году один из лучших специалистов того времени по геодезическим методам изучения оползневых процессов П. И. Брайт утверждал, что «...вопросы, связанные с применением и разработкой новых геодезических методов измерения смещений на оползнях в технической литературе освещены совершенно недостаточно, хотя требования к точности, надежности результатов и используемым инструментам и методам значительно повысились». В 1979 году профессор Г.И. Тер-Степанян в своей монографии, посвященной теории дифференциального метода с графическим определением горизонтальных смещений на оползнях указывает, что «...научная база, на которой строится анализ оползневых явлений и прогноз работы противооползневых сооружений все еще находится в начальной стадии развития».

Ситуация практически не изменилась и до настоящего времени. В Справочном руководстве по фундаментальным экологическим проблемам в разработках Российской академии наук за 1995 год среди экологических проблем геологии, геофизики и горного дела, химии, биологии, биотехнологии и медицины, транспорта и энергетики, атмосферы, суши, рек, озер, морей и океанов, экологические проблемы, связанные с развитием оползневых процессов на урбанизированных территориях России даже не упоминаются, а среди средств и методов контроля, рекомендуемых РАН для экологического мониторинга, отсутствуют современные геодезические системы и технологии сбора и обработки информации, без которых, как уже говорилось, невозможно изучение причин и закономерностей развития оползневых процессов, как одних из наиболее опасных природных явлений, которые часто приводят к значительным экономическим потерям и человеческим жертвам. Так же и в материалах Международного симпозиума в 2001г. в г. Екатеринбурге, посвя-

щенного инженерно-геоэкологическим проблемам урбанизированных территорий опять же обсуждаются проблемы, связанные с химическим промышленным загрязнением городских территорий, утилизацией жидких промышленных отходов и т.п., а геодинамическим процессам внимание практически не уделяется. Но даже в тех случаях, когда пытаются использовать геодезические методы, применяют их зачастую неквалифицированно. Например Постоев Г.П. отмечает, что «...пока редко применяются специальные приборы -глубинные реперы для определения местоположения поверхности скольжения....», а технология комплексного применения современных спутниковых методов до сих пор практически не разработана, что не позволяет получить своевременные и достоверные данные о развитии оползневых процессов, а эффективность борьбы с оползневыми деформациями как раз и зависит от своевременного и достоверного выявления начала процесса, типа и механизма оползня, причин его активизации, скорости развития и направления движения. Поэтому одним из важнейших направлений исследований в области инженерной геодезии в ходе изучения оползневых процессов является разработка теоретических и технологических основ обеспечения стационарного геодезического контроля за перемещениями во времени и пространстве оползневых массивов в результате техногенного воздействия.

Для решения поставленных задач в первом разделе выполнен анализ существующих методов и показана необходимость проведения комплексного исследования возможностей использования последних достижений в геодезии и приборостроении, включая спутниковые технологии и магнитометрические методы для создания системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга за оползневыми процессами и вызванными ими деформациями инженерных сооружений, так как применение классических методов геодезии к решению геоэкологических проблем, обусловленных развитием оползневых процессов осложняется нестабильностью сети реперов, а это в свою очередь требует применения методов статистического моделирования и развития методов оценки стабильности опорных пунктов.

Во втором разделе «Теоретическое обоснование применения современных геодезических технологий для решения геоэкологических проблем» выполнена классификация и сравнительный анализ методов геодезического контроля за земной поверхностью и инженерными сооружениями в условиях активизации оползневых процессов. Показаны основные особенности и недостатки традиционных методов геодезического контроля за развитием оползневых процессов. Выполнена сравнительная оценка точности осевых, плановых, высотных и пространственных методов определения смещения оползневых точек. Для оценки стабильности положения опорных пунктов в зоне действия оползневых процессов разработана методика применения створных измерений, которая позволяет, как показано в табл. 1, уверенно фиксировать смещение СС| створного знака в пределах 1...2 мм.

От частоты и сроков наблюдений зависит не только стоимость работ, но

Таблица1.

Величина изменения угла со створного знака на визирные цели в зависимости

от величины перемещения створного знака СС| и расстояния до цели (1.

д СС,=1 мм. СС|=5мм. СС|=10мм.

50 м. 4,13" 20,63" 41,26"

100м. 2,03" 10,31" 20,62"

1000м. 0,21" 1,03" 2,06"

2000м. 0,10" 0,52" 1,04"

3000м. 0,07" 0,34" 0,68"

4000м. 0,05" 0,26" 0,52"

и вообще возможность своевременно зафиксировать начало оползневого процесса, однако этим вопросам уделяется недостаточно внимания. В практике наблюдений за динамикой оползней встречаются случаи, когда по тем или иным причинам происходит смещение опорных или ориентирных пунктов, которью ранее считались неподвижными. В одномерном пространстве (на линии) положение точки фиксируется значением одной координаты X, и ошибка положения точки тр равна средней квадратической ошибке т„ этой координаты, тогда истинное положение точки может находиться в интервале [(Х- 1'ШХ);( Х+Мпх)], где коэффициент I обычно задают равным 2.0 или 2.50. В двумерном пространстве (на поверхности) положение точки фиксируется значениями двух координат, и ошибка положения точки должна задаваться двумя величинами: направлением и погрешностью положения по этому направлению, или погрешностью по двум координатам X и У. Геометрическая фигура, внутри которой находится истинное положение точки, может иметь разную форму; в частном случае, когда погрешность положения точки по всем направлениям одинакова, получается круг радиуса Я. В строгой теории данный критерий называется радиальной ошибкой, применяются и более сложные критерии, такие как "эллипс ошибок" (кривая 2-го порядка) и др.

Если оползневые точки смещаются достаточно быстро, то определенная таким образом средняя квадратическая погрешность измерений может оказаться значительно больше, чем в случае неподвижных пунктов вследствие неодновременности измерения направлений и углов. Не следует считать такое определение ошибочным, так как погрешность определения положения пункта в таком случае возникает не только вследствие погрешности угловых измерений, но и вследствие смещения оползневых точек за время производства цикла наблюдений или между циклами. Поэтому в диссертации была разработана новая методика определения координат опорных пунктов геодезической сети в условиях активизации оползневых процессов.

Традиционно для организации геодезического контроля за оползневыми процессами на оползнеопасной территории создается долговременная опорная (каркасная) геодезическая и оползневая сеть. Все опорные реперы связываются между собой и создают наблюдательную опорную сеть, состоящую из геодезических четырехугольников, треугольников или центральных систем,

которую вычисляют известными геодезическими методами. Желательно наблюдательную сеть привязать к государственной или к городской опорной геодезической сети, однако сети для наблюдений за оползнями могут быть свободными. После того как закреплены пункты наблюдательной оползневой сети, проводят их первое наблюдение. При этом наблюдают все видимые опорные и оползневые знаки независимо от того, сколько направлений приходится на данную точку. Таким образом, во всех треугольниках, образованных одними только опорными реперами, будут измерены все три угла, а в треугольниках, в которые входят оползневые точки, если с них нельзя выполнить измерения, только по два угла. Для каждого опорного репера выбирают свой ориентирный пункт, на который и берут начальное направление. После этого определяют координаты всех пунктов опорной сети, пользуясь известными в геодезии аналитическими методами. По полученным координатам составляют схематический план расположения опорной сети, очертаний оползня и необходимой ситуации.

Однако, как показывает геодезическая практика, очень часто для решения поставленной задачи в стесненных условиях городской застройки описанный многоэтапный и дорогостоящий традиционно применяемый метод контроля планового положения грунтовых реперов не оправдывает себя. Выполненный в диссертации сравнительный анализ с использованием методов математического моделирования показал , что применение линейно-угловой сети в городских условиях не обеспечивает стабильной точности определения координат пунктов сети из-за влияния не только случайной, но и систематической части погрешностей измерений, которые в свою очередь зависят от геометрической схемы сети и удаления оползневых пунктов от опорных.

Развитие оползневых процессов зависит от многих факторов, таких как геологическое строение склона, степень обводненности грунтов, техногенных нагрузок и т.д, что требует изучения проблемы в комплексе. Геодезические методы позволяют следить за природно-техногенными процессами в системе «Геологическая среда-инженерное сооружение». Результаты геодезических наблюдений за осадками дают объективную характеристику деформаций, а математическая модель, построенная по данным наблюдений позволяет выявить причины появления и закономерности их развития, оценить прогнозируемую и допустимую величину деформаций или осадок

Геодезическое обеспечение деформационного мониторинга за инженерными сооружениями неразрывно связано с геоинформационными технологиями, которые при всем многообразии вопросов решают четыре основных задачи: 1) сбор данных; 2) обработку данных; 3) моделирование, интерпретацию и анализ; 4)выработку проектов пространственных решений. Как указывает проф. А.П. Карпик, ГИС предназначена для анализа геопространства и управления его развитием на основе создаваемых и сохраняемых геоинформационных моделей с учетом пространственно-временных факторов. В этом случае геодезические наблюдения за осадками зданий и сооружений вообще,

а в особенности на оползневом склоне имеют большое практическое и научное значение. При этом результаты геодезических наблюдений рассматриваются в связи с геологическими и гидрогеологическими условиями. Однако следует заметить, что информация только об осадках отдельных марок не дает полной информации о состоянии инженерного сооружения, так как деформации вызывают только неравномерные осадки.

Поэтому на основе ГИС-технологий для контроля изменения пространственного положения отдельных элементов эксплуатируемых жилых домов или строений, расположенных на оползневом склоне, автором была разработана и внедрена в систему геомониторинга на территории г.Томска методика и программа выявления деформаций и анализа их однородности на основе математического моделирования методом многократной аппроксимации криволинейными функциями, которая позволяет, выделив постоянную и случайную составляющие в вертикальных деформациях для всего строения в целом и его отдельных частей, прогнозировать перемещение всего строения, как единой конструкции и определить элементы конструкции с неравномерными осадками, особенно опасными для целостности конструкции дома, а затем на основе метода многократной аппроксимации осуществить прогнозирование недопустимых деформаций Разработанная технология применения математических методов и моделирования для анализа состояний объектов по геодезическим данным, может быть оценена как новая информационная технология в задачах прикладной геодезии.

Особенности данной методики и новизна ее применения для деформационного мониторинга на оползневых склонах рассмотрена в диссертации как на модели, так и на реальных объектах. Плавное развитие процесса деформации инженерных сооружений в пространстве и времени позволяет применить метод многократной аппроксимации криволинейными функциями для выявления деформаций и анализа их однородности под условием минимума средней квадратической погрешности вычисленных значений деформаций от непосредственно измеренных. Выделив постоянную и случайную составляющие в вертикальных деформациях для всего сооружения в целом, можно исследовать перемещение этого сооружения, как единой конструкции и определить марки с неравномерными осадками, особенно опасными для целостности конструкции, так как эксплуатационная пригодность исследуемых инженерных сооружений зависит в основном не от абсолютных величин осадок, а от их неравномерности, то есть от деформаций конструкций. Поэтому для организации нормальной эксплуатации инженерных сооружений необходим постоянный мониторинг осадок и деформаций оснований этих сооружений, что особенно актуально при активизации оползневых процессов. Для таких сооружений целесообразно создавать опорные сети, повторяющие форму сооружения. Расчет основных деформационных характеристик целесообразно вычислять от геометрических оформляющих. Оформляющая поверхность или плоскость основания сооружения определяется та-

ким образом, чтобы сумма квадратов отклонений точек изучаемого основания от плоскости была минимальной. Такое определение недеформируемой, но движущейся во времени и пространстве аппроксимирующей оформляющей плоскости (а в общем случае -поверхности), позволяет определить ее положение с помощью метода наименьших квадратов. Запишем уравнение этой плоскости в общей форме:

АХ + ВУ + С = Z (1)

где X, У, Z - координаты точек, на которых выполняются измерения. Если выполнить п измерений, то можно получить п уравнений типа (1)

Z, = А0+ A,X, + A2Y, (i=l,2.....п) (2)

а параметры А, В, С из (I), или А0 А| А2 из (2) определяются из решения системы нормальных уравнений (3) под условием Z Z2 = min [ хх] А + [ху] В + [х] С - [xz] = 0 [ ху] А + [уу] В + [у] С - [yz] = 0 (3)

[х] А + [у] В + п С - [z] = 0 где п - число всех наблюдаемых точек. Причем в начальном (нулевом или исходном) цикле измерений координаты марок Z f= Z;=...= Z„. В результате деформаций в каждом новом цикле наблюдений получаем смещения наблюдаемых точек по отношению к первоначальному положению на величину V ,. Отклонение точек от оформляющей плоскости основания дома находим из уравнения поправок

V, =А0+А,Х,+ A2Y,-Z, (4)

Очевидно, что отклонения V, от аппроксимирующей плоскости зависят не только от погрешностей измерений, но и от деформации объекта. Чтобы найти деформацию инженерного сооружения в чистом виде, необходимо выделить случайную часть погрешности от общей с учетом точности измерений и геометрии геодезического построения, так как если отклонения V , не превышают погрешности измерений, то нет оснований считать, что деформации сооружения происходят в действительности

Для анализа поведения плоскости основания дома в целом вычислим по результатам каждого цикла длину перпендикуляра Р, восстановленного из начала координат на плоскость и углы а, ß, у, которые нормаль образует с осями координат по формулам Р= - С/ N; Cos а = A/N; Cos ß = B/N; Cos у = -1/N, где N2 = A' + B2+ 1. Тогда изменение положения плоскости основания дома определится изменением углов а, ß, у и нормали Р, как показано на рис.1. Однако, если до начала наблюдений инженерное сооружение уже претерпело неравномерные осадки, или имеет сложную конфигурацию, то для моделирования формы основания сооружения или формы поверхности строительной конструкции необходимо использовать не плоскость, описываемую уравнением (1), а поверхность более высокого порядка.

В этом случае для математического моделирования формы поверхности любой конструкции и анализа её изменения в процессе деформации сооружения наиболее удобно использовать криволинейные функции, аппроксими

рующие форму поверхности под условием минимума средних квадратиче-ских отклонений вычисленных значений от непосредственно измеренных.

Рис. 1. Определение пространственного положения плоскости основания инженерного сооружения по результатам геодезических измерений

В качестве аппроксимирующих функций в этом случае целесообразно использовать полином п-й степени

Ум = а»+ах +а,х+ ■+а„х- (5)

При этом особое внимание следует уделить выбору оптимальной степени аппроксимации, так как при завышенной степени аппроксимации изменения формы поверхности между циклами, модель будет описывать не только изменения формы поверхности, но и ошибки результатов измерений. При излишне заниженной степени аппроксимации модель не будет реагировать на изменения формы поверхности между циклами геодезического контроля, то есть не будет реагировать на процесс деформации инженерного сооружения.

В ряде работ, перечень которых приведен в диссертации, необходимая степень аппроксимации для общего числа N измерений находится по минимуму среднего квадратического отклонения

ст., = '

¿(к-Л*,)/™. (6)

которое определяется равенством или возрастанием а при повышении степени аппроксимации полинома. Однако формула (6) не учитывает степень аппроксимирующего полинома, что приводит к искусственному завышению точности аппроксимации. Чтобы учесть степень аппроксимирующего полинома, необходимо в знаменателе формулы (6) вместо общего числа измерений N использовать число избыточных измерений Ы-(п+1), тогда формула (6) перепишется в виде

сг„ =.

:1(Г,-Г|Ы)2 = т!п (7)

'■улмл+1)£г

В табл. 2 приведены значения ст„ , вычисленные по формулам (б) и (7) для аппроксимирующих полиномов до седьмой степени включительно для 21 измерения деформации сооружения, исследуемого в технической литературе. Величина оа, вычисленная по формуле (6) постоянно уменьшается и при п -21 , как и следовало ожидать, обращается в нуль, так как из математики известно, что повышение степени полинома п однозначно приводит к постоянному уменьшению среднего квадратического отклонения, а при равенстве

п = N аппроксимирующий полином проходит через все измеренные точки и среднее квадратическое отклонение становится равным нулю.

_ _ __Таблица 2.

п Формула (6) Формула (7) п Формула (6) Формула (7)

1 9.85387 10.35952 5 0.13286 0.15720

2 0.99149 1.07093 6 0.13285 0.16271

3 0.78333 0.87062 7 0.13185 0.16758

4 0.13299 0.15236

Если на каком-то шаге оа начинает возрастать, значит произошло накопление ошибок округлений, которые исказили результат, из-за чего может быть неверно выбрана степень полинома. Примеры таких ошибок приведены в диссертации. Выполненные автором точные вычисления (табл.2), показывают постоянное уменьшение сга, как и должно быть, и никаких оснований для браковки полинома нет. А вот сга, вычисленное по формуле (7) с учётом степени аппроксимирующего полинома по методике, исключающей накопление ошибок округления, начинает возрастать для п = 5. Поэтому мы уже можем с полным основанием утверждать, что полином четвертой степени является оптимальным для аппроксимации деформации исследуемой строительной конструкции.

Однако условие первого минимума дисперсии (7) достаточно часто оказывается несостоятельным для выбора многочлена наилучшего приближения. Кроме того, при использовании этого критерия от внимания исследователя ускользают периодические составляющие исследуемой закономерности. Для выбора многочлена наилучшего приближения для конструкций сложной формы будет правильнее использовать критерий нормального распределения отклонений. Если кривая наилучшего приближения полностью отображает все систематические составляющие, то отклонения измеренных значений от соответствующих значений аппроксимирующего многочлена можно считать случайными ошибками. Найдя многочлены нескольких степеней, определим наиболее подходящий по нормальности отклонений. Если несколько многочленов разных степеней одновременно удовлетворяют критерию нормального распределения отклонений, то это значит, что систематическая составляющая имеет периодический характер. При этом необходимо учитывать, что если погрешности измерений превышают деформацию точек, то измерения не пригодны для анализа, а если степень аппроксимации излишне завышена, то математическая модель описывает не только функцию исследуемого процесса, но и функцию ошибок измерений. Если (ут> сги/, то аппроксимирующий многочлен подобран не верно, или смещения точек не описываются общим законом.

Для исключения влияния точек, не подчиняющихся общему закону распределения и получения теоретического уравнения оформляющей плоскости, свободной от влияния аномальных результатов, в работе применяется

метод многократной аппроксимации. Дальнейшим этапом анализа производим проверку предсказательной силы уравнения или вероятности прогнозирования и определяем необходимое количество измерений для заданной вероятности, чтобы получить достоверные результаты прогнозирования. Накапливая после каждой аппроксимации точки, не подчиняющиеся общему закону распределения, можно получить зоны в конструкции с деформациями, превышающими ошибки измерений. На рис. 2 построена зона появления ожидаемых трещин по существующей методике, но картина получается не полной из-за отсутствия прогноза опасных зон по некоторым направлениям, где они должны были быть, но существующей методикой не выявлены. На рис.3, для сравнения показаны результаты прогноза появления трещин в монолитной плите по новой методике, разработанной в данной диссертации. Применение разработанной методики показано в диссертации на реальной плите размером 29x31 м и толщиной 300 мм, которая была разрушена в процессе строительства подземных коммуникаций в г. Москве. Наблюдения велись один раз в сутки на протяжении всего разрушения плиты и к моменту проведения четырнадцатого цикла измерений плита разрушилась. Применяя существующую методику прогноза, можно лишь к одиннадцатому циклу указать примерную зону появления будущей трещины, тогда как применяя новую методику, предложенную в данной работе, можно указать зону появления будущей трещины не только раньше, но и значительно точнее, что ещё раз подтверждает справедливость разработанной методики выявления деформаций и анализа их однородности на основе многократной аппроксимации криволинейными функциями.

Разработанная выше технология геодезического контроля за деформациями инженерных сооружений на оползневом склоне была применена в процессе реализации комплексной системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга на территории г. Томска

■■И! 1 -г» Ни ¡Чя [Я 1|

и я 14» и Ш а V » £ « 12

Я I/ ?г л I) 12. ■ап

«4* •ом ч/ ол Ш лм 4Л9 4 31 1ЛК А •МО

•ОД и Г та я» Ш1 ОМ а ом « V 1 -1*2 И

■Ш Ш •¿.41 АМ из

та ОЛО г» т ■оЫ •1 •¿Я и ■¿в» м 0.И м «4« И 4. К N V

4.6; N •0 кь »1 ■ «? •¿им № 7л м и « 17 Ц N

■0.12 -0.11 баг ы И« ал\ вЛ1

408 К1 о.о; 0.4с 12 ¿0 4.0 110 ъ 111 -ж ИТ г« и» ~П 11» 403 ГТП

Рис.2. Прогноз появления трещин по существующей методике

13 > 21

я 24 Ч 1 У и 27 28 20 Л 31 92

94 >в J V 5? Ч и ' 42

а ' 47 а 49 Ю И 82 ^ 54

м И 89 во И 02 93 Л 6в

»/ я 19 70 71 77 7Я 74 п

10 81 12 94 М И •Л

вв во Р1 82 93 И 96 9Й 97 \ ее

их? 101 102 104 106 10(1 1П7 <08 10В

V! и» ■1» 41 17 •п» 'К

М ВО_И_ВЗ_03_ М И И ВТ_и_м

/»00 \

............... ~ "V

№ \

Рис.3. Прогноз появления трещин по новой методике

В третьем разделе «Применение высокоточных спутниковых технологий для геомониторинга оползневых процессов» решается актуальная проблема разработки основных принципов совместного использования для системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга оползневых процессов классических и спутниковых геодезических методов, которые являются принципиально новым методом определения пространственных координат на основе спутниковых геодезических (навигационных) систем с использованием СРБ-приемников

Так как точность определения векторов смещения реперов традиционными способами путем использования метода микротриангуляции, засечек или линейно-угловых построений зависит от точности определения их координат, которая в свою очередь в существенной мере зависит от геометрии геодезической сети, расположения опорных пунктов в сети и их неподвижности, то в последнее время для создания опорной геодезической сети и контроля за оползневыми процессами все чаще применяются спутниковые технологии. Опорная геодезическая сеть может быть использована как каркасная основа геомониторинга и позволяет обеспечить проведение высококачественного контроля вертикальных и горизонтальных движений земной поверхности в связи с природными и техногенными внешними факторами с целью прогноза последствий их проявления на жизнедеятельность всего городского хозяйственного комплекса.

Как показывает опыт, стационарное изучение оползневых процессов классическими методами связано со значительными трудностями, так как периоды активизации сменяются периодами покоя, которые могут длиться до нескольких лет. Поэтому только самые точные геодезические измерения могут уловить начальную стадию возникновения оползневых процессов, которые в разных местах оползня развиваются с разной скоростью и в разных направлениях. Таким образом роль инструментальных измерений за оползнями исключительно велика, так как только они позволяют своевременно выявить и контролировать направление, скорость и характер движения грунтовых реперов в теле оползня, что в дальнейшем позволяет спрогнозировать время возможной активизации оползневых процессов и использовать результаты геомониторинга при проектировании, строительстве и эксплуатации как самих инженерных сооружений, так и защитных противооползневых сооружений.

Глобальная спутниковая навигационная система (СНС) представляет собой комплекс космических и наземных технических средств, который дает возможность в любой момент времени определить три пространные координаты, вектор скорости и точное время на основе приема навигационных сигналов от ИСЗ, летящих со скоростью примерно 3,9 км/с на высоте около 20 ООО км. Этот метод дополняет и вытесняет такие классические методы, как полигонометрия, триангуляция, трилатерация и другие, и только в случае невозможности использования спутниковых систем применяется совместно с

классическими методами геодезии. Однако при совместном использовании следует учитывать, что плановая и высотная ГГС, построенная традиционными методами в отличии от спутниковых технологий не образуют единую трехмерную пространственную координатную систему, так как плановая сеть базируется на референц - эллипсоиде, а высотная сеть связывается с поверхностью квазигеоида, точность определения которой относительно принятого референц-эллипсоида намного ниже, чем точность взаимного положения пунктов.

Спутниковые методы измерений имеют ряд преимуществ перед традиционными геодезическими методами. Во-первых, геодезические наблюдения с применением GPS-оборудования можно производить в любое время суток, при любой погоде и при отсутствии прямой оптической видимости между реперами. Во-вторых, геомониторинг смещений и деформаций можно производить без непосредственного присутствия оператора, так как в данном случае используются полностью цифровые ГИС-технологии, и приборы работают в автоматическом режиме. В-третьих, в результате геомониторинга в заранее заданный момент времени одновременно определяются все три координаты точки стояния прибора; в случае, когда мониторинг ведется тремя или более GPS-приемниками, образуются жесткие пространственные геометрические связи с другими реперами мониторинговой GPS-сети, на которых производятся измерения.

На широкое использование спутниковых технологий ориентирована и концепция развития в ближайшие годы главной геодезической основы Российского государства в рамках Научно-технической программы модернизации и качественного совершенствования координатно-временной основы, одобренная ведущими учеными и геодезическими службами стран СНГ и изложенная в национальном отчете картографо-геодезической службы России

Современная спутниковая система второго поколения GPS - Global Positioning System или NAVSTAR (NAVigation Satellite providing Time And Range), т.е. "навигационная спутниковая система, обеспечивающая измерение времени и местоположения" состоит из 24 основных и 3 резервных спутников, которые сохраняют стабильным заданное положение на орбите, принимают и хранят информацию с наземных станций, а также непрерывно излучают для пользователей измерительные радиосигналы, данные о точном времени, свои координаты и другие сведения. Для получения однозначного решения для нахождения трех координат Х,У,Н и времени Т необходимы измерения как минимум до четырех спутников, а поскольку в геодезии всегда должны быть избыточные измерения для контроля и повышения качества измерений, то измерения выполняются до всех видимых спутников, а таких на территории России можно зафиксировать одновременно более десяти.

В Российской системе ГЛОНАСС (Глобальная Навигационная Спутниковая Система) также должно быть 24 основных и 3 резервных спутника которые управляются из Центра управления системой под Москвой, но в на-

стоящее время система ГЛОНАСС полностью не развернута, что создает определенные трудности при ее использовании. Обе системы создавались для решения военных задач, но в последние годы нашли широкое применение в геодезии, обеспечивая исключительно высокие точности определения приращений координат со средней квадратической ошибкой 5 mm±d10"6 (последние приемники до 1мм в плане и 2 мм по высоте). При этом в процессе наблюдений необходимо учесть влияние таких немоделируемых ошибок, как ошибки центрирования аппаратуры, измерения высоты антенны, многопутности, несовпадения фазовых центров антенн с геометрическими центрами, влияния ошибок тропосферной и ионосферной задержек.

Если с определяемого пункта М измерить расстояния Rl, R2, R3 до трех пунктов 1,2,3, провести из них как из центров радиусами Rl, R2, R3 сферы, то эти сферы пересекутся в точке М и определят ее положение. В этом заключается геометрическая сущность задачи. Когда известны координаты спутников, задачу легко решить аналитически и вычислить координаты пункта М. На деле измеряют искаженные расстояния. Их называют псевдодальностями. Чтобы правильно вычислить координаты пункта по псевдодальностям, надо их измерять не до двух или трех, а до большего числа спутников с известными координатами

В настоящее время в связи с широким применением спутниковых систем позиционирования в мире получила распространение геоцентрическая координатная система WGS-84(World Geodetic System,1984г.,США), в которой заданы орбиты спутников. Начало отсчета системы расположено в центре масс Земли с точностью около 1 м., одна из осей проходит через Северный полюс, вторая - через Гринвичский меридиан. В России без интеграции с западными странами создана своя система координат Параметры Земли 1990 г -ПЗ-90.Система ПЗ-90 закреплена координатами трех десятков опорных пунктов Космической геодезической сети России. Начало координат геоцентрической системы координат ПЗ-90 совмещено с центром масс Земли с точностью около 1 м. Ось Z направлена на Условный полюс Земли, как определено в рекомендации Международной службы вращения Земли (IERS); Ось X направлена в точку пересечения плоскости экватора и нулевого меридиана, определенного Международным бюро времени (BIH); Ось Y дополняет геоцентрическую прямоугольную систему координат до правой. Параметры общеземных систем координат WGS-84 и ПЗ-90 и взаимосвязь между ними и другими системами координат устанавливают при помощи известных формул Гель-мерта, параметры которых определяются в ГОСТ Р 51794-2001 и приведены в табл.3. Однако численные значения этих параметров, применяемые в различных программных продуктах, могут не совпадать не только с нормативными, но и между собой, поэтому исследования этих взаимозависимостей продолжаются. Такие системы удобны для описания положения космических объектов в околоземном пространстве.

Таблица 3.

Параметры Гельмерта перехода между некоторыми системами координат

Система координат Тх. M Ту, м Тг, м m*ia6 Rx ,угл.сек Rvугл.сек R:,угл.сек

ITRF-93 к WGS84 0.074 -0.500 -0.238 -0.0105 +0.01869 -0.00110 1-0.00796

WGS-84 к СК-42 -25 141 78.5 0 0.00 0.35 0.736

ПЗ-90 к СК-42 -25.0 141.0 80.0 0.00 0.00 0.35 0.66

ПЗ-90 к СК-95 -25.9 130.94 81.76 0.00 0.00 0.00 0.00

ПЗ-90 к WGS-84 -1.08 -0.27 -0.90 -0,12.10 0 0 -0.16

Помимо международных, существуют национальные системы отсчета, называемые в нашей стране референцными. Центры их эллипсоидов часто не совмещены с центром масс Земли. Они устанавливают квазигеоцентрические координаты. Например, в системе координат 1942 г. на референц-эллипсоиде Красовского (СК-42) центр эллипсоида смещен с центра масс Земли более, чем на 155 м. Положение точки в пространстве, определенное по координатам указанных геоцентрических систем, может различаться до десятка метров, что создает дополнительные проблемы при организации мониторинга оползневых процессов.

В России и странах СНГ до 1 июля 2002г. использовалась референцная система 1942 г., введенная по Постановлению Совета Министров № 760 в 1946г. для выполнения работ на всей территории тогдашнего СССР. С 1 июля 2002г. согласно Постановлению Правительства РФ от 28 июля 2000г. № 568 вводится новая референцная система СК-95 и новая общеземная система ПЗ-90. Однако по мнению академика РАН. В.Н. Страхова, проф. M M Машимо-ва и ряда других ученых-геодезистов введение новой системы СК-95 не решает всех проблем, так как «...Практически Роскартография имеет координаты пунктов АГС, которые по точности не удовлетворяют современную геодезию из-за ошибок, допущенных при уравнивании АГС единым блоком, покрывающим площадь 22 млн.км"». Первая система (СК-95) используется при выполнении геодезических и картографических работ, вторая (ПЗ-90) - для геодезического обеспечения орбитальных полетов. Численные параметры перехода приводятся в руководствах или сообщаются пользователю в технических заданиях.

Все способы позиционирования можно разделить на абсолютные, относительные и кинематические. Способами абсолютного позиционирования, определяют полные координаты пунктов в соответствующей абсолютной геоцентрической прямоугольной или референцной системе координат в реальном времени на основе информации, полученной непосредственно со спутника.

Автономно координаты определяют пространственной линейной засечкой или методом трилатерации по кодовым псевдодальностям, измеренным до четырех и большего числа спутников. Способ автономный в том смысле, что наблюдатель определяет местонахождение независимо от измерений на

других станциях. Точность автономного определения пространственных координат при использовании одночастотного СРБ-приемника составляет в настоящее время около 2-3 метров, что неприемлемо для геодезической практики вообще, а для определения смещений в геодинамических задачах в особенности. Как было отмечено выше, в решаемой задаче точность измерения смещений двух точек друг относительно друга должна быть в пределах 2-3 мм. Погрешности в кодовых псевдодальностях большие. Однако, важно учитывать не только величины, но и характер влияния. Многие из них можно устранить. Одновременная работа минимум двух приемников позволяет определить величину ионосферной и тропосферной поправки, компенсирующей искажение спутниковых радиосигналов при прохождении их через ионосферу и тропосферу Земли.

Относительным позиционированием находят приращения координат или вектор между двумя пунктами. В основе относительного метода лежит предположение, что измерения с двух станций до спутника искажены примерно одинаково. Воздействия атмосферы на разных линиях могут несколько различаться по причинам: а) разные длины трасс и б) локальные неоднородности на трассах. Когда расстояние между станциями <10 км, искажения на обеих трассах практически одинаковы. При высотах ИСЗ над горизонтом менее 10° (X > 80°) атмосферные задержки сигналов превышают 10 м. Поэтому, когда высоты ИСЗ <10°, а иногда <15-20°, наблюдений не производят. Из физики известно, что дифракция, огибание предметов, заметно проявляется, когда размеры препятствия соизмеримы с длиной волны. В данном случае длины несущих волн около 2 дециметров. Мелкие предметы волны обогнут, но здания и листвой покрытые деревья на пути радиолуча приведут к срыву фазовых измерений. Поэтомьторгн76у необходимо антенну приемника относить от препятствия на некоторое расстояние. Например при высоте препятствия 5 м антенна высотой 1,5м. должна быть отнесена на 20м., а если высота препятствия 20м., то антенна даже высотой 2,5м должна быть отнесена на расстояние не менее 100м. При увеличении продолжительности наблюдений с 1 до 6 часов погрешность уменьшается более, чем в 1,5 раза. Работе могут помешать мощные радиолокационные и телевизионные передающие станции, если они расположены ближе полукилометра, что значительно усложняет работу на урбанизированных территориях.

Наиболее точным, но и наиболее трудоемким является способ статики. В статике по разностям, свободным от многих искажений, вычисляют соединяющий эти станции пространственный вектор О, который называется базовой линией и является результатом объединения данных, полученных двумя приёмниками

О = (Хц - Хд, Ув - УА, Ъм -Базовая станция должна иметь точные координаты, чтобы по измеренным приращениям можно было бы вычислить координаты остальных пунктов геодезической сети Точность статики зависит от продолжительности измерений

и достигает до 1-2 мм в плане и 2-3 мм по высоте. Обычно продолжительность наблюдений на паре станций составляет около одного часа. За это время происходит накопление измерений, выполняемых через интервалы от 1 секунды до 5 минут. Эти способы являются основными в геодинамических и важнейших геодезических работах.

Дня измерений по фазе несущей волны важное значение имеет фазовая характеристика антенны. Фазовая характеристика идеальной антенны представляет собой сферу, с какой бы стороны не приходила радиоволна, в антенне задержка по фазе будет одинаковой. В реальной антенне сдвиг по фазе зависит от направления на спутник. В заводских условиях антенны исследуют и определяют параметры зависимости искажений от азимутов направлений. Чтобы заводская характеристика соответствовала условиям измерений, на антенну наносят указатель на Север, по которому ее ориентируют относительно стран света. На станции все измерения отнесены к одной точке антенны - к ее фазовому центру.

Однако при малых расстояниях точность измерений заметно колеблется, что ставит ряд вопросов при практическом применении спутниковых технологий. В диссертации обобщен многолетний опыт применения спутниковых технологий для геомониторинга оползневых процессов на всех этапах работы: планирование спутниковых наблюдений, непосредственные наблюдения на определяемых пунктах, математическая обработка результатов спутниковых наблюдений, вычисление координат пунктов. Обеспечение высокой точности определения смещений ОРБ-технологиями достигается за счет тщательного планирования спутниковых наблюдений. Выполнение этих требований обеспечивает определение взаимного положения двух приемников с реальной точностью не ниже 2-3 мм. Эта точность подтверждалась на метрологическом полигоне СГГА (г. Новосибирск) на специальных базисах, оборудованных стационарными пунктами с известными координатами. Поскольку для широты 56° все спутники располагаются в южном направлении, расположение станций следует выбирать так, чтобы приему сигналов не мешапи здания, сооружения, линии электропередачи и другие препятствия. Время наблюдений определяется в зависимости от условий наблюдений: расстояние между станциями, количество спутников, наличие электромагнитных помех (отношение сигнал/шум), геометрия пространственной засечки (геометрический фактор), наличие многолучевости и затухания сигнала вследствие переотражения от подстилающей поверхности, близлежащих зданий и строений, различных металлоконструкций.

Продолжительность наблюдений зависит от расстояния между приемниками, типа приемников (одно- или двухчастотные), условий наблюдений, других факторов и обычно колеблется от 1 до 2 часов. Как показывает практика, после обработки данных статических наблюдений удается получить приращения координат с максимально возможной в спутниковых методах точностью, только если в процессе измерений удалось достичь РБОР < 2. По-

лучить высокую точность определения приращения координат удается за счет изменения геометрии созвездия наблюдаемых спутников. Разумеется, организация работ при такой схеме становится более сложной, особенно в условиях городской застройки, так как выполнение спутниковых измерений оказывается возможным не везде. Необходимыми условиями являются не заслоненный небосвод, открытая видимость на спутники. Геомониторинг природно-технических систем можно разделить на мониторинг состояний (например, деформаций) и мониторинг положений Мониторинг можно характеризовать по оперативности получения результата: от долей секунды до нескольких часов или суток и более. В первом случае подходит только кинематика в реальном времени. Во втором случае возможны как статические, так и кинематические наблюдения. Для требуемой точности наблюдений необходимо использовать методы кодовых и фазовых наблюдений.

Мониторинг состояний деформаций инженерных сооружений и оползневого массива на основе данных GPS-наблтодений из-за неуверенности в стабильности опорных пунктов целесообразно дополнить измерениями направлений, расстояний и превышений классическими методами геодезии с использованием теодолитов, электронный дальномеров и нивелиров. Хотя точность спутникового метода единицы миллиметров, но на небольших расстояниях (до 1—2 км) часто уступает классическим методам, особенно в условиях городской застройки, когда не всегда возможно обеспечить оптимальные условия для измерений. Однако главное преимущество мониторинга с использованием GPS состоит в его непрерывном характере как в реальном времени, так и с постобработкой. Это особенно важно, когда альтернативой является классическая съемка, выполняемая с интервалом в год, полгода или ежемесячно. Однако в городских условиях сигнал может быть искажен большими шумовыми значениями, сезонными эффектами, влиянием многопутно-сти из-за отражения от соседних зданий.

В этом случае наилучший выход-совместное использование спутниковых технологий с классическими методами геодезии, особенно для контроля за высотным положением пунктов. Однако при объединении спутниковых и классических сетей возникли некоторые трудности, вызванные несовпадением поверхностей относимости. В спутниковом методе сеть наблюдается на общем земном эллипсоиде (например, WGS-84), в классической геодезии измерения ведутся относительно геоида (или квазигеоида).

В настоящее время существуют многочисленные версии программного обеспечения. Для обеспечения требуемого уровня точности необходимо наличие не коммерческого, а профессионального научно-исследовательского программного обеспечения, среди которых необходимо выделить пакет Bernese (Швейцария), который признан в мире одним из лучших для решения задач позиционирования. Так как базисные линии и пространственное положение пунктов опорной линейно-угловой сети при организации геомониторинга в г. Томске определялись нами в системе геоцентрических координат WGS-84

с использованием спутниковых технологий комплектом GPS-приемников Legacy-E, (L1+L2), фирмы «JAVAD POSITIONING SYSTEMS» (США), то для обработки результатов использовалось профаммное обеспечение PINNACLE. Кроме этого использовались программные продукты и других производителей (Ensemble,PRJSM), которые показали некоторый разнобой в результатах на одних и тех же сырых измерительных данных, навигационной и прочей информации. Дело, во-первых, в разных и закрытых алгоритмах, а во-вторых, в несовершенстве учета влияния источников искажения сигнала (в основном это влияние ионосферы и тропосферы).

Ниже в табл.4 показан пример результатов наблюдений на территории г. Томска. Точность определения наклонных дальностей (длин векторов) между базовыми и определяемыми пунктами составила порядка 0,6 мм ( предельная -1,8 мм.) Азимуты (углы) и превышения измерялись с точностью 0,7"-1,5".

Таблица 4

Solution 'Session' PROCESSED VECTORS (Distance-Azimuth-Elevation)

№ Stations Coordinates S ¡gm as (mm)

from - to Distance(m) Azimuth Elevation S(D) s(A) s(E)

1 reper2-reperl 376.7312 280° 20'31.98" - 0° 1446.22" 2.5 3.2 6.2

2 reper2-герегЗ 279.349 114° 29 '31.03" 0° 1948.38" 0.6 0.6 1.2

3 reper2-reper4 533.2533 121°12'38.82" 0°1 1 '36.88" 0.4 0.6 1.3

Mean weight matrix's estimations: 0.6 0.7 1.5

(предельная погрешность 2,1-4,5 секунды). Результаты измерений смещений реперов № 7 и 13 спутниковыми методами, приведенные на рис.4, подтверждают значительно более высокую точность определения координат по сравнению с классическими методами, выполненными для сравнения в один и тот же период времени. Как видно из рис.4, все точки, характеризующие смещения реперов № 7 и № 13 находятся в пределах окружности с радиусом 5-6 мм, что подтверждает ранее сделанные выводы о стабильном положении этих реперов и только в последних циклах наблюдений зафиксированы реальные подвижки. Для контроля и для случаев, когда применение спутниковых методов невозможно или затруднено, часть элементов сети (углов, расстояний и превышений) измерялись традиционными методами геодезии.

Рис.4. Графики горизонтальных перемещений Рп.13 и Рп. 7 по спутниковым измерениям. Окружность погрешностей: для рп. 13-10 и 20 мм, для рп. 7 - 10 мм.

Гр. рп. 13

Для определения плановых перемещений грунтовых (наблюдательных) реперов в процессе слежения за оползневыми процессами необходимо перейти от геоцентрической системы координат WGS-84 к местной системе плоских прямоугольных координат на плоскости. Руководство пользователя спутниковыми геодезическими системами PINACLE позволяет для этого перейти от системы координат WGS-84 к системе плоских прямоугольных координат СК-42, а затем пересчитать в местную (городскую, локальную) систему координат. Однако выполненные нами исследования показали, что система координат 1942 г. не обеспечивает точного и однозначного перехода к геоцентрической системе координат, в которой функционируют глобальные навигационные системы ГЛОНАСС и GPS, что подтверждается и исследованиями других авторов. На основе опубликованных исследований, выполненных по результатам общего уравнивания АГС стран СНГ , пункты АГС например Азербайджанской республики получили поправки в координаты X от 0,95 до 4,53 м, в У от 2,71 до 6,55м., что позволило сделать вывод, что система координат СК-42 вообще не обеспечивает точного и однозначного перехода к геоцентрической системе координат, так как деформации ГГС в СК-42 не позволяют с необходимой точностью определять параметры перехода к местным системам координат. Растет несоответствие между требованиями к опорным сетям, возможной точностью измерений, выполненных с помощью новых технологий и точностью существующей геодезической основы. Это не позволяет во многих случаях однозначно осуществлять привязку к пунктам ГГС городских или других специальных сетей, развиваемых с помощью спутниковых приемников ГЛОНАСС/GPS. Поэтому в процессе геодезического контроля использовалась методика и алгоритм перехода от системы координат WGS-84 сразу к локальной прямоугольной плоской системе координат, с использованием результатов геометрического нивелирования.

Некоторые источники ошибок, возникающих при работе GPS являются трудноустранимыми. При вычислениях предполагают, что сигнал распространяется с непрерывной скоростью, которая равна скорости света. Однако в реальности всё гораздо сложнее. Скорость света является константой только в вакууме. Когда сигнал проходит через ионосферу и тропосферу, его скорость распространения уменьшается, что приводит к ошибкам в измерениях дальности. В современных GPS приёмниках используют всевозможные алгоритмы устранения этих задержек. Однако для получения максимальной точности необходимо выполнить исследования влияния изменения скорости света в атмосфере при получении сигнала от разных спутников, находящихся в противоположных частях света, что скажется на таких процессах, как синхронизация времени генераторов приемника и спутника, введение поправок в координаты спутников на орбите, осуществляемые станциями слежения и др. Многолучёвая интерференция также вносит ошибки в определение местоположения с помощью GPS. Это происходит, когда сигнал отражается от объектов расположенных на земной поверхности, что создаёт заметную интерфе-

ренцию с сигналами приходящими непосредственно со спутников. Специальная техника обработки сигнала и продуманная конструкция антенн позволяет свести к минимуму этот источник ошибок. При определении местоположения спутниковыми методами необходимо учитывать поправки, вносимые некоторыми источниками ошибок, такими как, неточное определение времени, ошибки вычисления орбит, инструментальные ошибки приемника, многопут-ность распространения сигнала, ионосферные и тропосферные задержки сигнала При вычислении суммарной ошибки необходимо еще учесть взаимное положение потребителя и спутников рабочего созвездия. Все вышеуказанные ошибки в той или иной мере учитываются программным обеспечением, представляемым разработчиками спутниковой аппаратуры. Информация о параметрах орбиты спутников, частотно-временные поправки и ионосферные поправки передаются со спутника потребителю, обновленные через каждые 2 часа. Компенсация тропосферных задержек производится путем расчета математической модели этого слоя атмосферы.

В настоящее время при решении астрономо-геодезических задач и расчете ионосферных и тропосферных задержек в основном принимается сферически — слоистая модель атмосферы, причем алгоритм расчета и параметры самой модели «зашиты» в программном обеспечении и как правило недоступны пользователю. Однако ясно, что реальная форма атмосферы, вследствие формы самой Земли и влияния термических и гравитационных приливов, отличается от сферической, что оказывает значительное влияние на точность измерений с использованием спутниковых технологий, поэтому более правильно было бы при проведении численных расчетов не использовать простую сферическую модель атмосферы, а разработать и использовать новую, более точную модель трехосного атмосферного эллипсоида однородной (по плотности воздуха) атмосферы, что позволит рассчитывать влияние атмосферных погрешностей на спутниковые измерения на принципиально новом, более высоком уровне, так как аппроксимация атмосферы Земли поверхностью трехосного эллипсоида более точно и наглядно представляет реальную атмосферу Земли. В диссертации дано теоретическое обоснование применения новой модели трехосного атмосферного эллипсоида для учета влияния атмосферных ошибок на спутниковые измерения. Показано, что точность определения координат пункта наблюдения зависит от неучтенной задержки сигнала каждого спутника, которая в свою очередь зависит в основном от зенитного расстояния и от конфигурации наблюдаемых спутников. Влияние атмосферы на спутниковые измерения зависит от зенитного расстояния и ориентации атмосферного эллипсоида в момент наблюдений. Так например, расчетные числовые данные для сигнала, распространяющегося от источника к приемнику в эллипсоидальной и сферической атмосферах при зенитном расстоянии 68 градусов и азимуте 0 градусов, когда наибольшая ось атмосферного эллипсоида расположена в меридиане, показывают, что длина пути сигнала в атмосфере изменяется на Д/ = - = 796м. и неопределённость в дальности

до спутника составляет около 25 см. при использовании абсолютного способа позиционирования. Используя модель трехмерной атмосферы, а также привлекая измерения координат пункта по GPS - наблюдениям, выполненные в разные периоды времени, можно определить такие периоды наблюдений и конфигураций системы ИСЗ, при которых ошибки в координатах пункта станут минимальными. Практическое определение параметров самой модели несферической атмосферы для повышения точности астрономо-геодезических измерений выполнена автором совместно с М.Р. Федяниным при подготовке его кандидатской диссертации под научным руководством Лазарева В.М.

В четвертом разделе «Разработка и исследование методов статистического моделирования и математического прогнозирования применительно к решению геоэкологических проблем» разработаны методологические и технологические принципы применения метода математического моделирования и статистических испытаний (метода Монте-Карло) для оценки точности геодезических измерений параметров оползневых и деформационных процессов на основе разработанного в диссертации модифицированного генератора случайных нормально распределенных погрешностей измерений. Дается обоснование объединения классических и современных спутниковых геодезических и магнитометрических методов измерений с методом статистического моделирования в процессе создания системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга для оценки и прогноза изменения состояния природно - технических систем и принятия управленческих решений при активизации оползневых процессов и вызванных ими деформаций инженерных сооружений, находящихся в зоне влияния оползней

Актуальность изучения причин образования и устойчивости оползневых процессов с применением современных методов математического моделирования и ГИС-технологий нашла подтверждение на 32-м международном геологическом конгрессе в Италии, на котором более 200 докладов было посвящено оползневой проблематике, причем 47 из них касалось использования методов статистического моделирования и ГИС-технологий для оценки оползневой опасности и риска, а в остальных работах рассматривались вопросы разработки численного и физического моделирования оползневых процессов, а также организации мониторинга и оценки опасности оползневых процессов. Катастрофические события и необходимость выявления механизма оползневых деформаций и закономерностей их развития стимулируют организацию инструментального контроля за развитием оползней и воздействий на них основных факторов с применением геодезических наблюдений и GPS.

Дальнейший прогресс в области изучения оползней, предупреждения и борьбы с ними, как следует из рассмотрения представленных докладов, должен вытекать из накопления, анализа и обобщения опыта изучения оползней на конкретных участках и территориях в соответствующих геологических, гидрогеологических и геотехнических условиях, разработки и апробации эффективных методов геомониторинга оползневых процессов, численного и фи-

зического моделирования с уточнением механизма оползня и параметров ожидаемого смещения, что еще раз подтверждает актуальность подобных работ на территории г. Томска. Поэтому разработка новых и совершенствование в рамках данной диссертации существующих методов оценки точности определения параметров оползневых и деформационных процессов, моделирования и прогнозирования оползневых процессов во времени и пространстве в рамках комплексного геомониторинга с позиций опасности и риска для инженерных сооружений и жизни людей является в настоящее время весьма актуальной научно-практической задачей, решение которой обусловило необходимость объединения технологий геодезических и геофизических измерений и статистического моделирования в единую систему геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга.

Метод Монте-Карло перспективен и для геодезии, где имитационное моделирование позволяет моделировать процесс измерений и исследовать влияние техногенных процессов на геодезические сети, приводящих к преждевременной утрате опорных пунктов и деформациям геодезических сетей, а также влияние систематических и односторонне действующих ошибок, оценки точности геодезических построений при коррелированных наблюдениях, изучения закономерностей влияния ошибок исходных данных и тд. Но большинство существующих процессов являются очень сложными и для них невозможно аналитически разработать простую реальную модель. Уравнивание измерений традиционными способами в некоторых случаях дает несколько различающиеся результаты, особенно для сложных геодезических сетей. Расхождение трудно объяснить и практически невозможно установить, какой метод дает более точный (строгий) результат. Если измерения на пунктах опорной геодезической сети проводятся длительное время и в разных условиях (при активизации оползневых процессов стабильность положения опорных пунктов нарушается), то уравненные величины не будут равноточными, а из-за возможного неблагоприятного локального накопления ошибок точность взаимного положения пунктов в некоторых частях сети может оказаться заниженной. Поэтому К.Л. Проворов рекомендовал проанализировать уравненную сеть каким либо другим способом. Метод Монте-Карло, позволяющий получить статистические данные о процессах, происходящих в моделируемой системе, как раз наилучшим образом подходит для этой цели. Однако ни теоретическому обоснованию метода с анализом результатов, ни особенностям практической работы с ним в геодезической литературе не уделяется достаточного внимания. Например, технология статистического моделирования при изучении и прогнозировании деформационных процессов еще практически не отработана и требует дальнейших исследований. В данной диссертации этот метод используется для оценки влияния погрешностей измерений для вычисления реальных смещений и деформаций при изучении оползневых процессов.

В настоящее время при моделировании случайных процессов методом Монте- Карло на ЭВМ обычно пользуются псевдослучайными числами, выбирая один из алгоритмов, обеспечивающий достаточную длину цикла, приемлемую равномерность и независимость случайных чисел при сравнительной простоте их вычисления. Нормальное распределение с параметрами {а,а) можно моделировать по формуле V = а + а т], где ц нормальна с параметрами (0,1). На основе центральной предельной теоремы случайная величина

«--ЙН) (8)

асимптотически нормальна с параметрами (0,1). Причем Мг[-'л = 0,0т/'" =1 .

Особенно удобным является значение п = 12, так как ?/,2) = - б Обычно

1=1

считают, что г/п) практически нормальна. При необходимости для улучшения нормальности используют различные способы. Например известна рекомендация для улучшения нормальности моделируемых случайных величин

вводить нелинейную поправку ^ = +-^-((^"У - Зг/"1) Однако выполненные в данной работе исследования показали, что введение подобных поправок не решает проблему улучшения нормальности генерируемых величин. Хотя эти методы в математической литературе известны и в последнее время все чаще применяются в геодезии, однако в связи с тем, что метод Монте -Карло отличает вероятностный характер сходимости самого процесса моделирования и при практическом применении требуется особая технология его использования для решения геодезических задач, чего практически не делается. Для исключения получения недостоверных, а зачастую и прямо противоположных выводов при использовании методов статистического моделирования необходим математический анализ этих методов для выявления их особенностей и «ловушек», а также исследование ограничений применения статистических методов моделирования, таких как «эффекты конечных размеров выборок измерений», статистическая неэффективность и неустойчивость, проблемы начальных и граничных условий, динамической корреляции средних значений и самоусреднения.

Значительный интерес представляет задача выявления и отбраковки грубых ошибок (промахов) в совокупности измерений, каждое из которых представляет собой вектор, т.е. многомерное наблюдение. Такая задача возникает, например, при анализе координат пункта, полученных с помощью спутниковой навигационной системы из нескольких прохождений ИСЗ. Разработка способов исключения систематических ошибок в измерениях представляет собой наиболее актуальную задачу в геодезии. Сталкиваясь с аномальным выбросом, приходится решать вопрос о том, чем обусловлен выброс — природой явления, то есть смещением оползневого знака, или промахом в измерениях. Однако прежде всего необходимо выявить с помощью опреде-

ленной статистической процедуры эти аномальные выбросы. Надежность геодезиических построений зависит от самой возможности обнаружения грубых ошибок, что также можно довольно просто проверить на модели методом Монте-Карло.

Для выявления глобальных и локальных изменений и для обнаружения скрытых закономерностей в работе используются методы последовательной группировки и интервального анализа наблюдений. В настоящее время в геодезической литературе нет достаточно полного и вместе с тем свободного от сложных математических выкладок руководства по статистической обработке сгруппированных результатов измерений. Имеющиеся в научной литературе рекомендации по обработке таких измерений часто приводят к неоднозначным и противоречивым результатам. Так например, оценки, получаемые методом минимума/2 зависят от способа разбиения результатов измерений на группы, а также от числа групп и их объема. Приближенность в решении этого вопроса приводит к неоднозначности оценки, а сам метод при ограниченном объеме измерений приводит к приблизительным результатам. Окончательной методики выбора числа интервалов до сих пор нет и число интервалов рекомендуется рассчитывать по одной из целого ряда формул, которые не дают однозначного ответа. Хотя использование метода группировки дает интересные результаты и позволяет выявить закономерности совместного действия случайных и систематических погрешностей результатов измерений Группировка по отдельным признакам и их комбинациям позволяет выявить закономерности и взаимосвязи явлений. Вторичная группировка позволяет показать интенсивность развития процессов. Следует особо отметить такие ошибки, возникающие при обработке данных, как нечеткая группировка данных, неправильное толкование корреляции, не учет рассеяния, неточное графическое представление или, представление, вводящее в заблуждение. Методика определения ширины интервала группировки до сих пор до конца не отработана. В технической литературе имеется большое число рекомендаций по выбору числа, ширины и расположения интервалов группировки. Однако эти рекомендации в большинстве случаев необоснованны и дают неоднозначные результаты. Например определение числа интервалов по известным формулам для выборки объема N=500 дает различные значения от 4 до 39 интервалов, а в ГОСТ 11.006-74, который должен быть руководством для решения подобных задач, на этот вопрос также нет ответа, и чтобы хоть как-то его решить, рекомендуется исследователю самостоятельно, то есть субъективно выбрать число интервалов в зависимости от объема выборки от 10 до 25, а в случае необходимости и больше. В трудах классиков говорится, что пригодного метода для решения этого вопроса пока нет, а применяемые методы определения числа интервалов группировки носят приближенный характер и могут использоваться в качестве оценки снизу. В диссертации этот вопрос решен для определенного объема выборки' как показал статистический анализ сформированных методом Монте-Карло выборок, малое число

интервалов группировки (2-6) сглаживает изменение изучаемого параметра и фиксирует только глобальные изменения закона формирования результатов наблюдений, а большое число интервалов ( в пределе до п) - как локальные изменения закона распределения, так и случайные отклонения результатов измерения от общего закона.

Для теоретического обоснования применения метода Монте-Карло для моделирования деформаций наблюдательной сети в ходе развития оползневых процессов потребовалось исследовать качество существующих методов моделирования случайных величин, составляющих саму суть метода Монте-Карло. Большинство компьютеров и программных оболочек предоставляют пользователю генератор случайных чисел. Однако исследования существующих генераторов, выполненные в данной диссертации и результаты опубликованных исследований других авторов показывают, что до настоящего времени все еще так и нет высококачественного генератора, поэтому нельзя доверять ни одному генератору, не протестировав его.

К сожалению, большинство статистических тестов показывает корреляции между случайными числами, что сказывается затем на результатах моделирования. По нашему мнению, лучшим тестом будет использование генератора для моделирования реальной задачи, правильные результаты которой известны. Из сравнения полученных результатов и имеющихся достоверных данных можно будет сделать вывод о качестве работы генератора. Если количество статистических испытаний достаточно велико, то полученные результаты моделирования системы приобретают статистическую устойчивость и с достаточной точностью могут быть приняты в качестве оценок искомых характеристик процесса функционирования системы. Большинство компьютеров и программных оболочек предоставляют пользователю генератор случайных чисел. Наиболее простой и доступный из них дает Microsoft Excel из программного обеспечения IBM PC, но более 20 из 1 ООО сформированных этим генератором чисел выходят за пределы ± За, хотя теоретически таких выбросов не должно быть более трех.

Выполненные в диссертации исследования генераторов случайных погрешностей измерений позволили найти наилучший среди существующих, а затем усовершенствовать и разработать методологию его использования для моделирования. В геодезии для моделирования погрешностей измерений используют специальный генератор случайных нормально распределенных чисел "GAUSS" из пакета научных подпрограмм математического обеспечения ЭВМ, но выполненные в диссертации исследования показали, что нормальность распределения генерируемых ЭВМ случайных погрешностей не является достаточно надежной. Как было установлено, причиной плохой работы оказался генератор равномерного распределения RANDU, входящий в состав генератора GAUSS. Для улучшения его работы вместо генератора RANDU было предложено использовать другой генератор равномерного распределения URAND. Однако и для этого генератора, который считается самым луч-

шим из известных, в диссертации были выявлены ряды чисел, распределение которых отличается от теоретического нормального закона, причем некоторые последовательности генерируемых случайных чисел оказались настолько «плохими», что их использование для моделирования случайных ошибок измерений с нормальным законом распределения приводит к заведомо неверным результатам. В качестве примера рассмотрим две выборки объема N = 500 чисел каждая и сравним их с теоретической. Для получения первой выборки используем начальное значение рекуррентного процесса R=107, для второй выборки - R= 109. Так как различные начальные значения рекуррентного процесса порождают различные последовательности чисел, то и выборки будут соответствовать различным периодам работы генератора GAUSS. Распределения полученных выборок случайных ошибок измерений, приведенные на рис.5 в сравнении с теоретическим стандартным нормальным распределением наглядно показывают, что выборка для R=107 непригодна для моделирования. Наличие таких «плохих» периодов работы генератора «GAUSS» не согласуется с рекомендациями, приве денными в технической литературе. Как показал анализ, генератор GAUSS имеет для различных начальных значений R рекуррентного процесса как «хорошие», так и «плохие» периоды работы, когда расхождение генерируемых рядов случайных ошибок измерений с теоретическим нормальным распределением существенно и его нельзя объяснить случайными колебаниями измерений.

На рис.6 показан процесс генерирования случайных ошибок измерений, на котором четко видны выбросы, то есть аномальные значения, превышающие 100 о и не объяснимые с точки зрения нормального закона распределения. Более того, были выявлены периоды работы, когда происходит значительное систематическое накопление ошибок с одним знаком (например подряд формируется 7804 погрешности, сумма которых всегда положительна и только всего 8 погрешностей с минусом). Таким образом, проведенные нами исследования показали, что для получения достоверных и устойчивых результатов в процессе моделирования необходимо тщательно анализировать используемые выборки, поскольку их применение без предварительного отбора и статистического анализа может привести к ошибочным выводам, особенно когда предъявляются повышенные требования к соответствию погреш-

. Распределение случайных ошибок измерений для выболрки N=500, генерируемой "GAUSS".

Рис 5

ностей измерений нормальному закону распределения.

Процесс генерирования случайных ошибок измерений

«00 это

А >% If J'! > I ft i's i"i'i ?i iS^ll'ti i'irj j'i i'nVi'n Л j itY

Рис.6

Обми выборки N

Поэтому в диссертации для статистического моделирования на основе формулы (8) был разработан модифицированный генератор «NORM», свободный от указанных выше недостатков. При его тестировании использовались теоретические задачи с известным решением. Анализ статистической устойчивости (рис.7) оценок среднего арифметического а и стандарта ст для выборок различного объема показал, что при использовании для моделирования модифицированной последовательности чисел, статистическая устойчивость оценок а и а достигается примерно в 2 и 1,5 раза быстрее, в то время как для некоторых выборок, взятых из последовательности, содержащей «плохие» периоды, достичь статистической устойчивости оценок вообще не удалось.

Статистическая устойчивость оценки стандарта в зависимости от объема

выборки

1,04 1,03 1.02 1,01 1

0,99 0,98 0,97 0,96

Рис.7.

ajnяп-

—W*^

1_ЗШ_401_501_2Ш_ZEU_ВШ_SQ3_1ШЗ_1Ш1 17П1_13Ш_Ш1_

Объем выборки

В настоящее время трудно переоценить значение методов математи ческого моделирования для корректного определения степени устойчивости и деформаций оползневых склонов при проведении геоэкологического мониторинга, когда имеющихся исходных данных бывает недостаточно для разработки конкретных расчетных (количественных) прогнозов. Поэтому для получения надежных результатов в процессе статистического моделирования была разработана технология решения геодезических задач методом Монте-Карло на основе модифицированного генератора погрешностей измерений с

нормальным распределением.

В качестве примера применения метода Монте-Карло в работе получены наикратчайшие и несмещенные доверительные интервалы для стандарта, которые отличаются от известных в литературе и являются по сути новыми. Вопрос получения минимальных доверительных интервалов неоднократно рассматривался в геодезической литературе, однако однозначного ответа так и не получено. Для сравнения покажем значения доверительных границ у| , у2, и их .разностей, приведенных в табл.5, для доверительной вероятности р=0,95 и числа степеней свободы к , полученных методом Монте-Карло в сравнении с методами А.. Н. Колмогорова и проф. В. Н. Ганьшина .

Анализ различных методов определения доверительных интервалов минимальной длины для стандарта показывает, что применение метода Монте-Карло в качестве самостоятельного метода позволяет определить несмещенные доверительные интервалы у, и у2 для стандарта, ширина которых является наименьшей по сравнению с другими интервалами, опубликованными в технической литературе.

Таблица 5

Метод А.Н. Колмогорова Метод В.Н.Ганьшина Метод Монте-Карло

к VI Ъ Ъ-Ъ к Ъ ь У2-У1 к Г' Чг-Ъ

2 0.521 6.280 5.759 2 0.364 4.439 4.075 2 0.032 2.222 2.190

3 0.566 3.730 3.164 3 0.439 2.949 2.510 3 0.158 1.904 1.746

4 0.599 2.870 2.271 4 0.491 2.405 1.914 4 0.268 1.748 1.480

5 0.624 2.450 1.826 5 0.531 2.123 1.592 5 0.348 1.651 1.303

10 0.699 1.755 1.056 110 0.642 1.628 0.986 10 0.550 1.441 0.891

50 0.837 1.243 0.406 р0 0.823 1.223 0.400 50 0.805 1.191 0.386

В диссертационной работе решены и другие задачи с использованием метода Монте-Карло, такие как моделирование и анализ способов оценки точности определения пространственного положения геодезического пункта, обоснование применения закона размаха для анализа результатов измерений, выявление скрытых закономерностей погрешностей результатов геодезических измерений, моделирование закона распределения средних из двух измерений при их браковке по допуску, робастная оценка однородности и нормальности результатов измерений на основе дисперсии единицы веса, определение формы зависимости и оптимальной степени полинома, определение необходимого объема измерений для обеспечения надежности прогноза.

Таким образом разработанная в диссертации компьютерная модель случайных погрешностей результатов геодезических измерений используется в процессе верификации результатов геодезических наблюдений оползневых процессов. Данная методика позволяет оценить случайные погрешности измерений и влияние геометрии опорной геодезической сети на точность определения величины и направления смещения грунтовых реперов и выявить реальные деформации. Достоверность результатов исследований подтвержда-

ется практической реализацией предложенных методов и моделей при обосновании и практической реализации системы геоэкологического мониторинга оползневых процессов на территории г. Томска.

В пятом разделе «Разработка и практическая реализация комплексной системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга при-родно-технических систем на оползнеопасных территориях г. Томска» на основе выполненных в диссертации исследований приведены результаты комплексного подхода к организации геомониторинга оползневых процессов, объединяющего в единую систему геодезического обеспечения различные методы наблюдений и возможности не только классической геодезии, но и современных спутниковых и магнитометрических методов, а также методов статистического моделирования для выделения из результатов измерений реальных величин деформаций в процессе исследования состояния и закономерностей развития ПТС.

Практическая реализация системы геодезического обеспечения осуществлялась при организации геомониторинга на оползнеопасных территориях г. Томска. В последние годы на территории города активно развиваются опасные природные и техно-природные процессы, представляющие реальную угрозу не только зданиям и сооружениям, но и самой жизни людей. Ярким примером активного развития опасных оползневых процессов является правый берег реки Томи в районе Лагерного Сада. Под воздействием оползневых процессов бровка склона в Лагерном Саду за последние 25 лет переместилась в сторону плато на 70 м, а расположенный в опасной зоне корпус ТУСУРа был демонтирован. Разработанный в 1987 году комплексный проект противооползневых мероприятий в полном объеме не реализован. Поэтому оползнео-пасная ситуация сохраняется в юго-восточной и северо-западной частях Лагерного Сада, что приводит к нарушению динамического равновесия в эксплуатации природно-технических систем и возникновению чрезвычайных ситуаций. Довольно сложная ситуация сложилась в мкр. "Солнечный", где в результате строительства двух десятиэтажных домов на склоне активизировались оползневые процессы. На всех стадиях освоения данной территории, начиная с момента изысканий и заканчивая эксплуатацией был допущен ряд ошибок. На развитие оползневых процессов в мкр. "Солнечный", наряду с природными, большое влияние оказали техногенные факторы: пригрузка склона за счет строительства двух 10-ти этажных жилых домов, техногенное замачивание грунтов в результате утечек из водонесущих коммуникаций. Другими оползнеопасными территориями в г. Томске являются Воскресенская и Каштачная горы, а также высокие и крутые склоны третьей надпойменной террасы р. Томи.

Для предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций при застройке территории г. Томска потребовалось решить следующие задачи: - выполнить комплексные геоэкологические исследования и выявить закономерности развития опасных процессов на территории г. Томска;

- исследовать состояние геологической среды в пределах городской территории и оценить устойчивость природно-технических систем;

- произвести зонирование территории г. Томска по степени опасности и уровню риска для городской застройки;

- разработать рекомендации по инженерной защите территории и организации геоэкологического мониторинга природно-технических систем на ополз-неопасных территориях.

Для решения вышеперечисленных задач потребовалось разработать и внедрить на практике систему геодезического обеспечения и программу комплексного геоэкологического мониторинга, объединяющего в себе совокупность геодезических, спутниковых и магнитометрических методов измерений с методами статистического моделирования и математического прогнозирования, что многократно увеличивает его эффективность и достоверность.

.В диссертации рассмотрены проблемы комплексного геомониторинга развития опасных процессов на оползнеопасных территориях и практические пути их решения на примере г. Томска. Современное энциклопедическое понятие мониторинга определяется как наблюдение, оценка и прогноз. В приложении к геодезии полное содержание геодезического мониторинга заключается в наблюдениях за состоянием и развитием ПТС, в математической обработке результатов наблюдений с целью оценки и повышения их точности, содержательного анализа и интерпретации, в математическом моделировании наблюдаемых процессов, включающем прогнозную оценку промежуточного и последующего состояния объектов исследований. В содержание мониторинга геологической среды большой вклад внес Королев В.А., а вопросы содержания и интерпретации геодезического мониторинга с использованием классических методов геодезии рассматривались Ю.П. Гуляевым еще при выполнении геодезических исследований техногенной геодинамики на строящейся Богучанской ГЭС. Геодезический мониторинг является важнейшей составляющей системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга, поскольку обеспечивает его пространственно-временную привязку и позволяет определить факторы, влияющие на состояние и развитие природно-технических систем. Наряду с геодезией важную роль в геоэкологическом мониторинге играют геология и геофизика, особенно при исследовании нарушений равновесия геологической среды в процессе природных и техногенных воздействий. Такие нарушения приводят к неблагоприятным экологическим последствиям, геодезический контроль за которыми можно рассматривать как неотемлемую часть комплексного геоэкологического мониторинга. Геомониторинг можно рассматривать как универсальную ГИС, содержащую подсистемы наблюдений, математической обработки, интерпретации и моделирования, которые обеспечивают прогноз контролируемых процессов с целью эффективного управления ими. Назначение геомониторинга состоит в информационном контроле за объектами исследований, поэтому все результаты геодезических исследований, используемые для выяв-

ления пространственно-временных закономерностей для предупреждения чрезвычайных последствий, представляют собой геодезический мониторинг. Исходя из геодезической классификации и геологической практики различают глобальный, региональный, локальный и детальный уровни мониторинга. Основной проблемой геомониторинговых систем является обеспечений непрерывного пространственно-временного контроля состояния ПТС на основе совершенствования приборов и технологий сбора и обработки информации, В процессе внедрения системы геодезического обеспечения комплексного геоэкологического мониторинга за оползнями южного склона мкр. «Солнечный» в г. Томске и расположенными на склоне 10-этажными

панельными жилыми домами была создана специальная опорная геодези ческая сеть, которая использовалась как каркасная основа геомониторинга. Данная геодезическая сеть уравнивалась с использованием программы «АРМИГ-РС» как линейно-угловая. По координатам, полученным в двух соседних циклах, вычислялись абсолютные величины и направления горизонтальных перемещений грунто вых реперов. Как известно, точность определения координат реперов зависит как от качества результатов измерений, так и от геометрической схемы геодезической сети. В последнем варианте (с опорой на базис гр. рп 15 - гр. рп 16) геодезическая сеть, хотя и представляет собой жесткое геометрическое построение, является висячей с наиболее слабым местом -rp.pn.13. Обработка угловых измерений в линейно-угловой сети вначале выполнялась как в триангуляции, а обработка линейных измерений - как в три-латерации. В результате предварительной обработки этой же сети, как сети тр плате рани и, вычислены все углы треугольников по длинам их сторон. Расхождения вычисленных и измеренных углов не превосходят величин средних квадратических ошибок их разностей при максимальной погрешности линейных измерений тз =5 мм. По результатам уравнивания получены следующие точностные характеристики: средняя квадратическая ошибка измерения угла по формуле Ферреро- тр =4,02"; средняя квадратическая ошибка единицы веса (направления)- ¿1 - 2,36"; максимальная средняя

Рис.8. Схема опорной геодезической сети в мкр. «Солнечный».

квадратическая ошибка стороны т.? = 5,1 мм. Из результатов анализа и уравнивания линейно-угловой сети следует, что угловые и линейные измерения для данного класса используемых приборов и геометрии геодезической сети не содержат грубых ошибок. Результаты уравнивания показали, что расхождения координат 5Х и 5У, определенных разными способами для идентичных реперов не превышают погрешностей их определения. В табл.6 для примера приведены средние квадратические погрешности тх, ту , тху определения координат и положения пунктов по результатам уравнивания только линейно-угловой сети, вычисленные специальной программой "АРМИГ-РС" по формулам:

"Ч^Д/» ту, "Ч = >

где р - ошибка единицы веса, характеризующая качество выполненных измерений; £?, ,£?„ -диагональные элементы весовой матрицы, характеризующей геометрию сети.

Таблица 6.

Результаты уравнивания линейно-угловой сети_

ПуНКТОЕ Способ уравнивания Усл. корд., X, м. 5Х Усл. корд.,У, м. 5У Шх, ММ Шу мм тху, ММ

7 Лин.-угл. сеть 451,416 5 287,069 3 4,0 1,8 4,4

8 Лин.-угл. сеть 462,018 4 462,964 7 4,4 4,6 6,4

55 Лин.-угл. сеть 507,206 5 197,172 5 5,5 4,0 6,8

6 Лин.-угл. сеть 525,435 6 111,518 9 6,4 6,4 9,1

14 Лин.-угл. сеть 574,396 8 140,713 8 8,1 5,8 10,0

13 Лин.-угл. сеть 584,217 10 104,188 11 8,6 7,1 11,2

Число направлений-34, измеренных сторон - 19, всех измерений - 53, необходимых измерений - 14, избыточных измерений-39.

Установим теперь интервал, в пределах которого возможно изменение значений координат. Согласно интервальной оценке точности для истинных значений координат X, У запишем

х -1 шх <Х< х +1 шх у -1 шу <У< у + г ту где коэффициент I выбирают из таблиц распределения Стьюдента. Для числа степеней свободы в данной сети г=39 и доверительной вероятности Р = 0.95 он равен I =2,0. Тогда для наиболее слабого места сети - гр.рп 13- при шх =8,6 мм, ту=7,1мм (табл.6) будем иметь

х-17,2 мм <Х <х +17,2 мм, у-14,2 мм < У <у +14,2 мм.

Отсюда следует вывод, что координаты пункта сети гр.рп. 13 от цикла к циклу могут изменяться в пределах 25 - 30 мм., а предельное значение средней квадратической ошибки положения пункта сети при тху= 11,2мм равно тпред=п-шху=2-11,2 мм=22,4 мм. То есть с доверительной вероятностью Р=0,95

следует ожидать попадания пункта при нанесении его на план по координатам, вычисленным в разных циклах наблюдений, в окружность погрешностей со средним радиусом 11= I шху = 2,2 см., иначе говоря, наибольший интервал, внутри которого вектор смещения репера можно считать случайным, зависящим только от погрешностей определения координат пунктов сети определяется границами от -22 мм до + 22 мм. с доверительной вероятностью Р=0,95, а при Р=0,997 определяется соответственно границами от -33,6 мм до + 33,6 мм. Если при этом учесть, что реальная величина векторов перемещения в плане большинства реперов мала, то фиксируется резкое изменение направления смещения (до 180 градусов), что и наблюдается на практике по результатам традиционных измерений.

Полагая точность измерений в разных циклах примерно одинаковой, нетрудно доказать, что точность определения абсолютной величины вектора планового смещения репера и его направления в геодезической сети одинаковы во всех циклах. В связи с тем, что координаты фунтовых реперов искажены неизбежными погрешностями измерений, то определение величины и направления плановых смещений реперов по результатам наблюдений в соседних циклах при их небольших абсолютных значениях будет недостоверным. Это связано с тем, что в результате таких вычислений при отсутствии явных перемещений, последние будут находиться в пределах окружности погрешностей определения положения пункта сети. Поэтому если величина смещения репера меньше двойной погрешности определения положения пункта сети или незначительно превышает ее, то делать заключение о наличии смещения репера по незначительному изменению координат в двух смежных циклах нельзя. По этой же причине нельзя за начало вектора смещения репера принимать координаты, полученные только по результатам первого цикла наблюдений, так как нет никаких оснований считать первое измерение безошибочным.

В связи с этим в диссертации для выявления действительных смещений реперов была разработана специальная методика, позволяющая выделить реальные перемещения реперов и отделить погрешности измерений от смещений реперов, используя центральные координаты Х*=ХГХ„; У*=УГУ0 , где координаты центра тяжести совокупности измеренных положений пункта в циклах наблюдений определяются по формулам

х ^ +х„т„. у ^У,Щ+у2т2+ +у„т„ ^

0 пт ' 0 пт

По этим координатам и строятся графики изменения положения реперов с началом координат в точке (Х0 ,Уо). На графики накладываются окружности погрешностей с радиусами Я= г тху= 2 тху, вычисленные для каждого пункта сети. Если все точки последовательно попадают в окружность погрешностей, то нет оснований предполагать плановые смещения реперов, поэтому выбирается их центр тяжести (распределения), который и принимается за начало вектора смещения репера. Относительно этого центра тяжести и опреде

ляется явное смещение положения реперов по отношению к другиМ^циклам наблюдений, если величина смещения превышает Я= 2 шху, в противном случае нет оснований предполагать плановые смещения реперов и координаты из таких циклов используются для уточнения реального положения пункта. Для примера на рис.9 приведены результаты анализа горизонтальных перемещений гр.рп.7 и 13 линейно-угловой сети, созданной на оползневом склоне в мкр. «Солнечный» г.Томска как по условным координатам, так и по центральным, то есть приведенным к центру распределения координат репера.

Дальнейшие исследования автора данной диссертации позволили на основе анализа изменения пространственного положения центра тяжести совокупности измеренных положений пункта в циклах наблюдений разработать и впервые применить на практике новую методику выявления тренда на базе спутниковых измерений медленных смещений грунтовых реперов. Данная методика позволяет оценить случайные погрешности измерений и влияние геометрии опорной геодезической сети на точность определения величины и направления смещения грунтовых реперов и выявить реальные деформации сети. Достоверность результатов исследований подтверждается практической реализацией предложенных методов и моделей при обосновании и практической реализации системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга оползневых процессов на территории г. Томска.

Схема плановых перемещений а) гр рп 7 по условным координатам

а) гр рп 13 по условным координатам

б) гр рп 7 по центральным координатам, окружность погрешностей 10мм б) ГР Рп 13 по центральным координатам;

окружность погрешностей 20мм

Рис.9. Схема плановых перемещений гр. рп 7 и 13 по условным и центральным координатам.

Таким образом точность определения векторов смещения реперов традиционными методами путем использования метода триангуляции или линейно-угловых построений зависит от точности определения их координат, которая в свою очередь в существенной мере зависит от геометрии геодезической сети, расположения опорных пунктов в сети и их неподвижности и

согласно табл. 6 изменяется от 8,8 мм до 22,4 мм, что не позволяет получить надежных выводов о перемещении грунтового массива в непосредственной близости от жилых домов классическими методами геодезии.

В связи с этим с мая 1997г. для наблюдений за оползневыми процессами в мкр. «Солнечный» нами были использованы спутниковые методы наблюдений с использованием GPS-приемников. В результате проведения реальных наблюдений установлено, что для пункта с геодезическими координатами В =56°30' и L = 85° четыре геодезических спутника можно наблюдать практически в течение всего дня с необходимой точностью. Число видимых ИСЗ в процессе полевых работ колебалось от 8 до 11 на весь период наблюдений в течении дня и обеспечило надежную геометрическую связь между базовыми станциями и определяемыми пунктами. Фактическое значение показателя геометрической точности сети спутников PDOP во время наблюдений с 9 до 17 часов дня колебалось от 1 до 2, и только после 17 часов, когда число видимых спутников уменьшается до 4-5, геометрическая характеристика сети спутников PDOP становится больше 5.Поэтому все наблюдения планировались с 9 до 17 ч.

Полевые измерения проводились с помощью комплекта спутниковых приемников Legacy-E, (L1+L2), фирмы «JAVAD POSITIONING SYSTEMS» (США), технические характеристики которых позволяют определять плановое положение пунктов на земной поверхности с точностью 1-2 мм и высотное положение с точностью 2-3 мм. при отсутствии помех. Работы на наблюдаемом пункте включали центрирование антенны приемника над определяемым пунктом с помощью оптического отвеса (средняя квадратическая погрешность центрирования 0,5 мм), измерение высоты антенны (до 1 мм), ввод в память приемника значений угла отсечки (15°) и дискретности измерений (от Г'до 20"), контроль геометрического фактора (PDOP<2) и непосредственные наблюдения продолжительностью не менее 40-60 минут реального времени при числе спутников от 8 до 11 на каждом пункте. Анализ траекторий спутников в проекции на небесную сферу с учетом времени, координат (широта, долгота) и высоты над уровнем моря показал, что во время наблюдений основная часть спутников располагалась в южном направлении, поэтому процессу измерений не мешал высокий берег, здания, сооружения и линии электропередачи. Взаимное положение пунктов определялось в статическом режиме. Один приемник устанавливался на базовом пункте, второй — на определяемом. Относительно базовых пунктов было определено положение остальных пунктов. Математическая обработка результатов наблюдений выполнялась с помощью стандартного пакета PINNACLE. В процессе обработки координаты определяемых пунктов получены в системе WGS-84. Точность определения наклонных дальностей (длин векторов) между базовыми и определяемыми пунктами показана для примера в таблице 4.

Наблюдения посредством GPS-приемников для определения координат фунтовых реперов, заложенных на оползневом склоне мкр "Солнечный", производились с мая 1998г. по декабрь 2004г. В качестве опорного репера,

относительно которого определялись координаты всех других, принят гр.рп.15, находящийся за границами оползневого склона, а в качестве базисной линии - гр.рп.15 - гр. рп. 16. Из сравнительного анализа изменения положения реперов следует, что за период наблюдений с 1996 по 2004г. оползневые процессы развивались неравномерно. До весны 1996г. значительных подвижек грунта не зафиксировано. Однако летом и осенью 1996г. дождливая погода и отсутствие мероприятий по отводу воды вызвало замачивание склона и это вызвало резкую активизацию оползневых процессов. Существенные перемещения были зафиксированы практически для всех реперов. Максимальные перемещения были зафиксированы в юго-западной части склона ниже гаражей, которые до конца 1996г. для реперов 6,12,8 составили соответственно 50,120 и 220 мм. То есть величина смещения грунта у подножия склона была в 2-4 раза больше, чем в средней и верхней части склона. Зимой 1997г. склон замерз и его подвижки приостановились, однако весной движение грунтового массива возобновилось и до лета 1997г. репера № 12 и 8 сместились дополнительно на 40-80 мм., в то время как верхняя часть склона сместилась только на 10-20 мм. Дальнейшие наблюдения показали, что движение склона продолжалось до апреля 1999г., но величина смещений составила всего от 10 до 30 мм. Затем до лета 2001г. ситуация оставалась стабильной, что можно объяснить хорошими погодными условиями и началом внедрения мероприятий по инженерной защите территории, хотя оползневой процесс полностью так и не прекратился, что подтверждается смещениями реперов на 5-15 мм в юго-западной части склона и появлением осадок дома №91.

Необходимость прогноза и контроля за дальнейшим развитием глубинных оползневых процессов на склоне логически привела к решению включить в систему комплексного геоэкологического мониторинга геофизические наблюдения с применением магнитометрического метода и аппаратуры АМКОД. Изучение магнитной индукции в специально оборудованных скважинах с использованием аппаратуры АМКОД позволяет выявить начальную стадию изменения физических полей и напряженно - деформированного состояния грунтового массива. При этом, как показано на рис.10, четко фиксируется глубина зарождения оползневого процесса и положение формирующейся поверхности скольжения. Результаты проведения автоматического магнитометрического контроля оползневых деформаций аппаратурой АМКОД позволили зафиксировать дальнейшее развитие оползневых деформаций у юго-восточного угла дома № 91 на глубине 6-7м и 16-18м и на этом же уровне ниже гаражей в юго-западной части склона. Результаты геофизических исследований подтвердили данные экспертизы состояния строительных конструкций и результаты геодезических наблюдений за грунтовыми массивами и жилыми домами, которые показали, что оползневые деформации вновь активизировались в августе 2001г. после аварии на водонесущих коммуникациях, а в подвалах жилых домов появилась вода. Сравнительный ана-

лиз геодезических и магнитометрических измерений, выполненный в диссертации позволил оценить время реакции инженерных сооружений на склоне на развитие глубинных процессов, что позволяет использовать результаты магнитометрического метода для предварительного прогноза начала и развития оползневых процессов, что особенно актуально для деформационного мониторинга жилых домов на склоне. По результатам комплексного геоэкологического мониторинга по геодезическим и магнитометрическим измерениям в 2001 году было спрогнозировано дальнейшее развитие оползневых процессов

Как показал анализ движения реперов, оползневой процесс после активизации в августе 2001г. продолжался и в 2002г. Подвижки грунтового массива южнее дома № 89 ниже гаражей усилились, захватили нижнюю часть гаражей и достигли 40мм. в течение года. В тоже время положение гр.рп. 16, находящегося за пределами оползневого склона практически не изменилось, оставаясь за весь период наблюдений в пределах окружности с радиусом 5 мм. Оползневые процессы продолжались с разной скоростью до 2004г. За это время подпорная стена у дома № 91 потеряла монолитность и наклонилась в южном направлении, величина подвижки нижней части гаражей достигла 900 мм.,а суммарные смещения нижней части скло-Рис. 10. Изменение маг- на достигли к концу 2004г. величины 350-нитной восприимчивости 400мм. Таким образом оползневые процессы на по разрезу скважины ЗМ в склоне развиваются неравномерно, то затухая, мкр. «Солнечный» хо вновь активизируясь.

Происходит медленное накопление смещений грунтового массива, что вызывает подвижки гаражей, и если мероприятия по инженерной защите не будут выполнены в полном объеме, то в будущем следует ожидать появление опасных плановых перемещений и самих домов. Программа комплексного геоэкологического мониторинга предусматривает также и мониторинг деформаций инженерных сооружений на оползневом склоне, который позволил зафиксировать развитие осадок фундаментов жилого дома № 91. Причем, как видно из рис. 11, осадки фундаментов дома № 91 носят неравномерный характер, нарастание осадки идет от середины 1-й блок - секции. Максимальная осадка марки М 58 на юго-восточном углу дома увеличилась с - 8,1 мм. в 1997 г. до - 14,5 мм в 2004г. Для этой марки удалось определить суммарную осадку с 1995 г., которая достигла -28 мм. к 2004г.

Развитие осадок фундаментов, как следствие оползневых процессов было также зафиксировано и аппаратурой АМКОД в процессе выполнения работ по магнитометрическому контролю оползневых деформаций, которая

показала наличие оползневых деформаций у юго-восточного угла дома № 91 на глубине 6-7 м , где по данным глубинного бурения проходит фаница между насыпным и естественным грунтом. Осадки грунтовых реперов согласуются с горизонтальными смещениями, максимальные вертикальные перемещения грунтовых реперов в течении периода наблюдений зафиксированы для грунтового репера № 14 от +40 до -80мм, Причем для этого репера зафиксировано увеличение как амплитуды, гак и скорости изменения его высотного положения из года в год, что является особенно опасным, так как этот репер находится в непосредственной близости к лому № 89 и постепенно сползает вниз вместе с грунтовым массивом.

ДИАГРАММА РАЗВИТИЯ ОСАДОК МАРОК ВО ВРЕМЕНИ (Дом № 91, 1-я блок-секция, восточная стена)

* * 1 1 * к 1 в л А » ■ : 1 к

3 ч.

л-е а 2 1

"■■■—■■у —— и-61 : М-63 '.' б: ; 11 N * \

111111111

Рис. 11, Осадки фундаментов дома X» 91

По результатам наблюдений выявлен наклон плоскости основания дома №91 на юго-восток, а дома №89 на юго-запад. Максимальный абсолютный крен зафиксирован для юго-западного угла дома X» 91 и составляет 93 мм в направлении на восток. Максимальная разность осадок несущих поперечных стен зафиксирована для юго-восточного угла дома № 9), которая достигла значения 0,0011 при допустимом значении дня крупнопанельных многоэтажных зданий 0,0016. Таким образом, по результатам многолетних наблюдений можно сделать заключение, что оползневые процессы на склоне не стабилизировались, что подтверждается также и дальнейшим развитием трещин в строительных конструкциях.

Результаты геодезических измерений позволили выполнить прогнозирование появления трещин в строительных конструкциях инженерных сооружений на основе анализа изменения формы поверхности и установить неизвестные ранее закономерности развития трещин в зависимости от осадок и температуры окружающей среды.

Выполненные на территории города Томска комплексные геоэкологические исследования имеют исключительно важное не только научное, но и большое практическое значение. Выявленные закономерности развития опасных процессов и составленная карта зонирования территории г. Томска по

степени опасности и уровню риска для городской застройки использованы при решении следующих градостроительных проблем:

- прогнозной оценке геоэкологических и инженерно-геологических условий строительства объектов на территории г. Томска;

- корректировке генерального плана застройки г. Томска;

- разработке мероприятий по инженерной защите г.Томска от опасных природных и техно-природных процессов;

- разработке проектов инженерной защиты территорий, расположенных в «зонах риска»;

- разработке комплексной целевой программы геоэкологического мониторинга оползневых процессов и ПТС и системы его геодезического обеспечения.

Прогнозная оценка осуществляется с использованием многочисленных данных о составе, состоянии и физико-механических свойствах выделенных типов пород, для которых установлены обобщенные и расчетные значения характеристик. Для оценки общих инженерно-геологических условий используются данные о геологическом строении территории, подземных водах, геоморфологии, климатических условиях и гидрографии. По карте риска устанавливается принадлежность территории к различным зонам: очень опасной, опасной, условно опасной и безопасной, которые характеризуются различным состоянием геологической среды. Обязательным условием для выполнения прогнозных оценок является знание об уровне инженерной защиты территории, который может быть удовлетворительный или неудовлетворительный. Различные сочетания состояния геологической среды и уровня инженерной защиты позволяют произвести оценку устойчивости природно-технических систем. На территории г. Томска неустойчивыми являются природно-технические системы, расположенные в юго-восточной, и северо-западной частях Лагерного Сада, мкр. «Солнечный», в пределах Воскресенской горы на территории Каштака, Спичфабрики и других микрорайонах города, число которых определено решением городского координационного экологического Совета на территории г. Томска и составляет 33 оползнеопасные зоны. На этих территориях развитие опасных процессов приводит к нарушению динамического равновесия эксплуатации природно-технических систем и возникновению чрезвычайных ситуаций. Для обеспечения нормального функционирования природно-технических систем здесь потребуется выполнять комплекс мероприятий по инженерной защите территории.

Вторым важным направлением практического использования результатов исследований являются рекомендации по корректировке генерального плана застройки города с учетом развития опасных природных и техно-природных процессов.

Одной из важных рекомендаций при корректировке генерального плана г. Томска является изъятие из застройки участков с активно развивающимися оползневыми процессами, где состояние геологической среды является опас-

ным, инженерная защита территории отсутствует и природно-техническая система является неустойчивой.

Выполненные исследования явились основой при разработке как самой программы комплексного геоэкологического мониторинга природно-технических систем на территории г. Томска, так и при разработке системы его геодезического обеспечения. При этом были разработаны целевые комплексные программы геоэкологического мониторинга ПТС в мкр. «Солнечный» и на территории Лагерного Сада. Внедрение на территории мкр. «Солнечный» системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга позволяет вести непрерывные наблюдения за развитием оползневых процессов, деформациями инженерных сооружений, подземными водами, вертикальными и горизонтальными перемещениями грунтовых массивов и жилых домов с помощью спутников геодезических систем СРБ, а также за развитием глубинных оползневых процессов с применением магнитометрического метода и аппаратуры АМКОД.

Для Лагерного Сада также была разработана целевая комплексная программа геоэкологического мониторинга ПТС, в которой предусматривается организация наблюдений за следующими компонентами природно-технических систем:

- экзогенными геологическими процессами;

- вертикальными и горизонтальными перемещениями грунтовых массивов, жилых домов, зданий и сооружений, расположенных в оползнеопасной зоне;

- осадками грунтовых толщ при водопонижении;

- колебаниями уровней и химическим составом подземных вод.

К настоящему времени завершено устройство наблюдательной сети системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга, обоснованы виды и методика наблюдений.

В заключение отметим, что практическая реализация результатов исследований и разработанных мероприятий по инженерной защите территории г. Томска позволит:

- улучшить состояние геологической среды на опасных территориях;

- повысить устойчивость природно-технических систем;

- обеспечить нормальную безаварийную эксплуатацию природно-технических систем;

- исключить возникновение чрезвычайных ситуаций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

геодезических средств и технологий сбора, обработки и интерпретации информации, которые вместе с магнитометрическим методом и методами статистического моделирования и математического прогнозирования позволяют определить факторы, влияющие на состояние и развитие природно-технических систем. Объединение различных инструментальных технологий сбора информации и методов моделирования в единую систему многократно увеличивает общую эффективность и достоверность геоэкологического мониторинга, так как начинает работать такая важная закономерность, как синергизм процессов и явлений.

Основные результаты выполненных в диссертации исследований заключается в следующем:

1. Разработаны теоретические основы решения геоэкологических проблем урбанизированных территорий,, обусловленных развитием оползневых процессов с использованием современных технологий измерений и методов статистического моделирования и математического прогнозирования.

2. Разработана система геодезического обеспечения комплексного геоэкологического мониторинга для оценки состояния и изучения закономерностей развития ПТС на оползнеопасных территориях на основе объединения классических и спутниковых ОРБ-технологий..

3. Впервые применена на практике новая методика оценки стабильности положения пункта и выявления тренда на основе анализа изменения пространственного положения центра тяжести совокупности измеренных положений геодезического пункта в циклах наблюдений на базе спутниковых измерений медленных смещений оползневого склона.

4. Получены новые результаты решения геодезических задач методом статистического моделирования при геодезическом обеспечении комплексного геомониторинга оползневых деформаций на основе модифицированного генератора случайных процессов.

5. Разработана технология использования результатов геодезических измерений для прогнозирования появления трещин в строительных конструкциях инженерных сооружений на основе анализа изменения формы поверхности и установлены неизвестные ранее закономерности развития трещин в зависимости от осадок и температуры окружающей среды.

6. Теоретически обосновано применение новой модели трехосного атмосферного эллипсоида для учета влияния атмосферных ошибок на точность спутниковых измерений в процессе разработки системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга ПТС.

7. Обобщен практический опыт объединения в систему геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга совокупности современных спутниковых, геодезических и магнитометрических средств и технологий сбора и обработки информации с методами статистического моделирования и математического прогнозирования для обеспечения непрерывного пространственно-временного контроля за развитием ПТС и оползневых процессов.

8. Разработаны и реализуются целевые комплексные программы геоэкологического мониторинга природно-технических систем, позволившие оценить состояние геологической среды и уровень инженерной защиты территории, установить закономерности развития опасных природных и техно-природных процессов на территории города Томска.

9. На основе результатов изучения состояния геологической среды и уровеня инженерной защиты территорий г. Томска произведена оценка устойчивости природно-технических систем, которая позволила выделить ряд оползнеопасных территорий и отнести к неустойчивым природно-технические системы в юго-восточной и северо-западной частях Лагерного сада и мкр. «Солнечный». Для повышения устойчивости и надежности эксплуатации ПТС требуется внедрение комплекса мероприятий по инженерной защите территорий.

СПИСОК ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Научные монографии:

1. Лазарев В.М. Опасные природные и техно - природные процессы на территории г. Томска и их влияние на устойчивость природно-технических систем / В.Е. Ольховатенко, М.Г.Рутман ,В.М. Лазарев// Монография.-Томск: Печатная мануфактура, 2005.- 152 с.

Научные статьи:

1. Лазарев В.М. / Применение ЕС ЭВМ для моделирования случайных ошибок результатов геодезических измерений /В.М. Лазарев// Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 1982 .-№ 5.-С.53-57.

2. Лазарев В.М. / Применение рекуррентных формул для решения главных задач в системе координат проекции Гаусса /В.Н. Ганьшин, В.М. Лазарев // Геодезия и картография,- 1984,- № 1,- С.12-17.

3. Лазарев В.М. / О законах размаха и арксинуса / В.Н. Ганьшин, В.М. Лазарев // Геодезия и картография,- 1984,- № 6.- С.21-23.

4. Лазарев В.М- / Оценка точности определения местоположения пункта одним числом / В.Н. Ганьшин, В.М. Лазарев // Геодезия и картография.-1985,-№8.- С.43-45.

5. Лазарев В.М. / Робастная оценка однородности й нормальности результатов измерений на основе дисперсии единицы веса/ В.Н. Ганьшин, В.М. Лазарев// Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка.- 1987.- № 3.-С.З-8.

6. Лазарев В.М. / К вопросу расчета покрытий на болотах при переменном коэффициенте постели /В.М. Лазарев, Л.И. Лазарева, В.В. Сибер, В.И.Сидоров// Межвуз. научно-технический сборник. «Вопросы проектирования и строительства автомобильных дорог и мостов в условиях Сибири» Томск, Изд-во ТПИ, 1987.-190 с.

7. Лазарев В.М. / О распределении средних из двух измерений /В.М. Лазарев// Геодезия и картография,-1991.- № 4.- С.12-13

8. Лазарев В.М. / Применение метода Монте-Карло для решения некоторых задач в геодезии /В.М. Лазарев// Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию СГГА - НИИГАиК «Современные проблемы геодезии и оптики».СГГА.-Новосибирск.-1998.-С.36-40.

9. Лазарев В.М. / Статистические оценки доверительного интервала минимальной длины для стандарта /В.М. Лазарев, А.Г. Лесняк // Астрономия и геодезия. Межвуз. сб. статей. Вып. № 16. - Томск.-1998.-С.114-119

10. Лазарев В.М. / Организация стационарных геодезических наблюдений за осадками зданий, сооружений и земной поверхности в районах с опасными природными и техно-природными процессами /В.М. Лазарев// Труды международной научной конференции «Геоэкологические проблемы урбанизированных территорий»-Томск: изд-во ТГАСУ,1999.- С.90-91.

11. Лазарев В.М. / Исследование и совершенствование методов моделирования случайных ошибок геодезических измерений /В.М. Лазарев// Математические модели в геодезии, кадастре и оптотехнике. Материалы третьего сибирского конгресса по прикладной и индустриальной математике (ИН-ПРИМ-98). Сборник статей/ СГГА.-Новосибирск, 1999.-С.36-40

12. Лазарев В.М. / Разработка и исследование методов прогнозирования появления трещин в строительных конструкциях на основе анализа изменения формы поверхности /В.М. Лазарев, Дусье Д.Г.// Четвертый сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-2000). Сборник статей/ СГГА.-Новосибирск, 2001.-С.36-48

13. Лазарев В.М. / Статистический анализ и моделирование результатов применения некоторых критериев согласия в процессе исследования законов распределения геодезических измерений /В.М. Лазарев// Четвертый сибирский конгресс по прикладной и индустриальной математике (ИНПРИМ-2000). Сборник статей/ СГГА.-Новосибирск, 2001.-С.49-56.

14. Лазарев В.М. / Организация мониторинга природно-технических систем на оползневых.территориях г. Томска / В.Е. Ольховатенко, В.М. Лазарев // Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Архитектура и строительство. Томск: издательство ТГАСУ, 2002.-С.85-86.

15. Лазарев В.М. / Активизация экзогенных геологических процессов на территории г. Томска / В.Е. Ольховатенко, В.М. Лазарев // Техногенная трансформация геологической среды: Материалы Международной научно-практической конференции.-Екатеринбург: Издательство УГГГА; Издательство АМБ, 2002.-С. 100 -101.

16. Лазарев В.М. / Организация, мониторинга природно-технических систем в зонах активизации экзогенных геологических процессов / В.Е. Ольховатенко, В.М. Лазарев// Техногенная трансформация геологической среды: Материалы Международной научно-практической конференции.-Екатеринбург: Издательство УГГГА; Издательство АМБ, 2002.-С.208-209.

17. Лазарев В.М. / Организация мониторинга природно-технических систем на территории г. Томска./В.Е. Ольховатенко, В.М. Лазарев, М.Г. Рут-ман// Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Сергеевские чтения. Выпуск 4. М.: ГЕОС, 2002. - 614 с.

18. Лазарев В.М. / Применение доверительных интервалов минимальной длины при обработке результатов наблюдений /В.М. Лазарев, Ю.М. Аку-мянский// «Вестник Сибирской государственной геодезической акаде-мии/СГГА,- Вып.7.- Новосибирск, 2002,- С.110 -124.

19. Лазарев В.М. / Геоэкологические исследования на территории г. Томска и организация мониторинга природно-технических систем / В.Е.Ольховатенко, В.М. Лазарев// «Современные проблемы геодезии и оптики». Сборник научных статей по материалам LUI международной научно-технической конференции. Ч. II/ Новосибирск, СГГА, 2003.-324с.

20. Лазарев В.М. / Геоэкологические исследования урбанизированных территорий при решении градостроительных проблем / В.Е.Ольховатенко, В.М.Лазарев, М.Г.Рутман // Труды международной конференции по геотехнике «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство», посвященной 300-летию Санкт-Петербурга. СПб.: Изд-во АСВ, 2003.-С. 427-431.

21. Лазарев В.М. / Геоэкологические исследования и наблюдения в строительстве / В.Е. Ольховатенко, В.М. Лазарев, М.Г.Рутман // Материалы международной научно-технической конференции «Геотехника Беларуси: Наука и практика», Минск,. 2003.-308с.

22. Лазарев В.М. / Влияние опасных геологических процессов на состояние и устойчивость природно-транспортных систем на территории г. Томска / В.Е. Ольховатенко, В.М. Лазарев, М.Г.Рутман // Материалы международной научно-технической конференции «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов». Москва: М. 2003.-316с..

23. Лазарев В.М. / Совместное использование традиционных и спутниковых методов наблюдений за оползневыми процессами на территории г. Томска /В.М. Лазарев// «Современные проблемы геодезии и оптики». Сборник научных статей по материалам LIV международной научно-технической конференции. Новосибирск, СГГА, 2004,- 184с.

Изд. лиц. № 021253 от 31.10.97. Подписано в печать . О?

Формат 60x84/16. Бумага офсет. Гарнитура Тайме, печать офсет Уч.-изд. Л. 1. Тираж /6Ю экз. Заказ №

Изательство ТГАСУ, 634003, Томск, пл. Соляная, 2 Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ 634003 г. Томск, ул. Партизанская, 15

Содержание диссертации, доктора технических наук, Лазарев, Владимир Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ И НАУЧНЫЕ ПОДХОДЫ К ИХ РЕШЕНИЮ.

1.1. Геоэкологические проблемы урбанизированных территорий.

1.2. Анализ существующих методов решения геоэкологических проблем

1.3. Методологические основы решения геоэкологических проблем.

1.3.1. Критерии оценки состояния и устойчивости природно-гехнических систем.

1.3.2.Научные подходы к решению геоэкологических проблем.

1.4. Природно-техногенные факторы развития опасных процессов урбанизированных территорий.

1.4.1. Классификация природных опасностей.

1.4.2. Характеристика оползневых процессов.

1.4.3. Закономерности развития опасных процессов на территории г. Томска.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ.

2.1. Сравнительный анализ методов геодезического контроля за земной поверхностью и инженерными сооружениями в условиях активизации оползневых процессов.

2.1.1. Классификация геодезических методов, применяемых для оценки состояния и устойчивости природно-технических систем.

2.1.2. Исследование и анализ традиционных методов геодезического контроля за развитием оползневых процессов.

2.1.3. Оценка точности геодезических методов определения положения реперов на оползневом склоне.

2.1.4. Методы создания опорной и оползневой наблюдательной сети за оползневыми процессами.

2.1.5. Разработка методики определения координат опорных пунктов геодезической сети в условиях активизации оползневых процессов.

2.2. Применение геоинформационных технологий для геодезического обеспечения деформационного мониторинга за инженерными сооружениями

2.2.1. Геодезическое обеспечение деформационного мониторинга за инженерными сооружениями на оползневом склоне.

2.2.2. Методика выявления деформаций и анализа их однородности на основе метода многократной аппроксимации криволинейными функциями.

2.2.3. Разработка и исследование методов прогноза появления трещин в строительных конструкциях в процессе деформационного мониторинга.

ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОТОЧНЫХ СПУТНИКОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ГЕОМОНИТОРИНГА ОПОЛЗНЕВЫХ ПРОЦЕССОВ.

3.1. Глобальные спутниковые навигационные системы GPS-NAVSTAR иГЛОНАСС.

3.1.1. Назначение и области применения спутниковых технологий.

3.1.2. Общая структура, состав и основные характеристики.

3.1.3 .Геометрическая сущность местоопределения.

3.1.4.Геодезические системы отсчета и координат.

3.1.5. Классификация способов измерений (позиционирования).

3.1.6. Комплект аппаратуры.

3.2. Организация и методика обработки наблюдений за оползневыми процессами с применением спутниковых методов измерений.

3.2.1. Планирование сессии спутниковых наблюдений.

3.2.2. Оценка влияния геометрии спутниковой сети на точность определения координат.

3.2.3. Организация спутниковых наблюдений за оползневыми процессами в условиях городской застройки.

3.2.4. Исследование методов повышения точности определения пространственных координат в полевых условиях и при математической обработке.

3.3. Технология совместного использования традиционных и спутниковых методов наблюдений за оползневыми процессами при их активизации на урбанизированных территориях.

3.3.1. Пересмотр традиционных подходов к проблеме контроля за оползневыми процессами.

3.3.2. Оценка статуса системы GPS-NAVSTAR и ГЛОНАСС. Геометрическое ухудшение точности (GDOP).

3.4. Разработка и использование модели нового трехосного атмосферного эллипсоида для повышения точности определения координат точек земной поверхности.

3.4.1. Определение параметров модели нового трехосного атмосферного эллипсоида.

3.4.2. Использование новой модели атмосферного эллипсоида для учета атмосферных ошибок: ионосферных и тропосферных задержек сигнала.

3.4.3. Высокоточные определения астрономического азимута.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РЕШЕНИЮ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ. 181 4.1. Аналитические, имитационные и статистические математические модели, используемые для решения геодезических задач.

4.2. Методология комплексной статистической обработки результатов измерений и классификации группировок измерений с учетом особенностей использования ЭВМ.

4.2.1. Сбор, сортировка, систематизация, предварительная обработка и анализ результатов измерений на ЭВМ.

4.2.2. Выявление аномальных результатов измерений.

4.2.3. Особенности определения на ЭВМ моментов закона распределения погрешностей измерений.

4.2.4. Эффекты, обусловленные конечной длиной выборки.

4.3. Группировка и интервальный анализ наблюдений для выявления глобальных и локальных изменений закона распределения и для обнаружения скрытых закономерностей.

4.4.Исследование устойчивых статистических методов оценки и прогноза

4.5. Методы математического моделирования и статистических испытаний результатов геодезических измерений на ЭВМ.

4.5.1.Теоретическое обоснование метода Монте-Карло и его применение для моделирования развития оползневых процессов.

4.5.2. Сравнительный анализ работы генераторов случайных величин с заданным законом распределения и их модификация.

4.5.3. Исследование возможностей метода Монте-Карло в геодезии.

4.5.4. Разработка методов улучшения нормальности генерируемого распределения погрешностей измерений на основе специальных тестов для анализа точности моделирования.

4.5.5. Роль метода Монте-Карло при исследовании законов распределения погрешностей результатов измерений.

4.6. Технология решения геодезических задач методом Монте-Карло

4.6.1. Определение минимальных доверительных интервалов для стандарта в процессе анализа результатов наблюдений.

4.6.2. Анализ способов оценки точности определения пространственного положения геодезического пункта.

4.6.3. Обоснование применения законов размаха и арксинуса для анализа результатов измерений.

4.6.4. Моделирование закона распределения средних из двух измерений

4.6.5 Робастная оценка однородности и нормальности результатов измерений на основе дисперсии единицы веса

4.7. Прогноз опасных для инженерных сооружений осадок и деформаций по геодезическим наблюдениям на основе пространственно-временных моделей.

4.7.1. Определение формы связи между измеренными величинами.

4.7.2. Определение необходимого объема измерений для обеспечения надежности прогноза.

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ ГЕОДЕЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ Г. ТОМСКА.

5.1. Основные принципы, содержание и проблемы комплексного геомониторинга развития опасных процессов на основе современных технологий сбора и обработки информации.

5.2. Методологические основы организации стационарных геодезических наблюдений за пространственно-временными процессами изменения состояния оползнеопасных территорий

5.3. Разработка и практическая реализация системы геодезического обеспечения при организации геомониторинга на оползнеопасных территориях г. Томска.

5.3.1. Система геодезического обеспечения комплексного геоэкологического мониторинга за оползневыми процессами в мкр.«Солнечный» в г.Томске

5.3.1.1. Применение традиционных методов геодезии для контроля за оползневыми процессами.

5.3.1.2. Разработка методики определения реальных смещений реперов, учитывающей влияние погрешностей геодезических измерений на основе математической модели опорной геодезической сети.

5.3.1.3. Использование спутниковых методов измерений в системе геодезического обеспечения геомониторинга.

5.3.2.Геодезический мониторинг деформаций инженерных сооружений и вертикальных смещений оползневого склона в мкр Солнечный.

5.3.3. Методика и результаты применения новой автоматизированной системы магнитометрического контроля (АМКОД) за развитием глубинных оползневых деформаций.

5.3.4. Оценка состояния и устойчивости природно-технических систем в мкр.Солнечный

5.4 .Оценка состояния и устойчивости природно- технических систем на территории Лагерного сада г. Томска.

5.5. Практическое использование результатов исследований при организации системы геомониторинга на территории г. Томска.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоэкологические проблемы оползнеопасных территорий и их решение с использованием геодезических методов"

В XX веке произошла быстрая урбанизация почти во всех странах мира. В третьем тысячелетии численность городского населения Земли превысит половину общего числа людей, проживающих на планете. По данным ЮНЕСКО, к концу XX века уже около 75% населения Европы и Северной Америки проживало в городах, аналогичная картина наблюдается и на других континентах. Россия также одна из урбанизированных стран мира, в ее городах и поселках городского типа проживает более 109 млн. чел., или 74% всего населения. Географическое положение и размеры территории Российской Федерации, занимающей около 31 % площади крупнейшего на Земле Евроазиатского континента, определяют широкое развитие в ее пределах практически всех известных видов опасных природных и техноприродных процессов. На урбанизированных городских территориях России за год в среднем происходит до 250 природных событий чрезвычайного характера, связанных с опасными природными процессами, развитие которых приводит к огромным материальным и людским потерям. Степень подверженности городских территорий этим процессам весьма разнообразна. Так, по данным института Геоэкологии РАН [Григорьева, Мамаев, 1999], под угрозой наводнений в России находится более 700 городов, в разной степени подтапливаемыми являются территории 960 городов, оползнями поражено 40 % площади России и территории 725 городов, в то время как под прямой угрозой селей в России находятся лишь 13 городов, лавин - 5 городов и т.д. Каждый десятый город страны имеет высокий уровень загрязнения воздушной и водной природных сред, горожанам приходится дышать загрязненным воздухом, пить недоброкачественную воду, что оказывает отрицательное влияние на здоровье людей.

Быстрый рост урбанизации порождает ряд глобальных и локальных геоэкологических проблем в развитии городов, вызванных широким распространением и активизацией на урбанизированных территориях опасных природных и техноприродных процессов. Глобальная урбанизация ставит новые задачи перед инженерными науками. Уплотнение застройки приводит к использованию территорий так называемых неугодий (оползнеопасные, подтопленные и заболоченные участки, районы рек, бывшие свалки, частная застройка), растет высотная застройка и использование подземного пространства. Как отмечается в материалах международного симпозиума [Инженерно-геологические проблемы., 2001], геоэкологические проблемы приобретают в настоящее время глобальный характер и во многом обусловлены интенсивным техногенным воздействием на геологическую среду при застройке территорий, разработке полезных ископаемых, сельскохозяйственном освоении, эксплуатации природно-технических систем и другими видами воздействий. Перечисленные воздействия приводят к существенным изменениям ландшафта, климата, загрязнению атмосферы, поверхностных и подземных вод, подтоплению и затоплению территорий, изменению напряженно-деформированного состояния грунтов, активному развитию опасных техноприродных процессов, приводящих к разрушению зданий и сооружений и возникновению чрезвычайных ситуаций, представляющих реальную угрозу для жизни людей.

Поэтому одной из центральных проблем современной геоэкологии является изучение состояния и устойчивости геологической среды урбанизированных территорий, из которых исключительно актуальное значение приобретает изучение оползневых процессов природного и техноприродного характера. В этих условиях на первое место для обеспечения безопасности населения и хозяйственных объектов, осуществления градостроительной, природоохранной и других видов деятельности в районах развития опасных природных и техноприродных процессов выходит профилактика этих опасностей, а не ликвидация их последствий.

Особую тревогу вызывает непрерывно возрастающее количество оползневых процессов на промышленно-урбанизированных территориях, характеризующихся высокой плотностью населения, концентрацией промышленного потенциала с экологически опасными производствами и технологиями, насыщенностью автотранспортом, энергетическими объектами, многофункциональной сетью коммуникаций и т.п. По данным А.Л.Рагозина [Рагозин, 1992,1997] за последние 10-15 лет площадь развития опасных природных и техноприродных процессов на урбанизированных территориях увеличилась на 50-60%, а экономический ущерб составил 19-23 млрд. руб. в год (в ценах 1990 г.) или 6-7% валового внутреннего (национального) продукта страны. Значительная часть потерь связана с разрушениями зданий и сооружений из-за недостаточной их надежности и защищенности. В связи с этим в последнее время в научной литературе стало появляться все больше работ, посвященных выявлению и решению геоэкологических проблем урбанизированных территорий, актуальность которых общепризнанна.

Одним из наиболее опасных природных процессов являются оползневые процессы, которые часто приводят к значительным экономическим потерям и человеческим жертвам. Поэтому совершенствование в данной диссертации существующих и разработка новых методов изучения, оценки и прогнозирования этих процессов во времени и пространстве с позиций опасности и риска в рамках комплексного геоэкологического мониторинга является в настоящее время весьма актуальной научно-практической задачей.

Однако решение геоэкологических проблем, обусловленных развитием оползневых процессов в отличии от других геоэкологических проблем невозможно осуществить без применения геодезических методов, контролирующих развитие процессов в пространстве и времени. Но, как показывает практика, применение классических методов геодезии в стесненных условиях современной городской застройки при нарушении стабильности пространственного положения пунктов опорной геодезической сети в результате активизации оползневых процессов не позволяет получить однозначные результаты и дать научно обоснованный прогноз развития оползневых процессов. Поэтому основной задачей наших исследований в области геодезии явилась разработка системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга на основе синтеза традиционных и спутниковых геодезических методов с методами статистического моделирования и математического прогнозирования для контроля, оценки и прогноза оползневых явлений

Существенное улучшение экологического состояния урбанизированных территорий возможно только при разработке и реализации комплексных решений, как единого целого, что требует разработки системы геоэкологического мониторинга оползневых процессов как на муниципальном уровне, так и на уровне субъекта Российской федерации. В связи с этим становится актуальной проблема создания системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга для организации непрерывного пространственно-временного контроля за состоянием и развитием ПТС, а сам мониторинг должен быть комплексным, что требует как теоретического обоснования объединения различных методов и технологий в рамках комплексного геомониторинга, так и их практической реализации. Практическое применение результатов исследований ПТС урбанизированных территорий геодезическими методами позволяет реализовать на практике комплексную систему геомониторинга за ПТС для предотвращения чрезвычайных ситуаций, что особенно актуально для крупных городов и в частности для г. Томска, на территории которого в связи с активным развитием опасных природных и техноприродных процессов решением городского координационного экологического Совета определено 33 оползнеопасные зоны, из которых наиболее опасными следует признать оползневой склон в мкр. «Солнечный» и район Лагерного сада на берегу р. Томь. Развитие оползневых процессов на этих участках наносит огромный ущерб городскому хозяйству из-за деформации и разрушения существующих зданий и инженерных сооружений, что потребовало принятия на территории Томской области закона «Об оползневых зонах, расположенных в границах городских и сельских районов Томской области».

В связи с этим в администрации г.Томска создан координационный совет и реализуется комплексная программа по инженерной защите территорий от опасных природных и техноприродных процессов. Активное развитие опасных процессов предопределяется исключительно сложными инженерно-геологическими условиями территории, обусловленными спецификой геологического строения и интенсивными нагрузками на территорию, что вызывает развитие экзогенных геологических процессов (суффузионных, оползневых). Для кардинального решения данной проблемы необходимо разработать систему геомонитоинга на всю территорию г. Томска и в дальнейшем при принятии проектных решений по использованию территорий учитывать результаты геомониторинга. Аналогичная критическая обстановка характерна для многих населенных пунктов России, что требует создания и функционирования мониторинга урбанизированных территорий, как средства оперативной оценки состояния, прогнозирования изменений и разработка управляющих решений по оздоровлению ситуации.

Для получения достоверных результатов и решения проблемы оценки состояния и устойчивости ПТС в комплексе, недостаточно использовать только классические методы геодезии, традиционно применяемые при наблюдениях за оползнями, а, как показано в диссертации, необходимо разработать цельную систему геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга, которая объединяет в себе различные методы измерений и моделирования, что потребовало разработки теоретических и технологических основ объединения геодезических, спутниковых и геофизических методов измерений с методами статистического моделирования в рамках комплексной программы геомониторинга за перемещениями во времени и пространстве оползневых массивов в результате техногенного воздействия на ПТС на оползнеопасных территориях. Такое объединение различных методов в систему геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга многократно увеличивает его эффективность и достоверность, так как результаты одного метода подтверждаются результатами другого.

Геодезические методы позволяют следить за природно-техногенными процессами в системе «Инженерное сооружение - геологическая среда». Результаты геодезических измерений позволяют определить форму поверхности любой строительной конструкции, анализ изменения формы поверхности которой в процессе эксплуатации позволяет на основе геодезических наблюдений за осадками и деформациями инженерных сооружений предсказать место вероятного появления трещин и тем самым предотвратить возникновение аварийных ситуаций. Однако данный вопрос в технической литературе до конца не решен и требует проведения дальнейших исследований. Поэтому одной из задач наших исследований в области геодезии стала разработка и исследование методов математического прогнозирования появления трещин в строительных конструкциях инженерных сооружений на основе анализа изменения формы поверхности их конструкций по результатам геодезических измерений.

Цель и задачи. Целью данной работы является разработка теоретических основ решения геоэкологических проблем оползнеопасных территорий с использованием комплекса геодезических и геофизических методов измерений в совокупности с методами статистического моделирования и математического прогнозирования. Для достижения указанной цели потребовалось решить следующие задачи.

1. Разработка и научное обоснование комплексной системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга для решения геоэкологических проблем урбанизированных территорий, обусловленных развитием оползневых процессов, так как развитие и совершенствование геодезических методов изучения оползневых процессов совместно с магнитометрическими методами будет безусловно способствовать не только повышению качества проектирования мероприятий по инженерной защите территорий, по обеспечению устойчивости зданий и сооружений, но и по изучению внутренней механики оползневых процессов и развитию методов математического моделирования и прогноза.

2. Разработка теоретических и технологических основ обеспечения стационарного геодезического контроля за перемещениями во времени и пространстве оползневых массивов на основе объединения классических и спутниковых GPS-технологий для оценки состояния и обеспечения прогноза развития оползневых процессов в рамках комплексной системы целевого геоэкологического мониторинга природно-технических систем на оползнеопасных территориях

5. Теоретическое обоснование и практическое применение новой модели трехосного атмосферного эллипсоида для учета влияния атмосферных ошибок на спутниковые измерения. Диссертация представляет собой опыт решения этих задач.

Научная новизна:

- разработаны теоретические основы контроля за развитием опасных оползневых процессов природного и техноприродного характера с использованием новейших геодезических технологий при организации геоэкологического мониторинга оползневых процессов. (Разработанная технология включает в себя все этапы геодезического мониторинга, начиная от сбора информации с использованием новейших достижений геодезии и приборостроения вплоть до электронных методов измерений и спутниковых технологий, организации стационарных геодезических наблюдений в стесненных условиях городской застройки при нарушении стабильности положения пунктов опорной геодезической сети в результате активизации оползневых процессов до обработки и статистического анализа результатов геодезических измерений с целью разработки математической модели исследуемого процесса).

- разработан метод выявления деформаций инженерных сооружений на основе геодезических методов контроля за изменением формы поверхности инженерных конструкций в процессе эксплуатации. Полученный в работе метод позволяет на основе математической модели выполнить прогноз появления трещин и исследовать влияние температурных деформаций на их раскрытие по результатам геодезических наблюдений еще до того, как эти трещины появятся. Достоверность и обоснованность прогноза появления трещин в строительных конструкциях на основе геодезических данных подтверждается как сравнением с экспериментальными данными, так и дальнейшими теоретическими исследованиями других авторов.

- впервые разработана и проверена на практике новая методика оценки стабильности опорных пунктов геодезической сети в стесненных условиях городской застройки при активизации оползневых процессов на основе метода статистического моделирования. Данная методика позволяет оценить случайные погрешности измерений и влияние геометрии опорной геодезической сети на точность определения величины и направления смещения грунтовых реперов и выявить реальные деформации. Достоверность результатов исследований подтверждается практической реализацией предложенных методов и моделей при обосновании и внедрении системы геомониторинга оползневых процессов на территории г. Томска.

- теоретическое обоснование применения новой модели трехосного атмосферного эллипсоида для учета влияния атмосферных ошибок на спутниковые измерения. Определение численных параметров модели несферической атмосферы выполнено совместно с Федяниным М.Р. при подготовке его кандидатской диссертации под научным руководством Лазарева В.М.

На защиту выносятся:

-Методологические и технологические принципы решения геодезических задач в системе геомониторинга природно-технических систем с использованием метода Монте-Карло. Разработанная компьютерная модель случайных погрешностей результатов геодезических измерений используется в процессе верификации результатов геодезических наблюдений оползневых процессов.

Практическая значимость. Разработанная в диссертации система геодезического обеспечения комплексного геоэкологического мониторинга, включающего в себя организацию стационарных наблюдений за смещениями оползневого склона и за осадками и деформациями инженерных сооружений на оползневом склоне, оценку и анализ результатов наблюдений, построение математических моделей и прогнозирование на их основе изменения состояния природных и техно-природных систем дает возможность специалистам принимать научно-обоснованные управленческие решения, позволяющие предотвратить или снизить активность развития опасных природных и техноприродных процессов, угрожающих не только зданиям и сооружениям, но и самой жизни людей.

Исследованы закономерности развития опасных процессов на урбанизированных территориях и выполнена оценка влияния оползневых процессов на состояние геологической среды и устойчивость природно-технических систем на примере г. Томска

Достоверность результатов исследований подтверждается практической реализацией предложенных методов и моделей при обосновании и практической реализации системы геомониторинга оползневых процессов на территории г. Томска. Достоверность и обоснованность прогноза появления трещин в строительных конструкциях на основе геодезических данных подтверждается как сравнением с экспериментальными данными, так и дальнейшими теоретическими исследованиями других авторов. Достоверность прогноза, использующего компьютерную модель случайных ошибок результатов геодезических измерений подтверждается экспериментальной проверкой.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях, семинарах и конгрессах и опубликованы в их материалах:

ХШ научно-методическая конференция «Проблемы инженерного образования на современном этапе». Томск, ТИСИ, 1988 г.

Региональная научно-техническая конференция «Совершенствование геодезических, фотограмметрических и астрономических работ»Ростов на Дону, РИСИ,1990г Международная научно-техническая конференция. Современные проблемы геодезии и оптики. Новосибирск, СГГА, 1998г.

II международная конференция «Автомобильные дороги Сибири» 20-24 апреля 1998 г. Омск, СибАДИ.

Международная научно-техническая конференция, посвященная 65-летию СГГА-НИИГАиК, «Современные проблемы геодезии и оптики». Новосибирск, СГГА, 1999г.

LI научно-техническая конференция. Современные проблемы геодезии и оптики. Новосибирск, СГГА, 2001г.

Материалы годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Сергеевские чтения. (Москва, 21-22 марта 2002)

Международная научно-техническая конференция «Техногенная трансформация геологической среды». Секция «Активизация экзогенных геологичеких процессов урбанизированных территорий» 17-19 декабря 2002г., г.Екатеринбург:.

LIII международная научно-техническая конференция. «Современные проблемы геодезии и оптики». Новосибирск, СГГА, 2003г.

Международная конференция по геотехнике «Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство», посвященной 300-летию Санкт-Петербурга, 2003г.

Международная научно-техническая конференция «Геотехника Беларуси: Наука и практика», Минск,. 2003г.

LIV международная научно-техническая конференция. «Современные проблемы геодезии и оптики». Новосибирск, СГГА, 2004г.

Публикации. Результаты исследований автора по теме диссертации опубликованы в одной монографии и 37 печатных работах, из которых 23 основные работы приведены в автореферате.

Область исследований по шифру специальности 25.00.36-геоэкология соответствует следующим разделам:

17.Технические средства, технологии и сооружения для прогноза изменений окружающей среды и ее защиты, для локализации и ликвидации негативных природных и техногенных воздействий на окружающую среду.

18.Технические средства контроля и мониторинга состояния окружающей среды.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 406 стр. машинописного текста, 83 рисунков и 48 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 280 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Лазарев, Владимир Михайлович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации для решения геоэкологических проблем оползнеопасных территорий теоретически обоснована и практически разработана система геодезического обеспечения и программа комплексного геоэкологического мониторинга, в рамках которого для обеспечения непрерывного пространственно-временного контроля за развитием оползневых процессов исследованы возможности объединения в единую систему современных спутниковых и геодезических средств и технологий сбора, обработки и интерпретации информации, которые вместе с магнитометрическим методом и методами статистического моделирования и математического прогнозирования позволяют определить факторы, влияющие на состояние и развитие природно-технических систем. Объединение различных инструментальных технологий сбора информации и методов моделирования в единую систему многократно увеличивает общую эффективность и достоверность геоэкологического мониторинга, так как начинает работать такая важная закономерность, как синергизм процессов и явлений. Основные результаты выполненных в диссертации исследований заключается в следующем:

1. Разработаны теоретические основы решения геоэкологических проблем урбанизированных территорий, обусловленных развитием оползневых процессов с использованием современных технологий геодезических и магнитометрических измерений и методов статистического моделирования и математического прогнозирования.

9. На основе результатов изучения состояния геологической среды и уровеня инженерной защиты территорий г. Томска произведена оценка устойчивости природно-технических систем, которая позволила выделить ряд оползнеопасных территорий и отнести к неустойчивым природно-технические системы в юго-восточной и северозападной частях Лагерного сада и мкр. «Солнечный». Для повышения устойчивости и надежности эксплуатации ПТС требуется внедрение комплекса мероприятий по инженерной защите территорий.

Утверждаю»

Директор Департамента градостроительства , и перспективного развития администрации / \ ^ „ . города/Томска. - * о / Чернета В.Ю /4 » 2006г.

АКТ внедрения результатов научно-исследовательских работ

Настоящий акт составлен Департаментом градостроительства и перспективного развития администрации гирода Томска в том, что результаты научно-исследовательских работ «Геоэкологические проблемы оползнеопасных территорий и их решение с использованием геодезических методов» по теме докторской диссертации заведующего кафедрой геодезии Томского государственного архитектурно-строительного университета Лазарева Владимира Михайловича внедрены в практику производственной деятельности Департамента.

Выполненные на территории города Томска комплексные геоэкологические исследования по теме диссертации доведены до уровня практических рекомендаций и использованы при решении следующих градостроительных проблем:

- разработке мероприятий по инженерной защите г.Томска от опасных природных и техно-природных процессов;

- разработке проектов инженерной защиты территорий, расположенных в «зонах риска»;

Особенно важным направлением практического использования результатов исследований являются рекомендации по корректировке генерального плана застройки города с учетом развития опасных природных и техно-природных процессов для изъятия из за

Директор УМП < ГорАПБ» технических наук, доц

Лесняк А.Г. '^Jif кандидат технических наук, доцент б:

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Лазарев, Владимир Михайлович, Томск

1. Айвазян, С.А. Прикладная статистика и основы эконометрики. / С.А. Айвазян, B.C. Мхитарян. - М.: ЮНИТИ, 1998. - 1022 с.

2. Акимов, А.А. Исследование перспективы применения навигационных спутниковых терминалов для проведения высокоточных измерений на пересеченной местности и в городских условиях. / А.А. Акимов, Г.В Кузьмин. Радиотехника. -М., 1996. №11.-С. 124 - 125.

3. Алексеев, Б.Н. О точности определения координат пунктов по наблюдениям навигационных ИСЗ типа ГЛОНАСС. / Б.Н. Алексеев. Геодезия и картография. 1993. -№ 12. С. 14- 16.

4. Анализ и оценка природных рисков в строительстве: материалы Международной конференции. М: ПНИИС, 1997. - 173 с.

5. Антонович, К.М. Мониторинг объектов с применением GPS— технологий./ К.М. Антонович , А.П. Карпик. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 2004. - №1, - с.53- 67.

6. Антонович, К.М. Использование спутниковых радионавигационных систем в геодезии. / К.М. Антонович. В 2 т. Т. 1. М.: ФГУП «Карт-геоцентр», 2005. - 334 с.

7. Астрономический календарь. Постоянная часть. М.: Наука, 1981704 с.

8. Афифи, А. Статистический анализ. Подход с использованием ЭВМ./ А. Афифи , С. Эйзен . -М.: Мир, 1982. - 488с.

9. Аэрокосмические методы инженерных изысканий в транспортном строиетельстве. / под ред. А.Л. Ревзона. Сб. научный трудов ВНИИ транспортного строительства. М., 1990. - 112 с.

10. П.Базлов, Ю.А . Параметры связи координат. / А.П. Герасимов., Г.Н. Ефимов, К.К Настретдинов. Геодезия и картография. 1996. - N 8. -С. 6-7.

11. Бернацкий, А.И. Условия устойчивости земляных масс./ А.И. Бер-нацкий. М.: Транспечать. - 1925. - 205с.

12. Биндер, К. Моделирование методом Монте -Карло в статистической физике. / К. Биндер, Д.В. Хеерман. М.: Наука, Физматлит, - 1995. -144 с.

13. Н.Бикел . П. Математическая статистика. / П. Бикел , Доксам К. М.: Статистика, - 1983. - 278 с.

14. Бойков, В.В. Опыт создания геоцентрической системы координат ПЗ- 90. / Бойков. В.В., Галазин В.Ф, Каплан Б.Л и др. Геодезия и картография. - 1993. - №11.- с. 17-21.

15. Бойков В.В.,. Применение геодезических спутников для решения фундаментальных и прикладных задач ./ Бойков. В.В., Галазин В.Ф, Кораблев Е.Б. Геодезия и картография 1993. N11.- С. 8- 12.

16. Большаков, В.Д. Теория математической обработки геодезических измерений./ Большаков, В.Д. , Гайдаев П.А. М.: Недра, - 1977. -367с.

17. Большаков, В.Д. Практикум по теории математической обработки геодезических измерений. / Большаков В.Д., Маркузе Ю.И. М.: Недра, - 1984.- 352 с.

18. Болыпев, Л.Н. Таблицы математической статистики. / Большев Л.Н. , Смирнов Н.В. М.: Наука, - 1983. - 416 с.

19. Бондарик, Г.К. Общая теория инженерной (физической) геологии. / Бондарик Г.К. М.: Недра, - 1981. - 255 с.

20. Бородка, А. В. В. Развитие системы геодезического обеспечения в современных условиях / Бородка А. В., Макаренко Н. Л., Демьянов Г Геодезия и картография. 2003. - № 10. - с. 7- 13.

21. Брайт, П.И. Геодезические методы измерения смещений на оползнях. / П.И. Брайт М.: Недра, 1965. - С. 116.

22. Брандт, 3. Анализ данных. Статистические и вычислительные методы для научных работников и инженеров./ 3. Брандт- М.: Мир, ACT,-2003.- 686с.

23. Браунли , К.А. Статистическая теория и методология в науке и технике. / К.А Браунли. М.: Наука, - 1977. - 407с.

24. Бровко , Н.Н. Статистический анализ пространственных геологических закономерностей. / Н.Н. Бровко- М.: Недра, 1971. - 173 с.

25. Бронштейн, И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов. / И.Н Бронштейн, К.А Семендяев- М.: Наука, 1986. -544 с.

26. Буш, В.В. Прогнозирование места появления трещин в строительных конструкциях по геодезическим данным . / В.В. Буш, Н.М Комар., В.А. Матвеев, Ю.Е Федосеев. В межвуз. сб.: Теоретические и экспериментальные исследования мостов. Омск, - 1980. с. 103- 112.

27. Валеев, С.Г. Статистическое моделирование в картографии / С.Г. Валеев Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1983. - №4. - с. 112-118.

28. Валеев, С.Г. Регрессионное моделирование при обработке данных. / С.Г. Валеев, Казань: ФЭН. 2001. - 296 с.

29. Василенко, Н.А. Определение несферичности земной атмосферы по измерениям астрономической рефракции при различных фазах Луны. / Н.А. Василенко, М.Р. Федянин . Изв. АН СССР, ОАО. 1987. -Т.23, №6. - с. 616- 621.

30. Вентцель, Е. С. Теория вероятностей. / Вентцель, Е. С. М.: Наука, - 1964.-576 с,

31. Видуев, Н.Г. Тексты лекций по теории математической обработки геодезических измерений методом Монте- Карло. / Н.Г Видуев, Б.Д Нурмухамедов- Киев, 1976. - 68 с.

32. Виноградов, Б. В. Космические методы изучения природной среды./ Виноградов Б. В. М.: Мысль, - 1976.

33. Гайдаев, П.А. О применении размаха для отбраковки ошибочных результатов измерений. / Гайдаев П.А., Н.С Костюковская, Геодезия и картография, 1971. - №12,-с. 10- 13.

34. Гайдаев, П.А.,. К вопросу применения размаха для отбраковки геодезических измерений. / П.А. Гайдаев , Н.С Костюковская. Геодезия и картография, 1974. - № 3, - С. 33- 34.

35. Гайдаев, П.А. О математическом моделировании геодезической сети 2 класса. / П.А Гайдаев, Н.А. Тараничев и др, Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1975. - №5, - С.23- 33.

36. Гамбуруев, А.Г. Концепция мониторинга природно- технических систем. / А.Г Гамбуруев. Геоэкология, 1994. - № 4. - 12 - 19 с.

37. Ганьшин, В.Н. Средняя квадратическая ошибка и оценка ее точности. / В.Н. Ганьшин- «Геодезия и картография», 1965. - № 5. - С. 7- 12.

38. Ганьшин, В.Н. Оценка стандарта при помощи эмпирической средней квадратической ошибки. / В.Н. Ганьшин, Нестеренок М.С -Известия вузов.// Геодезия и аэрофотосъемка. 1967. - № 3. - С. 311.

39. Ганьшин, В.Н. Несмещенные оценки для первых четырех центральных моментов при неравноточных наблюдениях. / В.Н. Ганьшин. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1975. - №3. - С. 2126.

40. Ганьшин , В. Н. Оценка дисперсии единицы веса. / В.Н. Ганыиин. Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, 1986. - № 1. - С. 3— 5.

41. Ганьшин, В.Н. Закон распределения средних из двух измерений. / В.Н. Ганыпин. Геодезия и картография. 1988. - № 10. - С. 12- 13.

42. Ганьшин , В.Н Применение рекуррентных формул для решения главных задач в системе координат проекции Гаусса . / В.Н. Гань-шин, В.М. Лазарев . Геодезия и картография. 1984. - № 1. - С. 1217.

43. Ганыпин, В.Н. О законах размаха и арксинуса / В.Н, Ганьшин, В.М. Лазарев. Геодезия и картография. 1984. - № 6. - с.21- 23.

44. Ганьшин, В.Н.,. Оценка точности определения местоположения пункта одним числом . / В.Н. Ганьшин, В.М. Лазарев. Геодезия и картография. 1985. - № 8. - С . 43- 45.

45. Ганьшин, В.Н. Робастная оценка однородности и нормальности результатов измерений на основе дисперсии единицы веса. Известия вузов. / В.Н. Ганьшин, В.М. Лазарев. Геодезия и аэрофотосъемка. -1987 .- №3 с.3-8

46. Гарагуля, Л.С. Методика прогнозной оценки антропогенных изменений мерзлых условий. / Л.С. Гарагуля М.: Изд-во МГУ, - 1985. — 224 с.

47. Ганьшин, В.Н. Геодезические методы измерения вертикальных смещений сооружений и анализ устойчивости реперов / В.Н. Ганьшин, А.Ф. Стороженко, Н.А. Буденков и др. 2 изд. - М.: Недра, - 1991. -190 с.

48. Зайцев, А.К. Геодезические методы исследования деформаций сооружений. /Зайцев А.К., Марфенко С.В., Михелев Д.Ш. и др. М.: Недра, 1991.- 272 с.

49. Герсеванов , Н.М., Теоретические основы механики грунтов и их практическое применение./ Н.М. Герсеванов, Д.Е Польшин. М: Стройиздат, - 1978. - 247 с.

50. Геомониторинг на основе современных технологий сбора и обработки информации. Научно- техническая конференция, 14-17 декабря 1999 года: / Тезисы докладов СГГА. Новосибирск, - 1999. - 200 с.

51. Голенко, Д. И. Моделирование и статистический анализ псевдослучайных чисел на электронных вычислительных машинах./ Д. И. Голенко. М.: Наука, - 1965. - 227 с.

52. Глобальная спутниковая радионавигационная система Г Л ОН АС С. / Под ред. В.Н.Харисова, А.И.Перова, В.А.Болдина. М.: ИПРЖР, -1998.-400 с.

53. ГОСТ 11.001- 73. Прикладная статистика. Ряды предпочтительных численных значений статистических характеристик. / Изд. станд. -1973.- Юс.

54. Годжаманов, М.Г. Анализ состояния существующей государственной Геодезической Сети Азербайджанской республики. ГиА. / М.Г. Годжаманов Известия Вузов №1, 2004. - С. 13- 25.

55. Известия Вузов, ГиА №3, 2004. - С. 35 - 47 / М.Г.Годжаманов ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ схемы реконструкции и развития государственной геодезической сети В АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

56. Голованов, Н.И. Устойчивость откосов земляных сооружений по теории предельного равновесия. / Н.И. Голованов «Труды ИГД АН СССР»-№4,- 1956.

57. Голушкевич, С.С. Статика предельных состояний грунтовых масс. / С.С. Голушкевич. М.: Гостехиздат, - 1957. - 208 с.

58. Гост 11.001- 73. Ряды предпочтительных численных значений статистических характеристик. М.: - 1973. - 10с.

59. ГОСТ 11.004- 74. Прикладная статистика. ПравиПа определения оценок и доверительных границ для параметров нормального распределения.

60. ГОСТ 8.207- 76. ГСИ. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения.

61. ГОСТ 11.006- 74. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим. / М.: Москва: изд- во стандартов, 1981. -32с.

62. Гринберг, Г. М. Выявление и устранение причин деформации городских геодезических сетей. / Г. М. Гринберг. Геодезия и картография.- 1989,- № 11.- с. 28—33.

63. Гуломян, К.А. Прогнозирование оползневых процессов./ К.А. Гуло-мян, В.В. Кюнтель, Г.П. Постоев. М: Недра, - 1977. - 135 с.

64. Гуляев, Ю.П. О точности математического описания процесса деформации основания фундамента. / Ю.П. Гуляев- Геодезия и картография, 1975. - № 10. - С. 27- 33.

65. Гуляев Ю.П, Геодезические исследования техногенной геодинамики на строящейся Богучанской ГЭС. / Ю.П. Гуляев , А.П. Павлов. Гидротехническое строительство. 1993. - № 9. - С. 8- 11.

66. Гуляев, ЮП. Идентификация динамической модели деформации сооружения по геодезическим данным. / Ю.П. Гуляев Известие Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1983. - №4, - С.35- 41.

67. Гумбель, Э. Статистика экстремальных значений. / Э. Гумбель- М., -1965.-С. 450

68. Гуревич, В.Б. Введение в сферическую астрономию. / В.Б. Гуревич. -М.: Наука,- 1979.- 128 с.

69. Дашко, Р.Э. Микробиота в геологической среде: ее роль и последствия. / Р.Э. Дашко Материалы годичной сессии Научного Совета РАН по проблемам гео- экологии, инженерной геологии и гидрогеологии.- М: ГЕОС, 2001.- С. 72-78.

70. Джекел, П. Применение методов Монте- Карло в финансах. / П. Джекел- М.: Интернет- трейдинг, 2004. - 256 с.

71. Джонсон, Н., Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы обработки данных. / Н.Джонсон, Ф. Лион- М.: Мир,- 1980.- 610 с.

72. Джунь, И.В. О выборе интервала гистограммы. / И.В. Джунь. «Украинский институт инженеров водного хозяйства. / Ровно, -1987. - 10 е., деп. в ОНИПР ЦНИИГАиК 12.01.87.- №233-гд 87.

73. Дьяков, Б.Н. Геодезия. Общий курс: / Б.Н. Дьяков Учеб. пособиедля вузов. Новосибирск: Изд- во Новосибирского университета, 1993.- 171 с.

74. Дэвис, Дж.С. Статистический анализ данных в геологии. / Дж.С.

75. Дэвис Кн. 1. М.: Недра, - 1990. - 319 с.

76. Емельянов, Е.П. Сравнительный анализ оценки устойчивости склонов и прогноза оползней. / Е.П. Емельянов- М.: Недра, 1971, - 104с.

77. Ермаков, С.М. Методы Монте- Карло и смежные вопросы. / С.М. Ермаков- М.: Наука, 1971.

78. Закон Хабаровского края №7 от 1.03.1996 г. «О защите населения и территории Хабаровского края от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера». Хабаровская краевая Дума. - Хабаровск, -1996.

79. Израэль, Ю.А. Мониторинг состояния и регулирования качества природной среды / Ю.А. Израэль. Вопросы географии.—Вып. 108 Природопользование (географические аспекты). М.: Мысль, -1978.- С. 64-74.

80. Израэль, Ю.А. Экология и контроль окружающей среды. / Ю.А. Израэль. Л.: Гидрометеоиздат, - 1984. - 560 с.

81. Инструкция по вычислению нивелировок. М.: Недра, - 1971. - 112 с.

82. Инструкция по топографической съемке в масштабах 1:5000, 1:2000,1:1000 и 1:500. М.: Недра, - 1982. - 160с.

83. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов. М.: Недра, -1990.

84. Инженерно- геологические проблемы урбанизированных территорий. Материалы Международного симпозиума. Екатеринбург. Издательство «АКВА- ПРЕСС», - 2001. - 2 тома - 792 с.

85. Исследование и разработка математических методов анализа и моделирования в геодезии: Отчет о НИР (промежуточ.) /Сибирская государственная геодезическая академия (СГГА) ; Руководитель Вовк И.Г. №. ГР 01990009234. - 2000. - 28 с.

86. Карлик, А.П. Методологические и технологические основы геоинформационного обеспечения территорий. Монография. / А.П. Кар-пик.- Новосибирск: СГГА, 2004. - 260 с.

87. Ким, Б.И. Задачник по механике грунтов в трубопроводном строительстве. / Б.И, Ким, И.Е. Литвин. — М.: Недра, 1989. - 182 с.

88. Колмогоров, А.Н. К обоснованию метода наименьших квадратов «Успехи математических наук». / А.Н Колмогоров. 1946. — т. 1, — вып. 1.

89. Клюшин, Е.Б. Инженерная геодезия. / Е.Б. Клюшин. М.: Академия,- 2004. 480 с

90. Кнут, Д.Э. Искусство программирования. Т.2. Получисленные алгоритмы. / Д.Э. Кнут. М.: «Вильяме», - 2001. - 832с.

91. Кожевников, П.Н. О расчетах откосов на устойчивость. / П.Н. Кожевников. Углетехиздат, — 1955. - 195 с.

92. Коломенский, Н.В. Общая методика инженерно- геологических исследований. / Н.В. Коломенский. М: Недра, - 196 - 342 с.

93. Концов, С.В. Картографирование динамики природных и антропогенных объектов на основе космической информации. / С.В. Концов. Труды Госцентра «Природа», вып.8: Космическая информация в тематическом картографировании. - ЦНИИГАиК, - 1986. -С.118- 122.

94. Коровин, М.К. Очерк геологического строения и полезных ископаемых Томского округа. / М.К. Коровин. Тр. об- ва изучения Томского края, выпуск 1. -1927.

95. Королев, В.А. Мониторинг геологической среды. / Под редакцией В.Т. Трофимова. М.: Изд- во МГУ, - 1995. - 272 с.

96. Костылев, А.А. Статистическая обработка результатов экспериментов на микро- ЭВМ и программируемых калькуляторах./ А.А Костылев, П.В Миляев, Ю.Д Дорский, и др. Л.: Энергоатомиздат,- 1991.- 304 с.

97. Коугия, В.А. Обоснование оценки точности положения точки. / В.А. Коугия. Геодезия и картография. 1978. -№11.- С. 12- 15

98. Коугия, В.А. О погрешности положения точки. / В.А. Коугия. Геодезия и картография. 1981. - №2 . - С. 19-23.

99. Кузеванов, К.И. Гидрогеологические основы экологических исследований г. Томска. / К.И Кузеванов. Новосибирск: Обской вестник,-1999.- С. 53- 58.

100. Кендалл, М., Статистические выводы и связи. / М. Кендалл, А. Стьюард. М.:Наука, - 1973. - 899 с.

101. Куштин, И.О. Геодезия. Учебно-практическое пособие. / И.О. Куштин. М.: ПРИОР,-2001.- 448 с.

102. Лабутин, С.А. Статистические модели и методы в измерительных задачах. / С.А. Лабутин, М.В. Пугин . Н. Новгород: НГТУ, - 2000. -115 с.

103. Лазарев, В.М. Применение ЕС ЭВМ для моделирования случайных ошибок результатов геодезических измерений. / В.М. Лазарев. -Известия вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. 1982 . - № 5- С .53— 57.

104. Лазарев, В.М. О распределении средних из двух измерений. / В.М.Лазарев. Геодезия и картография. 1991.- №4.- С.12-13.

105. Лазарев, В.М. К вопросу расчета покрытий на болотах при переменном коэффициенте постели. / В.М. Лазарев, Л.И. Лазарева, В.В. Сибер, В.И. Сидоров. Сб. научн. тр. Исследования транспортных сооружений Сибири. Томск, изд- во ТГУ, 1987. - 190 с.

106. Лазарев, В.М. Применение доверительных интервалов минимальной длины при обработке результатов наблюдений / В.М. Лазарев, Ю.М. Акумянский. Вестник Сибирской государственной геодезической академии/ СГГА. Вып.7. - Новосибирск, - 2002. - 252 с.

107. Лесных, И.В. Система геомониторинга автомобильных дорог. -с.7. «Современные проблемы геодезии и оптики». / И.В.Лесных, В.А. Середович, А.П. Карпик Материалы LI научно- технической конференции, Новосибирск, СГГА, 2001. - 324 с.

108. Лехов , М.В. Гидрогеомеханические расчеты оползневых склонов. / М.В. Лехов-Инженерная геология, № 1, 1989. - С. 103 - 118.

109. Лемешко, Б.Ю. Статистический анализ одномерных наблюдений случайных величин: Программная система. / Б.Ю. Лемешко- Новосибирск: НГУ, 1995.- 125 с.

110. Лемешко, Б.Ю. Робастные методы оценивания и отбраковка аномальных измерений ./ Б.Ю Лемешко. Заводская лаборатория. 1997. - Т.63. - № 5. - С. 43- 49.

111. Ликеш, И., Основные таблицы математической статистики. / И. Ликеш И. Л яга. М.: Финансы и статистика, - 1985. - 356 с.

112. Ломтадзе , В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. / В.Д. Ломтадзе. Л.: Недра, - 1985. - 565 с.

113. Малюшицкий, Ю.Н. Условия устойчивости бортов карьеров. / Ю.Н. Малюшицкий. Киев, 1957.

114. Мамаев, Ю.А., Методы изучения и прогнозирования природных опасностей. Природные опасности и общество. / Ю.А. Мамаев, С.Н. Куличков, К.А.Козлов , И.Б. Грачев, В.А. Елкин. М.: Изд- во фирмы «Крук», - 2002. - С. 93 - 105.

115. Маслов, Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов./ Н.Н Маслов. М.: Изд - во «Высшая школа», - 1984.

116. Математическое обеспечение ЕС ЭВМ: Пакет научных подпрограмм. Минск, - 1976. - вып.2. - 272 с.

117. Материалы Международного симпозиума "Инженерно геологические проблемы урбанизированных территорий - Екатеринбург": -Издательство «АКВА- ПРЕСС», - 2001г. - 2 тома. - 792 с.

118. Медведев, П.П., Глобальные космические навигационные системы (геодезическое использование) / П.П. Медведев, И.С Баранов. Итоги науки и техники. Сер. Геодезия и аэросъемка. Т. 29. М.: ВИНИТИ РАН. 1992. - 157 с.

119. Метод конечных элементов: Учеб. пособие для вузов / Под ред. П.М. Варвака. Киев: Вища школа. Головное изд- во, - 1981. - 176 с.

120. Национальный отчет Федеральной службы геодезии и картографии России. 1993 1994 . М., ЦНИИГАиК, 1995. - 61 с.

121. Ольховатенко, В.Е. «Геоэкологические проблемы г. Томска и разработки мероприятий по инженерной защите территории. / В.Е Ольховатенко. «Обской вестник», научно- издательский центр ОИН-ТМСО РАН, Новосибирск, 1999. - С. 12- 17.

122. Ольховатенко, В.Е., Разработка мероприятий инженерной защиты территории г. Томска. / В.Е Ольховатенко, Г.Г. Щербак. Томск, ТГАСУ,- 1999.- 150 с.

123. Ольховатенко, В.Е. Инженерно- геологические условия строительства крупных карьеров в Кузнецком угольном бассейне./ В.Е Ольховатенко.-Томск: Изд- во ТГУ, 1976. - 211 с.

124. Ольховатенко, В.Е. Инженерно- геологическое заключение об устойчивости склона на участке строящегося дома по ул. Бакунина, 14 в г. Томске. / В.Е. Ольховатенко. Томск: ТГАСУ, - 2000. - 55 с.

125. Ольховатенко, В.Е. Проведение научно- исследовательских работ по обоснованию системы мониторинга за оползневыми процессами в Лагерном саду г. Томска. Отчет о НИР/ ТГАСУ. / В.Е Ольховатенко, В.М. Лазарев В.М., А.А Краевский. — Томск, 1999. - 187с.

126. Ольховатенко, В.Е., Опасные природные и техно природные процессы на территории г. Томска и их влияние на устойчивостьприродно- технических систем. / В.Е. Ольховатенко, М.Г.Рутман, В.М. Лазарев. Монография. Томск: Печатная мануфактура, - 2005. - 152 с.

127. Оползни (исследование и укрепление). / Под редакцией Р. Шусте-ра и Р. Кризена. Перевод с английского. М: «Мир», - 1981. - 382 с.

128. Оползни и сели. /Под ред. Шеко А.И. Центр международных проектов ГКНТ. М., 1984. - Т. 2. - С.52 - 60.

129. Оползни, устойчивость склонов и откосов котлованов и карьеров. В сб. «Проблемы инженерной геологии». Перевод с английского и немецкого. Изд-во «Мир», М., - 1964.- 474 с.

130. Орлов, А.И. О внедрении современных методов прикладной статистики в практику технических и технико- экономических исследований. / Орлов А.И. Современная прикладная статистика. Журнал «Заводская лаборатория». - 1998. - Т.64. - № 3. - С. 52- 60.

131. Орлов, А.И. Распространенная ошибка при использовании критерия Колмогорова и Омега квадрат . / А.И Орлов. Заводская лаборатория - 1985. - №1 - С. 60 - 62.

132. Орлов, А.И. Непараметрическое точечное и интервальное оценивание характеристик распределения. / А.И. Орлов. Журнал «Заводская лаборатория». - 2004. - Т.70.№5. - С. 65- 70.

133. Орлов, А.И. Современная прикладная статистика / А.И. Орлов. Заводская лаборатория. 1998. №3. с. 52- 60.

134. Осипов, В.И. Природные катастрофы и устойчивое развитие. / В.И Осипов. Геоэкология -1997. № 2, 5. - 18 с.

135. Осипов, В.И. Природные катастрофы на рубеже XXI века. / В.И. Осипов. Геоэкология, № 4, 2001.-е. 293- 308 .

136. Осипов, В.И. Геоэкология междисциплинарная наука о экологических проблемах геосфер. / В.И. Осипов-М.: Геоэкология. Инженерная геология, Гидрогеология, Геокриология. - 1993. № 1, 4 - 18 с.

137. Осипов, В.И. Геоэкология: понятия, задачи, приоритеты. / В.И Осипов. М.: Геоэкология. Инженерная геология, Гидрогеология. Геокриология. - 1993. - № 1, - С. 3 - 11 .

138. Осипов, В.И. Геологическая среда и будущее городов: проблемы и решения. Материалы международного симпозиума «Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий». / В.И. Осипов. Екатеринбург: «АКВА - Пресс», - 2001. - С. 72 - 78 .

139. Отклики на статью Гайдаева, П.А., Костюковой, Н.С. «О применении размаха для отбраковки ошибочных результатов измерений» / Кемниц Ю.В., Борисенков, Б.Г., Кузьмин, Б.С. и др. Геодезия и картография. - 1973. - № 8. - С. 11- 18.

140. Оньков, И.В. Выявление промаха в многомерных наблюдениях. / И.В. Оньков- Геодезия и картография, 1987. - №9. - С.20 - 22.

141. Петров, В.В. Суммы независимых случайных величин. / Петров

142. B.В. М.: Наука, - 1972. - 416 с.

143. Пискунов, М.Е. Методика геодезических наблюдений за деформациями сооружений. / Пискунов М.Е. М.: Недра, - 1980. - 131 с.

144. Подгорная, Т.И. Прогноз изменения сейсмичности освоенных территории в результате техногенных воздействий в Хабаровском крае. / Т.И. Подгорная, И.И. Сац. Тихоокеанская геология. 1998. - Том 17.- №2,- С.79 - 84.

145. Попов, Г.П. Инженерная геология. / Г.П. Попов. М.: Изд- во МГУ,- 1959.- 509 с.

146. Постоев, Г.П. Технология решения задач оценки природных рисков. «Анализ и оценка природных рисков в строительстве». Материалы международной конференции. / Г.П. Постоев. М., - 1997. — С. 83 - 85 .

147. Постоев, Г.П. Изучение режима оползневых процессов. / Г.П. Постоев , А.И. Шеко, В.В. Кюнтцель и др. М.: Недра, - 1982. - 255с.

148. Постоногов, K.JI. Технологические схемы спутниковых наблюдений. / K.J1 Постоногов. Геодезия и картография. 1994. - № 10. -С. 7- 8.

149. Потапов, А. Д. Об освоении подземного пространства городов. Материалы Совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. / А.Д. Потапов. М.: Изд- во ГЕОС, - 2001. -С. 252- 254.

150. Потапов, А.Д. Научно- методические основы геоэкологической безопасности строительства. Автореф. дисс. на соиск. ученой степени доктора технич. наук. / А.Д. Потапов. М.: Изд- во МГАСУ, - 48 с.

151. Потапов, А.Д. Инженерная геология (учебник для вузов). / А.Д. Потапов, В.П. Ананьев. М.: Высшая школа, 2000. - 320 с.

152. Планеты и спутники. / Под ред. В.И. Мороза. М.: ИЛ, - 1963. -520с.

153. Плотников, Б.В. Геоморфология и геология четвертичных отложений района г. Томска. / Б.В. Плотников. Изв. ТПИ, 1965. - т. 127. -С. 33-44.

154. Грин, A.M. Принципы и методы геосистемного мониторинга. / A.M. Грин, Н.Н. Клюев, В.Д. Утехин и др. М.: Наука, - 1989. -168с.

155. Природные опасности России. Геокриологические опасности. Тематический том./ Под ред. J1.C. Гарагуля, Э.Д. Ершова. М.: Издательская фирма «Крук», - 2000. - 316 с.

156. Пустыльник, Е.И. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. / Е.И Пустыльник. -М.: Наука, 1968.- 288 с.

157. Рагозин, A.JI. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных природных процессов. Промышленное и гражданское строительство. /А.Л. Рагозин. -1992. № 12. - С.6 - 7 .

158. Рагозин, А.Л. Теория и практика оценки геологических рисков. Автореферат дисс. на соиск. ученой степ. док. геол.- мин. наук. / А.Л Рагозин,- М: 1997.- 60с.

159. Ревзон, А.Л Картографирование состояний геотехнических систем. / А.Л Ревзон— М.: Недра, 1992 223 с.

160. Рекомендации по количественной оценке устойчивости оползневых склонов. ПНИИС Госстроя СССР. М., 1984. - 78 с.

161. Р 50.1.037 2002. Рекомендации по стандартизации. Прикладная статистика. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим. Часть II. Непараметрические критерии. - М.: Изд— во стандартов. 2002. - 64 с.

162. Р 50.1.033- 2001. Рекомендации по стандартизации. Прикладная статистика. Правила проверки согласия опытного распределения с теоретическим. Часть I. Критерии типа хи квадрат. - М.: Изд- во стандартов. 2002. - 87 с.

163. РТМ. Методы устранения деформаций городских геодезических сетей, особенности их математической обработки, проектирования и проложения. ГКИНП- 06- 205- 87. — М.: ГУГК СССР, 1987.

164. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений. -М., Стройиздат. 1975. -156 с. Руководство по наблюдениям за деформациями оснований и фундаментов зданий и сооружений.-М.: Стройиздат, 1975 - 142 с (1985.-160с).

165. Андриянов, В. А. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS (ГКИНП(ОНТА)- 01- 271- 03) / В. А. Андриянов, А. В. Бородко, С. В. Еруков и др. — М.: ЦНИИГАиК.- 2003. — 182 с.

166. Руководство по созданию и реконструкции городских геодезических сетей с использованием спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS. ГКИНП (ОНТА)- 01- 271- 03. текст. -М.:, ЦНИИГАиК, 2003.

167. Рутовская, Н.В. Климатическая характеристика сезонов года г. Томска. / Н.В. Рутовская. Томск. Изд- во ТГУ, 1979. - 121 с.

168. Рященко, Т.Г. Проблемы и принципы регионального грунтоведения. Материалы годичной сессии Научного Совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. / Т.Г. Рященко. М.: ГЕОС, 2002. - С. 44- 52.

169. Сборник научных программ на ФОРТРАНЕ: Руководство для программиста. М.: Статистика, 1974., вып.1.- 316 с.

170. Сергеев, Е.М. Грунтоведение. Издание третье переработанное и дополненное. / Е.М. Сергеев, Т.А. Голодковская, Р.С. Зиангиров, В.И. Осипов, В.Т. Трофимов М.: Изд- во МГУ. - 594 с.

171. Сенков , A.M. Метод последовательных построений при расчете устойчивости земляных откосов карьеров. Исследования по вопросам горного и маркшейдерского дела. / A.M. Сенков. М.: Углетехиздат,- 1957.

172. Сигалов, В.М. Обоснование критериев качества измерений. / В.М. Сигалов. Геодезия и картография, - 1980. № 12, - С.13- 18.

173. Система геодезических параметров земли «Параметры земли 1990 года» (ПЗ- 90). Справочный документ. / В.Ф Галазин, Б.Л. Каплан, М.Г. Лебедев и др. М., 1998. - 37 с.

174. Скейвалас, И.М. Оценка точности параметров изделий при учете ошибок измерений. / И.М. Скейвалас. Изв. Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, - 1986. - №2.- С.35-3.

175. Смирнов, Н. В. Теория вероятностей и математическая статистика в приложении к геодезии. / Н. В Смирнов, Д. А. Белугин. М.: Недра, 1969.- 382 с.

176. СНиП 11- 02- 96. Инженерные изыскания для строительства. Основные положения. М., - 1997.- 40 с.

177. СНиП 2 01.15- 90. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования. М., - 1991. - 32 с.

178. СН 519- 79. Инструкция по проектированию и строительству противооползневых и противообвальных сооружений. М., - 1981.

179. СНиП 22- 01- 95. Геофизика опасных природных воздействий. -М.,- 1996.

180. СНиП 2.06.15- 85. Инженерная защита от затопления и подтопления. М., - 1988.- 19 с.

181. Соболь, И.М. Метод Монте- Карло. / И.М. Соболь. М.: Наука,1978.- 64 с.

182. Соловьев, Ю.А. Системы спутниковой навигации. / Ю.А. Соловьев. М.: Эко- трендз, 2000

183. Соколовский, В.В. Плоское предельное равновесие горных пород. / Соколовский В.В. Изв. АН СССР, отд. техн. наук. - 1948. № 9. -С. 135.

184. Сорокин А.И., О вероятности средней квадратической погрешности положения точки, геодезия и картография. / А.И. Сорокин, И.А. Сорокин.-1981.- №12.- С. 31-34.

185. Сулакшина, Г.А. Опыт типизации инженерно- геологических условий городских территорий с целью прогноза их изменений при освоении. / Г,А Сулакшина, Н.В. Крепша. М., - 1982.

186. Теоретические основы инженерной геологии. Геологические основы. / Под ред. акад. Сергеева Е.М. М.: Недра, - 1985 - 332 с.

187. Терцаги, К. Теоретическая механика грунтов. Перевод с английского./ К. Терцаги . Госстройиздат. - 1961.

188. Тер Степанян, Г.И. Геодезические методы изучения динамики оползней. Изд. 2-е, перераб. / Г.И. Тер - Степанян. - М.: Недра.1979.- 157с.

189. Тер- Степанян, Г.И. Оползневая терапия. / Г.И. Тер- Степанян. -Геоэкология. Инженерная геология. Геокриология. № 3. - 1993. -С. 82- 93 .

190. Тейлор, Д.В. Основы механики грунтов. Перевод с английского. /Д.В.Тейлор. М., 1960.

191. Техногенная трансформация геологической среды: Материалы

192. Международной научно- практической конференции (Россия, Екатеринбург, УГГГА, 17-19 декабря 2002г.).- Екатеринбург: Издательство УГГГА; - Издательство АМБ, - 2002 - 226 с.

193. Трофимов, В.Т. Геоэкология, экологическая геология инженерная геология соотношение содержания объектов, предметов и задачи./

194. B.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг. Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. - 1996. - № 6.- С. 43 - 45.

195. Трофимов, В.Т. Методы инженерной геологии в исследовании экологических функций литосферы. / В.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг. -Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. -1998.- №4.- С. 96-101 .

196. Трофимов, В.Т. и другие. Теория и методология экологической геологии. / Под. ред В.Т. Трофимова. М.: Изд- во МГУ, 1997. -368 с.

197. Трофимов В.Т. Теоретические вопросы инженерно- геологического районирования. / В.Т Трофимов. В сб. Вестник МГУ, серия 4, геология, 1979. - С. 4-76.

198. Трофимов, В.Т. Экологическая геология и высшее профессиональное эколого- геологическое образование. Материалы годичной сессии Научного Совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии./ В.Т. Трофимов. — М.: ГЕОС, С. 297- 302.

199. Трофимов В.Т., Эколого- геологические карты и их систематика. Материалы годичной сессии Научного Совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии./ В.Т. Трофимов, Д.Г. Зилинг. М.: ГЕОС. - 2001 - С .338- 342.

200. Удодов, П.А. Гидрогеохимические поиски в условиях полузакрытых геологических структур Томь- Яйского междуречья. / П.А. Удодов , В.М. Матусевич, Н.В Григорьев. Томск, изд. ТГУ, - 1965. -198 с.

201. Уралов, С.С. Общая теория методов геодезической астрономии./

202. C.С. Уралов. М.: Недра, - 1973. - 271 с.

203. Усов, М.А. Элементы геоморфологии и геологии рыхлых отложений г. Томска. / М.А. Усов. 1934. - 87с.

204. Федорченко, В.А. О выявлении систематических погрешностей результатов морских гравиметрических определений. / В.А. Федорченко, В.А. Куклев - - С. 221.

205. Федянин М.Р. Обоснование и разработка модели несферической атмосферы для повышения точности астрономо- геодезических измерений. / М.Р.Федянин . Автореферат на соискание ученой степени к.т.н., Новосибирск. 2003- 26 с.

206. Филиппов, М .В. Сравнение GPS и традиционных методов геодезических робот ./ М .В. Филиппов, А. Ю. Янкуш. Геодезия и картография. 1995. - № 9. - С. 15-19.

207. Фисенко Г.Л. Устойчивость бортов карьеров и отвалов./ Г.Л. Фи-сенко. Недра, - 1965. - 378 с.

208. Форсайт, Д. Машинные методы математических вычислений./ Д. Форсайт , М. Малькольм , К. Моулер . М.: Мир, - 1980. - 279 с.

209. Фундаментальные экологические проблемы в разработках Российской академии наук. Справочное руководство. / Сост. А.А. Веденя-пин, И.К. Козлова, Л.В. Шаумян- М.: Наука, Физматлит, 199596 с.

210. Хаимов, З.С. Закон арксинуса в геодезии. / З.С. Хаимов. Геодезия и картография. - 1982. - №7. - С. 15-21.

211. Хан, Г. Статистические модели в инженерных задачах. / Пер. с англ. Под ред. В.В. Налимова, Г. Хан , С. Шапиро . М.: Мир, -1969.- 395 с.

212. Хохлов, Г. П. К вопросу о предрасчете точности измерений. / Г. П Хохлов. Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка- 1981- № 6.- С. 38- 44.

213. Хохлов, Г. П. О доверительных интервалах и установлении допусков в геодезии. / Г. П Хохлов. Геодезия и картография. - 1982. - №4.- С. 13- 17.

214. Хохлов, Г.П. О распределении средних из результатов измерений, отбираемых по допуску. / Г.П. Хохлов. Геодезия и картография. -1987.- №8. С. 5- 10.

215. Хастингс, Н., Справочник по статистическим распределениям. / Н. Хастингс , Дж. Пикок. -М.: Статистика, 1980. - 95 с.

216. Хорн Р., Матричный анализ. / Р. Хорн, Джонсон Ч. М.: Мир. -1989.-655 с.

217. Цымбаревич, П.М. Механика горных пород. / П.М. Цымбаревич. -Углетехиздат, 1948. - 260 с.

218. Чеботарев, А.С. Способ наименьших квадратов с основами теории вероятностей. / А.С. Чеботарев. М.: Изд- во геод. литературы, -1958.- 606с.

219. Четыркин , Е.М. Статистические методы прогнозирования./ Че-тыркин Е.М. М.: Статистика, - 1975. - 181 с.404j

220. Чугаев P.P. О фильтрационных силах. / P.P. Чугаев. Известие ВНИИГ.- 1960. -т.63. - С.115- 141.

221. Шануров, Г.А. Влияние геометрии спутниковых наблюдений на точность определения геодезических высот уровенных постов. / Г.А.Шануров , В.З. Остроумов. Известия Вузов. Геодезия и аэрофотосъемка, - 2004. - № 1. - С. 3- 12.

222. Шепелев, И.Г. Математические методы и модели управления в строительстве. / И.Г. Шепелев . М.: Высшая школа, - 1980. - 213с.

223. Шеко, А.И. Карта экзогенных геологических процессов России (Пояснительная записка). / Шеко А.И., B.C. Крупнодеров , М.М. Максимов и др. М.: ВСЕГИНГЕО, - 2001.-110с.

224. Яковлев, С.В. Исследование ошибок угловых измерений в тоннельных геодезических сетях г. Ленинграда. / С.В. Яковлев. Геодезия и картография - 1991- №5- С. 21-23.

225. Янко Я. Математике- статистические таблицы. / Я. Янко . М.: Госстатиздат, - 1961.

226. Dashko R/ Environmental problems in geotechnics. Reconstruction ofhistorical and Elotecnicai Engineering. Sant Peterburg - Moscow, - 2003. p. 95- 107.

227. Yncovskaya A. Design of optimal mixed diagnostic test with reference to Conference on Evolutioary Computation and its Applications. "EvCA 96". Moscow, Russia, - 1996. - p. 292- 297.

228. Iman R, L., Davenport I. M. New approximations to the exact distribution at the kruskalwallis test statistic. Commun statist., 1976, -A5, -p. 1335—1348.

229. Misra, B.P. Burke and M.M. Pratt/ GPS Performance in Navigation," by P. Misra, B.P. Burke, Proceedings of the IEEE (Special Issue on GPS),

230. Vol. 187, No. 1. January 1999. pp. 65-85.

231. Kac M., Kiefer J., Wolfowitz J. On tests of normality and other tests of goodness of fit based on distance methods . Ann. Math. Stat. 1955 -V.26. -P.189-211.

232. Leick A. GPS satellite surveying. Second edition. John Wiley & Sons, INC.- USA.- 1995.-550 p.

233. Shank Ch., Lavrakas J.W. Inside GPS: The Master Control Station// GPS World. 1994. - September. P. 46- 48.

234. Глушков, В.В. Космическая геодезия. : методы и перспективы развития. /В.В. Глушков, К.К. Насретдинов, А.А. Шаравин. М., Институт политического и военного анализа. - 2002. - 448 с.

Информация о работе

Лазарев, Владимир Михайлович
доктора технических наук
Томск, 2007
ВАК 25.00.36

Диссертация

Геоэкологические проблемы оползнеопасных территорий и их решение с использованием геодезических методов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы