Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка и исследование методики создания блочного программного продукта для анализа результатов наблюдений за высотными смещениями земной поверхности

ВАК РФ 25.00.32, Геодезия

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Хоанг Нгок Лам

Введение

1. Принципы геодезического мониторинга урбанизированных территорий Вьетнама

1.1 Обобщенная технологическая схема геодезического мониторинга урбанизированных территорий.

1.1.1 Определение целей исследования.

1.2 Общая модель развития деформационных процессов на территориях городов и больших промплощадок

1.2.1. Особенности и причины развития деформационных процессов на территории Вьетнама.

1.2.1.1. Краткая географическая справка

1.2.1.2.Особенности развития тектонических явлений на территории Вьетнама

1.2.1.3. Особенности геологического строения района Ханоя

1.2.1.4. Влияние добычи жидких полезных ископаемых на развития вертикальных смещений в урбанизированных районах Вьетнама

1.2.1.5. Взаимосвязь индустриализации Вьетнама и развитие геоэкологической обстановки.

1.2.1.6. Индуцированные суперинтенсивные деформационные процессы на урбанизированных территориях.

1.3 Обзор методов интерпретации 1.4. Вывод

2. Разработка и исследование принципиальной схемы организации геодезического мониторинга для изучения вертикальных смещений на урбанизированных территориях Вьетнама.

2.1 Геодезическая изученность территории Вьетнама

2.2 Анализ применимости существующих сетей

2.3 Особенности построения нивелирных сетей для мониторинга урбанизированных территорий

2.3.1 Региональный уровень

2.3.2 Локальный уровень

2.3.3 Отдельные площади

3. Разработка и исследование фрагментов автоматизированных технологии анализа и интерпретации результатов наблюдений за вертикальными смещениями урбанизированных территорий

3.1 Постановка задач.

3.2 Структура информации, получаемая о деформационных процессах по результатам геодезических и сопутствующих измерений

3.3 Технология оценки формы и динамики развития мульды оседания 3.4Анализ результатов развития процессов вертикальных смещений в районе подземного строительства

3.5 Анализ результатов развития процессов оседания территорий, прилегающих к крупному котловану

3.6 Автоматизация построения пространственно-временных графиков 3.6.1 Разработка решающих правил

3.6.1.1 Построение профиля по критерию максимального градиента

3.6.1.2 Построение профиля по заданным точкам

3.7 Программа обработки результатов деформации

3.7.1 Постановка задач

3.7.2 Технологические характеристики программы

4. Применение программы обработки измерений для анализа деформации здании и сооружений

4.1 Изучение деформации здании района Залама города Ханоя 4.2Изучение деформации здании района МГУ город Москвы. Литературы Приложение

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка и исследование методики создания блочного программного продукта для анализа результатов наблюдений за высотными смещениями земной поверхности"

Вьетнам относится к развивающимся странам, причем темпы его развития весьма высокие. За период от 1996 г. до 2000 г. промышленность Вьетнама имела прирост примерно 13,5% в год[34]. В этот период в крупных городах, строились новые промышленные и гражданские сооружения. Для обеспечения промышленности и сельского хозяйства по всей территории страны были построены крупные гидросооружения, такие как гидроэлектростанция «Хоабинь», «Чиан», «Яли». Промышленность добычи полезных ископаемых переходит на новый этап. Объем добычи нефти взрос до 19 мл. т. в год.

В мае 2001 съезд IX Компартии Вьетнама принял программу развитии экономики периода 2001-2005 года. Одно из самых важных задач в стратегии развитии экономики периода 2001-2005 является индустриализация, которое обеспечит сохранение темпа развития промышленности страны, равной 13% в год[35]. Безусловно, Вьетнам быстро превращается в индустриально развитую страну, но у этого процесса есть и отрицательная сторона. История развития многих стран показывает, что интенсивное развитие сопряжено с большим экологическим риском. Природная среда небольшого Вьетнама весьма уязвима.

С развитием индустриализации во Вьетнаме, проблема экологии изменяется в худшем направлении. Одна из важнейших проблем окружающих сред является геоэкология. На территории добычи полезных ископаемых, развиваются негативные процессы, часто встречаются карст и оползи. В связи возведения мостов и гидросооружений, оползни появляются на берегах больших рек: Хонг, Мекон, Да, Хыонг.

Для обеспечения развития промышленности, государство планировало и строило многие свободные экспортные промышленные зоны, которые расположены по всей территории страны. К 2005 году в процессе индустриализации на территории Вьетнама возникнут городские агломерации, которые, к сожалению, усилят негативные воздействиям на окружающую среду. К таким негативным для геологические среды процессам необходимо отнести водопониже5 ние, нагрузку от промышленных и гражданских сооружении, подземное строительство, горные выработки и экологические происшествия, такие как сброс на поверхность или в подземные негерметические полости горячей воды, утечки из систем водоснабжения, аварии канализационных сетей различного назначения, разлив нефти и нефтепродуктов. Эти явления выводят геологическую среду из состояния равновесия и могут явиться причиной деформации земной поверхности, вызывающей опасность для сооружений.

Одним из самых развитых городов во Вьетнаме является его столица -г. Ханой. Геоэкология стала важной проблемой города. По результатам повторного нивелирования 1985г, территория города Ханоя снижается со скоростью 3 мм в год [42].

С 1982 по 1997 в Ханое, примерно 50 сооружений пришлось ремонтировать из-за их деформаций, в настоящее время производят наблюдение за деформациями около 200 сооружений [43]. По прогнозам за период от 1998 до 2000 г, осадка земной поверхности на некоторых площадках территории Ханоя достигает до 37 мм из-за понижения уровня грунтовой воды[39].

Перечисленные факты и угроза осложнения геоэкологической обстановки во Вьетнаме вообще и в Ханое в частности, делают актуальными исследования и научно-технические разработки посвященные защите от проявления негативных явлений и ослабления степени влияния их последствий. Именно фрагменту этой проблемы и посвящена настоящая диссертация. В частности необходимо изучать особенности развития деформационных процессов на каждой конкретной территории, нуждающейся в защите. В диссертации основным объектом является территории Ханоя, на примере которой и рассматриваются некоторые общие и частные задачи общей проблемы. В данной работе рассмотрены только отдельные аспекты, внимание сосредоточено на высотных измерениях. Считаем, что они должны представлять многоуровенные геодезические построения регионального, локального уровней и уровня отдельных площадок для деформационного исследований ограниченных участков, подверженных наиболее 6 интенсивным процессам вертикальных смещений. Для определения места исследований, описанных в данной диссертации, представляется целесообразным кратко обсудить проблему с наиболее общих позиций.

Деформационные геодезические исследования является специфическим видом инженерно-геодезических работ. Они отличаются повышенной плотностью размещения геодезических марок , повышенной частотой повторных измерений. Требования к точности измерения также повышенные, поэтому требуется использование специальных методик измерений. Особой отличенной чертой этого вида геодезических работ является интерпретация их результатов. Если в геодезии, в общем случае, продуктом работы является каталог, то при изучении деформации нужно получить в той или иной степени суждение о фактической форме объекта и динамике её изменения.

Интерпретация результатов деформационных геодезических измерений позволяет предположить развитие ситуации, и принимать инженерное решение. Это задача интерпретации. Можно говорить о двух видах решения задачи интерпретации. Возможна физическая интерпретация фактов, полученных в процессе деформационных исследований. При этом конечным результатом должно явиться суждение о физических причинах и механизмах протекания изучаемых процессов. Частным случаем интерпретации результатов наблюдений за деформациями, как бы предварительной процедурой, является геодезическая интерпретация, в процессе которой строятся суждений о дислокации активных участков и динамике развития процессов. На основании этих суждений можно более целенаправленно подходить к решению проблем физической интерпретации. В данной диссертации рассматриваются только задачи геодезической интерпретации результатов измерений.

В геодезической литературе вопросам интерпретации уделено, по нашему мнению, не заслужено мало внимания. Этому факту имеются объективные и субъективны причины. В диссертации приведены сведения о наиболее полных описаниях различных направлений в решении этой задачи. При этом нами вы7 бран путь применение ГИС-технологий интерпретации результатов повторных высотных измерений на инженерных объектах, таких как территории городов и крупных промплощадок.

Само по себе представление геодезической информации в виду функции местоположения деформационных марок и соответствующих им деформационных характеристик, является некоторой формой интерпретации. Однако, встают научные и инженерные проблемы, связанные с дальнейшей обработкой как аналитического, так и графоаналитического плана. В процессе такой интерпретации, на первых шагах, часто возникает задача построения изолиний различных характеристик.

При использовании ГИС - технологии приходится рассматривать графические документы, отражающие распределение некоторых деформационных характеристик по площади объекту. И на основании анализа этих графических документов принимать решения по применению того или иного следующего шага. Во всем мире, в том числе во Вьетнаме и в России существуют многие пакеты графического редактирования и интерполирования изолинии, например: Credo- Dialog, МТА of Intergraph, Surfer, SDR и программы обработки базы данных: Microsoft Access, Microsoft Excels, FoxPro, SQL, Oracle и т.п. Однако наличие множества программных продуктов не решает задач, связанных с интерпретацией результатов наблюдений за деформациями. Все программные продукты предназначены для решенбия иных задач, их приходится использовать, по сути дела, не по прямому назначению. Можно утверждать, что по состоянию на сегодняшний момент отсутствует единая программа, обеспечивающая обработку деформационных характеристик и их графическое изображение. Мало того, можно утверждать, что создать такую единую, универсальную программу, невозможно.

В диссертации предложен новый подход к решению этой проблемы. Предлагается использовать блочную тактику создания программных продуктов, направленных на решение конкретных задач в каждом конкретном случае. Это 8 как бы технологический аналог известной в программировании «тактике подпрограмм». Решение конкретной задачи для данного объекта по предлагаемой технологии представляется в виде некоторых блоков. Большая часть этих блоков - фрагменты известных пакетов, часть которых перечислена выше, другая часть - специализированные программные блоки решающие специфические технологические подзадачи. Весь алгоритм решения состоит из перечисленных блоков соединенных в единое целое переходными вставками. Создаются или подбираются отдельные блоки, а затем для решения конкретной задачи эти блоки объединяются в единые системы. При этом необходимо отметить, что двух одинаковых задач не существует и, следовательно, для каждого объекта необходимо создавать свою технологическую цепочку. Это основная разработка, выносимая на защиту.

Для реализации описанного предложения необходимо, чтобы полевая информация была достаточной, качественной и надежной. В этой связи, в диссертации рассмотрены общие проблемы получения и преобразования полевой информации и требования, предъявляемые к этой информации на различных этапах ее использования. Это вспомогательная разработка, выносимая на защиту.

Основными задачами, которые решаются в данной диссертации, являются:

1. -Технология оценки формы и динамики развития мульды оседания.

2. -Автоматизированные методы выбора профилей для построения пространственно-временных диаграмм.

3. -Разработка программного обеспечения для обработки деформационных характеристик и их графического построения.

Для решения основных задач диссертации возникла необходимость в рассмотрений вопросов не менее важных, но вспомогательных в данном случае: 9

4. Изучение природных условий Вьетнама, действующих на процесс техногенных и природных деформации земной поверхности на территории городов и промышленных зон Вьетнама.

5. Изучение геодезических сетей во Вьетнаме и их анализ применимости для наблюдения деформации земной поверхности.

6. Разработка принципов построения нивелирной сети для наблюдений деформации земной поверхности на территории городов и промышленных зон города Ханоя.

Автор надеется, что результаты исследований, выполненных в процессе подготовки диссертации, окажутся востребованными и полезными при решении задачи организации геодезического мониторинга территорий Вьетнама, на которых бурно идет процесс урбанизации.

10

Заключение Диссертация по теме "Геодезия", Хоанг Нгок Лам

1.4 Вывод

- В данной главе представлена общая схема исследований деформации природных и инженерных объектов, основные этапы которой являются: определение целей исследовании, построение модели, измерение и обработка, анализ данных и интерпретация результатов, сравнение с идеальной модели.

- В данной главе представлено физико-климатическое условие Вьетнама. Показано, что большая часть Вьетнама расположена в горных и холмистых районах. Вьетнам имеется высокую влажность и температуру. Эти условия влияют на точность высокоточных геодезических измерений. Поэтому, необходимо учитывать их при выполнении геодезических задач.

- Территория Вьетнама характеризуется густой сетью разломов. Ханойская впадина движется по юго-восточному направлению под давлением Евроазиатского мега блока, и неравномерно опускается.

- С индустриализацией во Вьетнаме геоэкология изменяется в худшее направление. В городе Ханоя, многие сооружений ремонтировали из-за деформаций, и сотни сооружений под наблюдением деформаций. С увеличением объема добычи подземных вод, земная поверхность города Ханой опускается с максимальной скоростью 22мм/год.

- Построения модели исследований площадных деформации является актуальной проблемой для городских и промышленных территорий. Применение традиционных методов анализа тоже осложнено и громоздко, та как количество марок на исследуемых объектах очень большое.

51

2. Разработка и исследование принципиальной схемы организации геодезического мониторинга для изучения вертикальных смещений на урбанизированных территориях Вьетнама

В первой главе было показано, что территория Вьетнама подвержена различным геодинамическим явлениям. В том числе существенный вклад в этот процесс вносят вертикальные смещения. На урбанизированных территориях геодинамические процессы активизируются по причине техногенных воздействий и могут достичь интенсивности, делающих их опасными для дальнейшего развития инженерных структур и для населения этих территорий.

Опыт обработки результатов повторных высотных измерений, который более подробно будет описан в четвертой главе настоящей диссертации, показал, что для успешного применения автоматизированных технологий анализа и интерпретации результатов необходимо организовывать геодезический мониторинг исследуемых территорий. Этот опыт сделал необходимым написание настоящей главы.

Данная глава диссертации посвящена исследования, целью которых является разработка принципов организации геодезического мониторинга участков урбанизированных территорий, подверженных вертикальным смещениям. Полевая часть геодезического мониторинга вертикальных смещений должна обеспечить вторую часть, посвященную анализу и интерпретации результатов полевых натурных измерений достаточной и качественной информацией. Под этим, в первую очередь понимается информационная достаточность, гарантирующая разрешающую способность технологии в целом по следующим параметрам:

1. По точности - необходимо обеспечить уверенную фильтрацию полезной информации (полезного сигнала) на фоне шумов (всевозможных ошибок измерений).

2. По пространственной плотности - необходимо таким образом разместить деформационные марки, чтобы любое изучаемое явление было охаракте

52 ризовано достаточным, для оценки зоны поражения, числом экспериментальных точек

3. По цикличности - периодичность наблюдений должна быть достаточной для оценки всех необходимых нюансов развития исследуемых процессов во времени.

Все этим три требования не являются какой-либо новостью, но каждый раз встает проблема как их обеспечить. Геодезический мониторинг урбанизированных территорий является весьма дорогостоящим мероприятием. Естественно желание свести издержки к минимуму, поэтому, почти во всех случая, первым этапом развертывания наблюдений является попытка использовать существующие геодезические сети или провести их реконструкцию для решения новых задач. Вьетнам не является исключением из этого правила. Поэтому первые разделы данной главы посвящены анализу возможности использования государственных геодезических сетей Вьетнама для решения геодинамических задач на урбанизированных территориях. Забегая вперед, отметим, что эти возможности весьма ограничены. Поэтому возникает необходимость создания специальных геодезических построений, которые должны проектироваться . Технология проектирования специальных геодезических сетей лежит за рамками данной диссертации. Однако отметим, что необходимо изменить и сам принцип построения сети. Этот аспект проблемы рассмотрен в настоящей диссертации во второй половине данной главы.

53

2.1 Геодезическая изученность территории Вьетнама

В 1959 году начинали построение государственной геодезической опорной сети во Вьетнаме.

Первый этап: от 1959 до 1963 ГУГК Вьетнама завершило измерение сети триангуляции I и II классов на территорий Северного Вьетнама. В этой сети имеются 339 пунктов I класса и 696 пунктов II класса, 13 выходных сторон, 28 пунктов Лапласа.

Средняя длина сторон триангуляции I класса -25 км. Максимальная длина -42 км. Минимальная длина - 9 км.

Средняя длина сторон триангуляции II класса -14 км. Максимальная длина -27 км. Минимальная длина - 5 км.

Горизонтальные и вертикальные углы измерены теодолитами ТТ 2 /6 и Wild-ТЗ. Стороны измерены светодальномерами NASM-2A и инварными лентами. Для астрономических измерений применялись теодолиты АУ2/10.

В 1983 с помощью Советских специалистов ГУГК Вьетнама начинал построить сеть триангуляции II класса на центральном районе Вьетнама. Средняя длина сторон триангуляции II класса - 10-15 км. Горизонтальные и вертикальные углы измерены теодолитами ОТ-02 и Wild-ТЗ. Стороны измерены светодальномерами AGA-600. 236 точек триангуляции II класса определены к настоящему времени.

С 1988 г. до 1990 г. построена сеть полигонометрии. II класса на юге Вьетнама. В этой сети имеются 175 пунктов полигонометрии II класса. Стороны измерены светодальномерами AGA-600. Горизонтальные и вертикальные углы измерены теодолитами DKM3 и Wild-ТЗ.

Для проверки качества и повышения точности сети I, II классов, в 1995 построена сеть класса «О» с применением технологии GPS. Выбрано 68 пунктов I, II классов для измерений GPS. Средняя длина стороны между ближайшими точками равна 70 км. Сеть измерена GPS 4000 SST. Время получения сигнала

54

7 часов на каждом пункте. Относительная ошибка стороны - 1/583 ООО. Техни ческие характеристики сети приведены в табл.2.1.

Заключение

В заключении необходимо отметить основные результаты проделанной работы, которые и являются предметом защиты:

1. Разработана технология оценки формы и динамики развития мульды оседания.

2. Разработана автоматизированная методика выбор профилей по критерию «максимального градиента» и по заданным точкам на деформационной площадке.

3. Разработана программа обработки деформационных характеристик и их графического построения. Программа дает возможность вычисления деформационных характеристик по данным каталога абсолютных осадок и их графического изображения, автоматизированного выбора профилей и построения пространственно-временных диаграмм по этим профилям.

4. Разработан проект нивелирной сети для наблюдений деформации земной поверхности на территории города Ханоя на основании изучения природных условии Вьетнама и существующих геодезических сетей Вьетнама.

Автор диссертации надеется, что ее результаты будут востребованы во Вьетнаме.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Хоанг Нгок Лам, Москва

1. Ву динь Чинь. Строение неоген-четвертичного ханойского прогиба и история его развития. Автореферат диссертации на соискание к.т.н. Москва 1978

2. Вьетнам, географические сведения. Ханой 1974.

3. Гуляев Ю.П. Прогнозирование деформации инженерных сооружений на основе результатов геодезических измерений. Диссертация на соискание д.т.н. 1985.

4. Даниэль Мендоса Араиса. Разработка методики обработки результатов наблюдений осадок земной поверхности г. Мексико. Диссертация на соискание к.т.н -1980

5. Дао Суан Лок. Изучение современных движений земной коры геодинамическими методами на территории Вьетнама. Диссертация на соискание к.т.н. Москва 1987

6. Зайцев А.К, Мафенко С.В, Михелев Д.Ш Геодезические методы исследований сооружений. Недра 1991.

7. Иванников А.Д., Кулагин В.П., Тихонов А.Н., В.Я Цветков. Геоинформатика. Москва 2001