Изменения

Впервые понятие мониторинга было введено в 1972 г. применительно к окружающей среде и формулировалось как «система повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой». В последующие годы теория мониторинга окружающей среды (другое название экологический мониторинг) получила значительное развитие в России в трудах акад. Ю.А.Израэля, который дополнил представление о мониторинге, указав, что мониторингу присуще не только наблюдение, но и прогноз, а также что в конечном счете мониторинг служит управлению состоянием окружающей среды.

Впервые понятие мониторинга было введено в 1972 г. применительно к окружающей среде и формулировалось как «система повторных наблюдений одного и более элементов окружающей природной среды в пространстве и времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой». В последующие годы теория мониторинга окружающей среды (другое название экологический мониторинг) получила значительное развитие в России в трудах акад. Ю.А.Израэля, который дополнил представление о мониторинге, указав, что мониторингу присуще не только наблюдение, но и прогноз, а также что в конечном счете мониторинг служит управлению состоянием окружающей среды.

Дальнейшее развитие теории мониторинга окружающей среды шло по пути разделения общей системы мониторинга на подсистемы, разработки и детализации понятий для подсистем, одной из которых является мониторинг геологической среды, или литомониторинг. Основные научные работы по проблеме литомониторинга относятся ко 2-й половине 1980-х — 1990-м гг. Одним из важных понятий, введенных в литомониторинге, является понятие природно-техническои системы (ПТС), или геотехнической системы (ГТС), под которой понимают совокупность инженерных сооружений и части геологической среды в зоне влияния, имеющей операционально фиксированные границы. Таким образом, при литологическом мониторинге геологическая среда рассматривается не сама по себе, а во взаимодействии с инженерными сооружениями.

Дальнейшее развитие теории мониторинга окружающей среды шло по пути разделения общей системы мониторинга на подсистемы, разработки и детализации понятий для подсистем, одной из которых является мониторинг геологической среды, или литомониторинг. Основные научные работы по проблеме литомониторинга относятся ко 2-й половине 1980-х — 1990-м гг. Одним из важных понятий, введенных в литомониторинге, является понятие природно-техническои системы (ПТС), или геотехнической системы (ГТС), под которой понимают совокупность инженерных сооружений и части геологической среды в зоне влияния, имеющей операционально фиксированные границы. Таким образом, при литологическом мониторинге геологическая среда рассматривается не сама по себе, а во взаимодействии с инженерными сооружениями.

Обобщенное определение мониторинга геологической среды дано В. А. Королёвым в его учебнике, изданном в МГУ в 1995 г. Согласно этому определению, мониторингом геологической среды называется «система постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой-либо ее частью, проводимая по заранее намеченной программе в целях обеспечения оптимальных экологических условий для человека в пределах рассматриваемой природно-техническои системы». Приведенное определение показывает принципиальную разницу между мониторингом и режимными наблюдениями, которые входят в него как составная часть.

Обобщенное определение мониторинга геологической среды дано [[Сергей Павлович Королев|В. А. Королёвым]] в его учебнике, изданном в МГУ в 1995 г. Согласно этому определению, мониторингом геологической среды называется «система постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой-либо ее частью, проводимая по заранее намеченной программе в целях обеспечения оптимальных экологических условий для человека в пределах рассматриваемой природно-техническои системы». Приведенное определение показывает принципиальную разницу между мониторингом и режимными наблюдениями, которые входят в него как составная часть.

Впервые подход к проектированию земляного полотна, базирующийся на принципах и понятиях экологического мониторинга, с разработкой общей модели экосистемного управления геотехнической системой «Земляное полотно» предложены А. А. Цернантом в 1990 г.

Впервые подход к проектированию земляного полотна, базирующийся на принципах и понятиях экологического мониторинга, с разработкой общей модели экосистемного управления геотехнической системой «Земляное полотно» предложены А. А. Цернантом в 1990 г.

Понятие «мониторинг состояния земляного полотна» базируется на понятии «земляное полотно» как геотехническая система, являющаяся объектом управления, а также постановке для этой системы цели управления и ограничительных функций допустимого ее состояния.

Понятие «мониторинг состояния земляного полотна» базируется на понятии «земляное полотно» как геотехническая система, являющаяся объектом управления, а также постановке для этой системы цели управления и ограничительных функций допустимого ее состояния.

'''Геотехническая система «Земляное полотно» (ГТС ЗП)''' может быть представлена в виде подсистемы в природно-технической системе «Железнодорожный путь» (ПТС ЖДП), которая в свою очередь является подсистемой для системы более высокого ранга - «Железная дорога» (рис. 3.12) и, взаимодействуя с другими подсистемами, выполняет функцию фундамента в конструкции ж.-д. пути, т. е. обеспечивает стабильность положения верхнего строения пути в пространстве в течение заданного срока эксплуатации.  

'''Геотехническая система «Земляное полотно» (ГТС ЗП)''' может быть представлена в виде подсистемы в природно-технической системе «Железнодорожный путь» (ПТС ЖДП), которая в свою очередь является подсистемой для системы более высокого ранга - «Железная дорога» (рис. 3.12) и, взаимодействуя с другими подсистемами, выполняет функцию фундамента в конструкции ж.-д. пути, т. е. обеспечивает стабильность положения верхнего строения пути в пространстве в течение заданного срока эксплуатации.  

[[Файл:Zp 3 12.jpg|center]]

[[Файл:Zp 3 12.jpg|right|thumb|1000px]]

Такое определение ГТС ЗП может быть представлено в виде:  

Такое определение ГТС ЗП может быть представлено в виде:  

Выход земляного полотна на предельное состояние является результатом сложного многомерного, многофакторного, стохастического процесса, определяемого условиями взаимодействия ГТС ЗП с другими подсистемами ПТС ЖДП, окружающей и геологической средой, а также меняющимися в результате этого  

Выход земляного полотна на предельное состояние является результатом сложного многомерного, многофакторного, стохастического процесса, определяемого условиями взаимодействия ГТС ЗП с другими подсистемами ПТС ЖДП, окружающей и геологической средой, а также меняющимися в результате этого  

взаимодействия свойствами самой ГТС ЗП. Учитывая сложность создания адекватных теоретических моделей, описывающих поведение ГТС ЗП и ее выход на предельные состояния, более правильное решение задачи может быть получено на основе синтеза теоретических построений и постоянных натурных измерений  

взаимодействия свойствами самой ГТС ЗП. Учитывая сложность создания адекватных теоретических моделей, описывающих поведение ГТС ЗП и ее выход на предельные состояния, более правильное решение задачи может быть получено на основе синтеза теоретических построений и постоянных натурных измерений параметров, определяющих состояние ГТС ЗП, т.е. с использованием мониторинга.  

параметров, определяющих состояние ГТС ЗП, т.е. с использованием мониторинга.  

Если рассматривать мониторинг земляного полотна как определенную процедуру управления состоянием геотехнической системы, то мониторинг состояния земляного полотна - это система визуальных и  

Если рассматривать мониторинг земляного полотна как определенную процедуру управления состоянием геотехнической системы, то мониторинг состояния земляного полотна - это система визуальных и инструментальных наблюдений, оценки и прогноза изменения состояния земляного полотна во времени с целью выявления наступления моментов, близких к предельным состояниям, после которых может наступить снижение эксплуатационной надежности ниже допустимых значений, и разработка сценариев управления, позволяющих вывести земляное полотно на нормальный режим эксплуатации. Монито- ринг включает:  

инструментальных наблюдений, оценки и прогноза изменения состояния земляного полотна во времени с целью выявления наступления моментов, близких к предельным состояниям, после которых может наступить снижение эксплуатационной надежности ниже допустимых значений, и разработка сценариев управления,  

позволяющих вывести земляное полотно на нормальный режим эксплуатации. Монито- ринг включает:  

*выделение потенциально опасных объектов;  

*выделение потенциально опасных объектов;  

*организацию наблюдений за потенциально опасными объектами;  

*организацию наблюдений за потенциально опасными объектами;  

*разработку схем управления надежностью потенциально опасных объектов, при опасности их выхода на предельное состояние.  

*разработку схем управления надежностью потенциально опасных объектов, при опасности их выхода на предельное состояние.  

'''Структурные схемы мониторинга состояния земляного полотна и его основные функции.''' При иерархическом построении подсистемы ГТС ЗП в ней может быть выделено 5 уровней (рис. 3.13). Структурно-иерархическая схема ГТС ЗП построена по принципу вложения подсистем более низкого уровня в

== Структурные схемы мониторинга состояния земляного полотна и его основные функции ==

[[Файл:Pic_3_formula_6.jpg]]                        (5)

[[Файл:Pic_3_formula_6.jpg|right|thumb|1000px]]                        (5)

   

   

где Мд, Мб, Mb, Mr и Мд - множества элементов подсистем соответственно на мега-, макро-, мезо-, мини- и микроуровнях; з - символ, обозначающий свойство множества быть надмножеством другого рассматриваемого множества.  

где Мд, Мб, Mb, Mr и Мд - множества элементов подсистем соответственно на мега-, макро-, мезо-, мини- и микроуровнях; з - символ, обозначающий свойство множества быть надмножеством другого рассматриваемого множества.  

Рис. 3.13. Структурно-иерархическая схема ГТС ЗП

Рис. 3.13. Структурно-иерархическая схема ГТС ЗП

[[Файл:Zp_3_13.jpg]]

[[Файл:Zp_3_13.jpg|right|thumb|1000px]]

   

   

Верхний уровень (мегауровень) представляет земляное полотно в пределах железной дороги, как наиболее крупного структурного подразделения МПС, являющегося центром по управлению функционированием системы. На уровне дороги осуществляется планирование работ по земляному полотну с учетом распределения инвестиций; ведется сбор, обработка, анализ и хранение информации; выполняется инженерная поддержка обследовательских и проектных работ.

Верхний уровень (мегауровень) представляет [[Земляное полотно|земляное полотно]] в пределах железной дороги, как наиболее крупного структурного подразделения [[Министерство путей сообщения|МПС]], являющегося центром по управлению функционированием системы. На уровне дороги осуществляется планирование работ по земляному полотну с учетом распределения инвестиций; ведется сбор, обработка, анализ и хранение информации; выполняется инженерная поддержка обследовательских и проектных работ.

   

   

Макроуровень составляет подсистема земляного полотна в пределах одного направления дороги, характеризующегося одинаковыми внешними для системы эксплуатационными параметрами нагрузок (грузонапряженность, скорость, нагрузки на ось и т.д.), которая  

Макроуровень составляет подсистема земляного полотна в пределах одного направления дороги, характеризующегося одинаковыми внешними для системы эксплуатационными параметрами нагрузок (грузонапряженность, скорость, нагрузки на ось и т.д.), которая является однородной по предъявляемым к ней требованиям по уровню надежности. Подсистема земляного полотна на макроуровне по отношению к выполнению целевой функции - пропуску подвижного состава с заданными скоростями — является единой, т. к. отказ одного из элементов приводит к сбою всей подсистемы. Земляное полотно на многопутных участках на макроуровне для каждого пути, как правило, входит в свою подсистему. На этом уровне производится выделение основных направлений и мало деятельных участков.  

является однородной по предъявляемым к ней требованиям по уровню надежности. Подсистема земляного полотна на макроуровне по отношению к выполнению целевой функции - пропуску подвижного состава с заданными скоростями — является единой, т. к. отказ одного из элементов приводит к сбою всей  

подсистемы. Земляное полотно на многопутных участках на макроуровне для каждого пути, как правило, входит в свою подсистему. На этом уровне производится выделение основных направлений и мало деятельных участков.  

Мезоуровень представляют единичные объекты земляного полотна, на которые по принципу однотипности конструкции (насыпь, выемка, нулевое место и т.д.) делится земляное полотно направлений. Это основной уровень, обеспечивающий выполнение функциональной задачи земляного полотна, и уровень, на котором определяется надежность и по отношению к которому производится управление.  

Мезоуровень представляют единичные объекты земляного полотна, на которые по принципу однотипности конструкции (насыпь, выемка, нулевое место и т.д.) делится земляное полотно направлений. Это основной уровень, обеспечивающий выполнение функциональной задачи земляного полотна, и уровень, на котором определяется надежность и по отношению к которому производится управление.  

Такая процедура записывается как:  

Такая процедура записывается как:  

[[Файл:Pic_3_formula_7.jpg]]

[[Файл:Pic_3_formula_7.jpg|right|thumb|1000px]]

где М{х,...хп} - основное множество единичных объектов на мега- или макроуровне, включающее всю совокупность из п единичных объектов в пределах дороги (мегауровень) или в пределах выделенного направления (макроуровень); My{xj |у,...х,|у} - подмножество из s единичных объектов, предрасположенных к возникновению j-го типа деформации, выделенное из основного множества единичных объектов М{х,...хп\; У — символ, обозначающий соединение множеств.  

где М{х,...хп} - основное множество единичных объектов на мега- или макроуровне, включающее всю совокупность из п единичных объектов в пределах дороги (мегауровень) или в пределах выделенного направления (макроуровень); My{xj |у,...х,|у} - подмножество из s единичных объектов, предрасположенных к возникновению j-го типа деформации, выделенное из основного множества единичных объектов М{х,...хп\; У — символ, обозначающий соединение множеств.  

Процедуре выделения подмножеств должна предшествовать нумерация типов деформаций, по которым и производится классификация единичных объектов, причем процедура отнесения единичного объекта к тому или иному подмножеству по типу возможных деформаций является неформальной и не всегда очевидной, но очень важной, определяющей во многом как организацию мониторинга, так и его эффективность.  

Процедуре выделения подмножеств должна предшествовать нумерация типов деформаций, по которым и производится классификация единичных объектов, причем процедура отнесения единичного объекта к тому или иному подмножеству по типу возможных деформаций является неформальной и не всегда очевидной, но очень важной, определяющей во многом как организацию мониторинга, так и его эффективность.  

Общая схема выполнения четырех основных функций во временном аспекте (наблюдения, оценка, прогноз и управление) для мониторинга земляного полотна может быть представлена организацией циклов в виде раскручивающейся спирали. Мониторинг земляного полотна на первой стадии начинается с функции оценки результатов наблюдений, накопленных за предыдущие годы до его организации; при осуществлении этапа прогнозирования проводится разработка целевой  

Общая схема выполнения четырех основных функций во временном аспекте (наблюдения, оценка, прогноз и управление) для мониторинга земляного полотна может быть представлена организацией циклов в виде раскручивающейся спирали. Мониторинг земляного полотна на первой стадии начинается с функции оценки результатов наблюдений, накопленных за предыдущие годы до его организации; при осуществлении этапа прогнозирования проводится разработка целевой программы мониторинга.  

программы мониторинга.  

Функции оценки и прогноза могут быть объединены в единый аналитически-прогнозный блок и их выполнение возложено на дорожные центры диагностики, где  

Функции оценки и прогноза могут быть объединены в единый аналитически-прогнозный блок и их выполнение возложено на дорожные центры диагностики, где для этих целей организована аналитическая группа, оснащенная современной вычислительной техникой. Аналитически-прогнозный блок является центральным в схеме мониторинга: через него осуществляются переработка и передача восходящего информационного потока от измерительно-контрольного блока к блоку управления и прохождение обратного нисходящего потока управленческих решений. Для выполнения функций блока могут также привлекаться научные и проектные организации.  

для этих целей организована аналитическая группа, оснащенная современной вычислительной техникой. Аналитически-прогнозный блок является центральным в схеме мониторинга: через него осуществляются переработка и передача восходящего информационного потока от измерительно-контрольного блока к блоку управления и прохождение обратного нисходящего потока управленческих решений. Для выполнения функций блока могут также привлекаться научные и проектные организации.  

Главный блок по принятию управленческих решений - блок управления - формируется службами пути с подключением центра диагностики, научных и проектных организаций для разработки сценариев управления объектами и проектно-сметной документации для усиления. Неотложные управленческие решения по режимам эксплуатации единичных объектов могут приниматься также на уровне дистанции пути.  

Главный блок по принятию управленческих решений - блок управления - формируется службами пути с подключением центра диагностики, научных и проектных организаций для разработки сценариев управления объектами и проектно-сметной документации для усиления. Неотложные управленческие решения по режимам эксплуатации единичных объектов могут приниматься также на уровне дистанции пути.  

Третий блок системы, выполняющий измерительно-контрольные функции, создается на базе центра диагностики (обследовательская группа) и работников дистанции пути. При необходимости проведения специальных режимных наблюдений могут подключаться научные организации, а для выполнения объемных обследований, включающих инженерно-геологические и инженерно-геофизические работы,- проектные организации.  

Третий блок системы, выполняющий измерительно-контрольные функции, создается на базе центра диагностики (обследовательская группа) и работников дистанции пути. При необходимости проведения специальных режимных наблюдений могут подключаться научные организации, а для выполнения объемных обследований, включающих инженерно-геологические и инженерно-геофизические работы,- проектные организации.  

'''Организация мониторинга и его состав.''' Состав мониторинга для отдельных объектов и направлений зависит от показателей надежности, определяемых по алгоритму, в основу которого положены следующие пять принципов.  

'''Организация мониторинга и его состав.''' Состав мониторинга для отдельных объектов и направлений зависит от показателей надежности, определяемых по алгоритму, в основу которого положены следующие пять принципов.  

*Ранжирование групп по степени надежности, определение потенциально опасных объектов и выбор объектов для мониторинга; производится на основе технико-экономического анализа.

*Ранжирование групп по степени надежности, определение потенциально опасных объектов и выбор объектов для мониторинга; производится на основе технико-экономического анализа.

*Мониторинг объектов земляного полотна и корректировка по его результатам показателей надежности; применяются инструментальный и математический методы.

*Мониторинг объектов [[Земляное полотно|земляного полотна]] и корректировка по его результатам показателей надежности; применяются инструментальный и математический методы.

Эффективность мониторинга во многом определяется правильностью выбора методов наблюдений, которые должны обладать комплексом свойств: объективностью, достоверностью, простотой проведения, оперативностью, дешевизной. По методам наблюдений мониторинг может быть разделен на две характерные части:

Эффективность мониторинга во многом определяется правильностью выбора методов наблюдений, которые должны обладать комплексом свойств: объективностью, достоверностью, простотой проведения, оперативностью, дешевизной. По методам наблюдений мониторинг может быть разделен на две характерные части:

Для мониторинга первой части допускаются более детальные методы наблюдения. требующие большой трудоемкости. а для мониторинга второй части, учитывая протяженность, необходимо использовать методы, главными свойствами которых будут быстрота проведения и дешевизна. В качестве методов для первой части могут быть предложены режимные наблюдения на основе инженерно-геодезичесих измерений, ттемпературные и гидрологические наблюдения в скважинах и др. Для второй части перспективными являются наблюдения за состоянием земляного полотна с помощью оценки изменения: геометрии рельсовой кколеи по проходам путеизмерительных вагонов, литологии и влажностного режима земляного полотна с ппомощью георадаров, а также деформационных свойств подрельсового основания нагрузочными устройствами.

Для мониторинга первой части допускаются более детальные методы наблюдения. требующие большой трудоемкости. а для мониторинга второй части, учитывая протяженность, необходимо использовать методы, главными свойствами которых будут быстрота проведения и дешевизна. В качестве методов для первой части могут быть предложены режимные наблюдения на основе инженерно-геодезичесих измерений, ттемпературные и гидрологические наблюдения в скважинах и др. Для второй части перспективными являются наблюдения за состоянием земляного полотна с помощью оценки изменения: геометрии рельсовой кколеи по проходам путеизмерительных вагонов, литологии и влажностного режима земляного полотна с ппомощью георадаров, а также деформационных свойств подрельсового основания нагрузочными устройствами.

[[Категория:Земляное полотно]]

[[Категория:Земляное полотно]]