Реферат Анализ применения современных автоматических систем геодезического назначения для контроля пространственного положения объектов

Скачать 327.85 Kb.

Название	Реферат Анализ применения современных автоматических систем геодезического назначения для контроля пространственного положения объектов
страница	1/4
Дата публикации	24.10.2014
Размер	327.85 Kb.
Тип	Реферат

100-bal.ru > Информатика > Реферат

1 2 3 4

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирская Государственная Геодезическая Академия»

(ФГБОУ ВПО «СГГА»)
Кафедра инженерной геодезии и информационных систем
Дисциплина «Современные автоматизированные геодезические комплексы»

Реферат

Анализ применения современных автоматических систем геодезического назначения для контроля пространственного положения объектов

Выполнил: ст. гр. МГ-51 Проверил: доц. Скрипников В.А.

Логиновский А.Ю.

2012
Содержание

Введение 3

1. Общие сведения о системах автоматического управления 4

2. Применение гидростатического и гидродинамического

нивелирования для определения осадок 7

3. Мониторинг деформаций мостовых переходов 16

(на примере моста через бухту Золотой Рог)

Заключение 34

Список использованных источников 36

Введение
В настоящее время создано и создается большое количество уникальных объектов : ускорители, высотное сооружения, конвейерные линии, плотины. При возведении этих объектов и их эксплуатации требуются высокоточные геодезические измерения. Причём, часто невозможно выполнить или очень затруднительно, измерения по существующим методикам, с применением классических геодезических приборов. Повышение точности и производительности невозможно получить без внедрения автоматических или автоматизированных систем.

Одним из направлений применения автоматических систем является их использование при мониторинге деформационного состояния высотных сооружений, в частности высоких зданий и уникальных мостовых переходов. В основе современных высокоточных автоматизированных систем геодезического назначения лежит комплексное применение автоматизированных электронных тахеометров, спутниковых геодезических приёмников, различных датчиков и средств визуализация данных о состоянии конструкций сооружений с возможностью интеграции в географические информационные системы (ГИС,GIS), с различными формами отчетов о вешних воздействующих силах (условиях). Данные системы позволяют выполнять проведение измерений в режиме реального времени; обеспечивают сбор, передачу и маршрутизацию данных в непрерывных и дискретных режимах; анализируют данные с использованием накопленных баз данных; включают интеллектуальную систему принятия решения (СППР), которая предлагает выполнение ряда действий (операций), основанных на сценариях возможного развития событий.

Все подсистемы хранения, передачи и отображения данных позволяют предоставить доступ к ним значительному числу пользователей.

1. Общие сведения о системах автоматического управления
Под автоматизацией производства в широком смысле понимается процесс, при котором функции измерения передаются приборам и автоматическим устройствам.

Автоматизация производства не означает безусловное, полное вытеснение человека автоматами, но направленность его действий, характер его взаимоотношения с машинами изменяются, труд приобретает новую качественную окраску, становится более сложным и содержательным. Центр тяжести в его трудовой деятельности перемещается на техническое обслуживание автоматов и на аналитически-распорядительную деятельность.

В настоящее время существует чрезмерно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В них сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические, электрические и другие устройства, составляющие в общем сложный комплекс к действующих друг с другом звеньев. Современное развитие науки и техники вызвало необходимость создания цельных инженерных сооружений: ускорителей элементарных частиц, точных направляющих путей конвейерных линий большой протяженности высотных сооружений башенного типа, мощных гидротехнических и др. сооружение и эксплуатация таких промышленных объектов потребовали создания новой методики высокоточных инженерно-геодезических измерений. Выполнение комплекса подобных измерений на уникальных объектах сопряжено со значительными трудностями, т. к. по условиям работы выполнять монтажные, юстировочные и измерительные операции небольшие промежутки времени. Это обстоятельство требует высокой точности измерений. Кроме того, часто на уникальных инженерных них не представляется возможным выполнять необходимый комплекс Кроме того, часто на уникальных инженерных сооружениях не представляется возможным выполнять необходимый комплекс измерений общепринятыми методами по причине повышенной опасности для людей. Здесь в первую очередь следует отметить такие факторы, как радиоактивность, высокие температуры, сильные магнитные и электрические поля.

Повышение точности и производительности невозможно получить без внедрения автоматических или автоматизированных систем. Внедрение элементов автоматизации систем позволяет:

повысить точность измерения;
повысить производительность труда;
выполнить измерения дистанционно;
снизить себестоимость работ.

Если систему автоматического управления разделить на части — звенья, а каждое звено системы, описываемое линейным дифференциальным уравнением, рассматривать не с точки зрения его физических свойств и выполняемых функций, а с точки зрения того, как то или иное звено реагирует на поданное на его вход воздействие, то в этом случае подавляющее большинство элементов, имеющих различную природу и выполняющих различные функции в самых разных автоматических системах, может быть сведено к небольшому числу эквивалентных звеньев, описываемых простыми дифференциальными уравнениями. Совокупность таких звеньев с линиями связи между ними, характеризующими их взаимодействие, образует структурную схему системы управления.

Применение метода эквивалентных звеньев значительно упрощает методику исследования систем, дает возможность обобщенного теоретического рассмотрения и сравнения свойств различных систем.

При замене элементов САУ эквивалентными звеньями возникает возможность упрощенного изображения схемы системы автоматического управления; в этом случае на схеме вычерчиваются только условные обозначения звеньев, заменяющих отдельные участки схем.

Структурные схемы при наличии данных о параметрах элементов полностью характеризуют поведение САУ в переходном режиме.

Структурная схема САУ отражает процесс передачи и обработки информации в замкнутом контуре системы автоматического управления и математически описывает динамические свойства системы. Весьма важным преимуществом структурных схем является их физическая наглядность,- дающая более ясное представление о процессах, происходящих в исследуемой системе.

Эквивалентные звенья изображаются в виде прямоугольников, в которых отмечаются функции, характеризующие данные звенья, или проставляется знак, определяющий направление действия звена.

Для повышения качества работы автоматические системы часто снабжаются одной или несколькими дополнительными параллельными связями, что превращает их в многоконтурные. В зависимости от назначения характеристики действия и способа включения связи разделяют на:

а) главные и дополнительные;

б) прямые и обратные;

в) положительные и отрицательные;

г) жесткие и гибкие;

д) простые и перекрещивающиеся;

е) внешние и внутренние.

Главной называется связь, обеспечивающая замыкание цепи основного контура системы автоматического управления.

Дополнительные связи представляют собой параллельные контуры, охватывающие часть звеньев основного контура.

Если сигнал, идущий по дополнительной параллельной связи, суммируется [основным сигналом на выходе группы звеньев основного контура, то связь называется прямой.

Если сигнал, идущий по дополнительной параллельной связи, подается с выхода на вход группы звеньев основного контура, охваченных дополнительной связью, то связь называется обратной.

Если сигнал связи суммируется с основным сигналом, связь называется положительной; если вычитается — отрицательной.

2. Применение гидростатического и гидродинамического нивелирования для определения осадок

При строительстве крупных гидротехнических сооружений, где возникают различные помехи для измерений, загроможденность галерей и проходов плотины строительным материалом; при наблюдении за деформациями основания высоких труб, антенных устройств, телевизионных башен, где требуется более высокая точность, чем точность геометрического нивелирования, может применяться гидростатическое нивелирование.

Определение превышений между пунктами основано на использовании законов гидростатики. В гидростатических нивелирах сосуды с жидкостью соединены между собой шлангами. Измерения уровня жидкости в сообщающихся сосудах выполняются одновременно после наступления гидростатического равновесия .

В настоящее время по теории и практике гидростатического нивелирования опубликовано достаточно большое количество работ.

Как и любому другому методу измерения превышений, этому методу присущи инструментальные ошибки и ошибки, обусловленные влиянием внешних условий.

К инструментальным ошибкам относятся:

а) ошибка, вызванная неточной установкой гидростатических приборов на фиксированные базовые поверхности нивелируемых точек;

б) ошибка, вызванная наклоном головки гидростатического прибора;

в) ошибка, вызванная работой измерительного устройства;

г) ошибка, полученная за счет капиллярных сил и смачивания;

д) ошибка, вызванная температурными деформациями отдельных узлов головки гидростатического нивелира;

К ошибкам, обусловленным влиянием внешних условий, относятся ошибки вызванные:

а) влиянием температуры на жидкость;

б) изменением атмосферного давления;

в) гидродинамическим характером;

г) влиянием вибрации;

д) влиянием электростатического поля;

е) неучетом кривизны поверхности относимости;

ж) влиянием приливообразующих сил;

и) локальным распределением пузырьков воздуха в сосудах и соединениях;

к) испарением жидкости в сосудах;

л) загрязнением жидкости в системе.

Ошибка установки переносных гидростатических приборов на фиксированные базовые поверхности нивелируемых точек не превышает 10 мкм. В стационарно установленной системе и относительном характере измерений эта ошибка исключается.

Ошибка за наклон головки гидростатического прибора при величине эксцентриситета 3 мм и угле наклона 8' составляет 0,008 мм. Для уменьшения этой ошибки гидростатические приборы следует снабжать круглыми уровнями, посадочную плоскость располагать на продолжении оси измерительного штока.

Ошибка работы измерительного устройства зависит от принципа работы, конструкции и диапазона измерений. При использовании микрометренных винтов для фиксации уровня жидкости ошибки могут достигать до 0,04 мм. При дистанционном съеме информации ошибка составляет 0,01 – 0,02 мм. Для повышения точности измерений автоматизированные системы рекомендуется применять при измерении небольших вертикальных перемещений.

Ошибка за счет капиллярных сил и смачивания появляется при использовании в конструкции гидростатических приборов капиллярных трубок. Для исключения этой ошибки, которая может достигать 0,001 мм и более, необходимо применять калиброванные сосуды. При перемене мест сосудов эта ошибка исключается.

Ошибка за температурные деформации отдельных узлов головки гидростатического нивелирования может достигать 0,006 мм и более, в зависимости от типа материала, из которого изготовлены отдельные узлы измерительных головок. Для уменьшения влияния этой ошибки необходимо уменьшать габариты измерительных головок и изготавливать их узлы из материалов с близкими коэффициентами линейного расширения.

По исследованиям, при применении гидростатических систем с большим количеством измерительных головок незначительные утечки жидкости оказывают заметное влияние на точность измерения. Поэтому при измерениях утечка жидкости должна быть полностью исключена герметизацией приборов.

Из всех ошибок, обусловленных влиянием внешних условий, наиболее значимой является ошибка, вызванная влиянием изменения температуры жидкости. Для уменьшения влияния этой ошибки применяют термостатирование приборов, что не всегда возможно. В таких случаях вводят поправку за температурное влияние, измеряя температуру в приборах. Для уменьшения влияния температуры предложен двойной гидростатический нивелир. В приборе используются две жидкости, которые имеют разные коэффициенты температурного расширения. Однако, для получения точных измерений температуру жидкости в системе необходимо определять с точностью не ниже 1°С, что не всегда возможно. Для уменьшения влияния температуры рекомендуется шланговые соединения укладывать горизонтально, что обеспечивает минимально необходимый уровень жидкости в измерительных головках. Периодические измерения превышений производить при максимально одинаковых температурных условиях.

Одним из недостатков метода гидростатического нивелирования заключается в сложности изготовления измерительных головок. Этот недостаток устранен в методе гидродинамического нивелирования, в котором измерения превышений выполняются в процессе непрерывного изменения уровня жидкости в сообщающихся сосудах. Этот метод полностью автоматизирует измерения более простым и экономичным путем, чем при использовании метода гидростатического нивелирования, тогда, когда требуется точность определения превышений (0,2 – 1,0) мм. Система гидродинамического нивелирования состоит из общего измерительного сосуда, соединенного шлангами с контрольными сосудами, которые устанавливаются на наблюдаемых точках. Площадь сечения общего измерительного сосуда во много раз больше площадей сечения контрольных сосудов. В процессе измерения превышения производится непрерывный равномерный подъем уровня жидкости в измерительном сосуде с некоторого момента времени. При подъеме уровня жидкости колебания уровня жидкости в сосудах затухают достаточно быстро и создается постоянная разность высот. В определенный момент времени происходит касание штока уровнем жидкости в одном из сосудов.

В другом способе гидродинамического нивелирования, разработанного авторами , жидкость в процессе измерений перераспределяется только между смежными отсеками сосудов. В этом способе гидронивелир состоит из двух одинаковых сосудов, один из которых устанавливается на репере, другой – на контролируемой точке. В каждом сосуде имеется перегородка, разделяющая внутренний объем жидкости на вспомогательный и измерительный отсеки. Перетекание жидкости происходит через зазор в донной части сосуда. Измерительные отсеки сосудов, свободные от жидкости, соединены воздушными шлангами с камерой давления. В них поддерживается одинаковое и постоянное давление. При измерении превышения с увеличением давления уровень жидкости в измерительных отсеках сосудов поднимается и в момент смачивания штока жидкостью фиксируется датчиками уровня.

Для повышения точности измерений предлагает способ гидродинамического нивелирования с запиранием жидкости в контролируемых головках. В систему входит дополнительный сосуд, необходимый для выравнивания уровня жидкости в системе перед началом измерений. Измерения выполняются после выравнивания жидкости во всех измерительных головках. Затем платформа, на которой установлены измерительные головки и дополнительный сосуд, поднимается с помощью электродвигателя до тех пор, пока жидкость не заполнит все контролируемые головки и не произойдет запирание жидкости. В измерительных головках, после запирания жидкости в контролируемых головках, поверхность жидкости остается свободной, и по ней выполняются измерения. Уровень жидкости регистрируется датчиками ПЗС (прибор с зарядной связью). Для упрощения конструкции автором предлагается радиальная гидродинамическая система. В этой системе одна измерительная головка соединяется шлангами с несколькими контролируемыми головками.

В Ереванском политехническом институте выпускается система гидродинамического нивелирования СГДН-10Д и ее модернизированный вариант СГДН-10ДМ . Диапазон измеряемых превышений этими системами составляет 100 мм и 300 мм соответственно. Средняя квадратическая ошибка измерения превышения находится в диапазоне от 0,05 до 0,5 мм. В систему входят десять контролируемых сосудов, один измерительный сосуд и блок управления. Для подъема измерительного сосуда используется подъемное устройство с электродвигателем. Перемещения измерительного сосуда регистрируется кодирующим диском. При касании уровня жидкости электродом контролируемого сосуда вырабатывается сигнал остановки счета и происходит закрывание клапана измерительного сосуда.

Для сокращения длительности цикла измерений предлагается использовать двухступенчатый бак или в работах ввести поршневую систему в конструкцию поршневого бака.

Рассмотрим современный автоматизированный высокоточный гидростатический нивелир ASW101NДанная измерительная система позволяет автоматически производить точные измерения, отслеживая процессы оседания и подъема оборудования, турбин, фундаментов и зданий в экстремальных условиях окружающей среды (высокие температуры, сильные вибрации и удары, мощные электромагнитные поля). Она используется в качестве стационарной системы с измерительными датчиками в количестве от 2 до 30, с точностью отсчитывания до 0,01 мм.

Работа измерительных систем основана на идее стационарного гидростатического нивелира. Измерения позволяют контролировать вертикальные перемещения датчиков относительно горизонтальной опорной плоскости. Таким образом, становится возможным непрерывный автоматический мониторинг промышленных и исторических зданий, мостов, трибун, насосов и аналогичных объектов.

Автоматический высокоточный гидростатический нивелир ASW 101 N специально разработан для экстремальных условий окружающей среды. ASW 101 N гарантирует постоянное получение надежных результатов при автоматическом мониторинге вертикальных смещений объекта в самых экстремальных условиях окружающей среды. В частности, рефракция, турбулентность воздуха и разница температур не могут быть исключены при других геодезических методах. Гидростатический нивелир позволяет гарантировать непрерывную регистрацию деформаций измеряемых объектов.

Гидростатический нивелир должен быть установлен горизонтально. Контроль и графический анализ производятся при помощи персонального компьютера. Специальное программное обеспечение осуществляет коррекцию измеренных значений за температуру.

Области применения

Непрерывные измерения в автоматическом режиме для мониторинга процессов деформации зданий, дамб, мостов и фундаментов.
Наблюдение и проверка процессов монтажа при строительстве, а также влияние выемки грунта под котлован рядом с существующими зданиями.
Системы раннего выявления повреждений и наблюдение за устранением повреждений. Критические ситуации выявляются немедленно путем сравнения с предельными значениями.
Определение деформаций под воздействием динамических нагрузок на промышленные объекты, например, на фундаменты турбин или на опоры валов турбин.
Подтверждение повреждения шахт от воздействия перемещения горных пород

Преимущества

Полностью автоматизированная регистрация деформаций наблюдаемого объекта.
Измерения производятся для всех точек одновременно, что позволяет мгновенно делать выводы относительно происходящих изменений.
Высокая точность в самых сложных условиях окружающей среды.
Максимально комфортное наблюдение за объектами.

Технические характеристики:

Диапазон измерений	от 0 до 50 мм
Средняя ошибка измерений, откорректированных за с температуру	до ± 0.02мм
Точность измерительного датчика	0,01 мм
Разрешение измерительной системы	0,005 мм
Диапазон рабочих температур	- 25°C ...+ 85°C
Количество датчиков	до 30
Напряжение	220/230В (24В)
Размеры
Высота	385 мм
Ширина	225 мм
Вес	7,5 кг
Измерительные циклы:	произвольно: ≥ 3 минуты при слежении: ≥30 секунд
Сбор данных:	Измеренные значения сохраняются в формате ASCII
Графика (по запросу):	Выполняемые в реальном времени или в постобработке графики измеренных значений, температур и высоты уровня жидкости.