Способ мониторинга технического состояния строительных объектов с обработкой результатов, характеризующих состояние объекта мониторинга, с использованием мягких измерений

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использовано при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений. Способ включает выбор контролируемых элементов (конструкций) строительного объекта, по состоянию которых судят о состоянии строительного объекта, регистрацию значений измеренных параметров, характеризующих состояние выбранных контролируемых элементов, вычисление текущих значений контролируемых параметров по результатам измерений и их обработку методом мягких измерений. Далее производится определение состояний контролируемых параметров по результатам сравнения вычисленных значений с пороговыми значениями контролируемых параметров, идентификация состояния контролируемых элементов и/или строительного объекта в целом на основании выбора худшего состояния соответствующих контролируемых параметров, отображение в наглядной форме мониторинговой информации и результатов оценки отдельных контролируемых элементов и/или строительного объекта в целом. Технический результат заключается в повышении достоверности определения конструкций, находящихся в аварийном или предаварийном состоянии, повышении точности определения состояния контролируемых конструкций и объекта в целом, повышении быстродействия за счет уменьшения массива обрабатываемой информации.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использовано при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений.

Уровень техники

Из уровня техники известны устройства того же назначения, что и заявленное изобретение.

Известна система определения устойчивости зданий и сооружений, используемая для определения устойчивости объектов (зданий и сооружений), при этом система для определения устойчивости зданий и сооружений содержит блок ударного устройства, блок формирования электрического синхроимпульса, блок преобразования колебаний в электрический сигнал, блок аналого-цифрового преобразования электрического сигнала, блок цифрового запоминающего устройства и блок управления цифровым запоминающим устройством, блок ввода экспериментальных и/или расчетных значений поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметров армирования элементов конструкции объекта, и/или осадков, и/или сдвигов, и/или кренов объекта, и/или глубины залегания фундамента, и/или его поверхностной прочности, и/или его объемной прочности, и/или периода собственных колебаний грунта под объектом и/или вокруг него, измеренного по меньшей мере по первому тону колебаний, и/или уровня грунтовых вод, блок сравнения экспериментальных данных с нормированными данными, рассчитанными для данных конструкций и материалов испытуемого объекта и состава грунта под ним и/или вокруг него, и блок воспроизведения полученных данных, связанные по шинам управления и данных между собой и с остальными функциональными блоками системы (патент РФ на изобретение №2245531, МПК G01M 7/00, публ. от 27.01.2005 г.).

Известна также система мониторинга технического состояния зданий и сооружений, содержащая блок ударного устройства, блок вибродатчиков, блок обработки и выходной информации, блок измерения ускорений колебаний объекта, и/или блок измерения скоростей колебаний объекта, и/или блок измерения амплитуд колебаний объекта, и/или блок измерения наклонов, и/или блок измерения прогибов, и/или блок измерения напряжений, и/или блок измерения нагрузок, и/или блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блок контроля трещин, стыков и швов, и/или блок измерения геодезических параметров, блок градации выходной информации, причем выход блока вибродатчиков, и/или выход блока измерения ускорений колебаний объекта, и/или выход блок измерения скоростей колебаний объекта, и/или выход блока измерения амплитуд колебаний объекта, и/или выход блока измерения наклонов, и/или выход блока измерения прогибов, и/или выход блока измерения напряжений, и/или выход блока измерения нагрузок, и/или выход блока измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или выход блока контроля трещин, стыков и швов, и/или выход блока измерения геодезических параметров соединены с входом блока обработки и выходной информации, выход которого соединен с входом блока градации выходной информации (патент РФ на полезную модель №66525, МПК G01M 7/00, опубл. 10.09.2007).

Известны способ и предназначенная для его осуществления система мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений (Патент РФ на изобретение №2381470, МПК G01M 7/00, опубл. 10.02.2009). Способ по патенту №2381470 включает возбуждение колебаний объекта на собственных частотах, регистрацию вибраций, и/или ускорений колебаний, и/или скоростей колебаний, и/или амплитуд колебаний, и/или наклонов, и/или прогибов, и/или напряжений, и/или нагрузок, и/или измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или геодезических параметров, и/или контроль трещин, стыков, швов, фильтрацию параметров технического состояния зданий и сооружений, разделенных на две группы: группу параметров технического состояния нижней части объекта и группу параметров технического состояния верхней части объекта, определяют с использованием параметров технического состояния нижней части объекта путем математического (компьютерного) моделирования объекта расчетные параметры строительных конструкций верхней части объекта, сравнивают расчетные параметры строительных конструкций верхней части объекта с аналогичными параметрами строительных конструкций верхней части объекта, определенных по результатам натурных измерений от датчиков для мониторинга технического состояния верхней части объекта, корректируют параметры математической модели объекта при условии, что расчетные параметры строительных конструкций верхней части объекта, определенные по результатам математического моделирования, отличаются от аналогичных параметров строительных конструкций верхней части объекта, определенных по результатам натурных измерений, на величину больше заданного порога, определяют по измеренным параметрам технического состояния нижней части объекта тренды параметров технического состояния нижней части объекта, экстраполируют трендовые значения параметров технического состояния нижней части объекта на заданный временной интервал, определяют на основе данных экстраполяции параметров технического состояния нижней части объекта прогнозные расчетные параметры технического состояния строительных конструкций верхней части объекта, фиксируют для потребителя прогнозную оценку будущего технического состояния объекта на основе сравнительного анализа прогнозных расчетных параметров технического состояния строительных конструкций верхней части объекта с предельно допустимыми значениями.

Устройство для осуществления изложенного выше способа - система мониторинга технического состояния зданий и сооружений - содержит устройство ударного воздействия, блок обработки и выходной информации, блок градации выходной информации, и/или датчики измерения вибраций объекта, и/или датчики измерения ускорений колебаний объекта, и/или датчики измерения скоростей колебаний объекта, и/или датчики измерения амплитуд колебаний объекта, и/или датчики измерения наклонов, и/или датчики измерения прогибов, и/или датчики измерения напряжений, и/или датчики измерения нагрузок, и/или датчики измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или датчики контроля трещин, стыков и швов, и/или датчики измерения геодезических параметров, датчики давления (в том числе для контроля давления объекта на грунт и/или давления грунта на объект), и/или датчики измерения деформаций, и/или датчики измерения температуры, и/или датчики измерения влажности (при этом все перечисленные выше датчики объединены в одном блоке блок датчиков и оборудования автоматизированной системы мониторинга), блок расчета параметров технического состояния объекта, блок фильтрации параметров технического состояния объекта, блок определения трендов и экстраполяции параметров технического состояния нижней части объекта, блок сравнения, пороговое устройство, блок математического моделирования и расчета параметров технического состояния верхней части объекта, блок корректировки параметров математической модели объекта, электронный ключ, блок отображения прогнозной и мониторинговой информации, причем выход блока датчиков и оборудования автоматизированной системы мониторинга соединен с входом блока расчета параметров технического состояния объекта, первый выход которого соединен с входом блока фильтрации параметров технического состояния объекта, а второй выход соединен с входом блока обработки и выходной информации, выход которого соединен с входом блока градации выходной информации, первый выход блока фильтрации параметров технического состояния объекта соединен с первым входом блока математического моделирования и расчета параметров технического состояния верхней части объекта, второй выход блока фильтрации параметров технического состояния объекта соединен с входом блока сравнения, выход блока сравнения соединен с входом порогового устройства, первый выход которого соединен с входом блока корректировки параметров математической модели объекта и первым управляющим входом электронного ключа, а второй выход соединен со вторым управляющим входом электронного ключа, выход блока корректировки параметров математической модели объекта соединен со вторым входом блока математического моделирования объекта и расчета параметров технического состояния верхней части объекта, первый выход которого соединен с входом блока сравнения, а второй выход соединен с первым входом блока отображения прогнозной и мониторинговой информации, третий вход блока математического моделирования объекта и расчета параметров технического состояния верхней части объекта соединен с выходом блока определения трендов и экстраполяции параметров технического состояния нижней части объекта, вход которого соединен с выходом электронного ключа.

Известен также способ мониторинга технического состояния строительных объектов (Патент РФ на изобретение №2460980, МПК G01M 7/00, опубл. 10.09.2012), который включает определение контролируемых элементов строительного объекта на основании анализа угроз, и/или конструктивных особенностей, и/или местоположения, и/или внешних воздействий, и/или анализа напряженно-деформированного состояния строительного объекта, формирование симметричных пар контролируемых элементов строительного объекта и/или их частей, определение контролируемых параметров, отображающих состояния сформированного множества контролируемых элементов и/или их частей, определение набора измеряемых параметров, на основании которых возможно определение контролируемых параметров, определение допустимых значений или интервалов допустимых значений контролируемых параметров, в соответствии с которыми определяют техническое состояние объекта, измерение для симметричных контролируемых элементов строительного объекта и/или их частей параметров, на основании которых определяют абсолютные и относительные значения контролируемых параметров, сравнение абсолютных значений контролируемых параметров с их допустимыми значениями или интервалами допустимых значений, а относительных контролируемых параметров - с допустимой погрешностью измерений, суждение по результатам сравнения, полученным на начальном интервале времени, об адекватности математической модели объекта, при вынесении суждения по результатам сравнения о неадекватности коррекция математической модели объекта, формирование выводов о текущем техническом состоянии объекта на основе сравнения абсолютных и/или относительных значений контролируемых параметров с их допустимыми значениями или интервалами допустимых значений, заданными в виде конкретных величин или интервалов. Изложенный способ увеличивает быстродействие способа и системы мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений, охраняемых патентом №2381470.

Общим недостатком перечисленных технических решений является недостаточная точность диагностирования текущего технического состояния строительного объекта.

В указанных технических решениях определяют техническое состояние здания и сооружения лишь на момент снятия датчиками различных характеристик (периоды собственных колебаний, наклоны и др.) или осуществляют прогнозную оценку будущего технического состояния здания и сооружения на длительный временной интервал. Опыт использования автоматизированных систем мониторинга показал, что результаты измерений представляют собой большой массив данных, и для его корректной обработки и получения достоверных результатов по оценке технического состояния объекта необходимо выполнять аналитическую обработку измеренных данных.

Помимо вышеуказанных недостатков известных из уровня техники аналогов в показаниях датчиков также не выделяются и не оцениваются составляющие, характеризующие состояние контролируемых элементов (конструкций). Так, показания датчика измерения угла наклонов свидетельствуют об изменении угла в конкретной точке, которое может быть вызвано изменением состояния нескольких конструктивных элементов. Например, датчик, показания которого используются для мониторинга состояния фундаментной плиты, может быть установлен (из соображений удобства монтажа) на колонне, установленной на этой плите. Если показания датчика свидетельствуют об аварийной ситуации, то необходимо, сверяясь с показаниями других датчиков, по показаниям которых определяют состояние фундаментной плиты и тех элементов конструкций, на которых установлен каждый из датчиков, определять причину изменения показаний датчиков (например, угол изменился из-за того, что изменила свое положение в пространстве фундаментная плита или колонна на фундаментной плите, на которой установлен датчик). При взаимосвязанном анализе показаний различных датчиков, установленных на различных контролируемых элементах, можно производить идентификацию причин изменения результатов мониторинга и повышать точность работы системы мониторинга.

Другим недостатком известных аналогов является то, что оценка технического состояния объекта по результатам мгновенных измерений может содержать большой процент ложных оценок. Например, мгновенное измерение и оценка по результатам измерений датчиков наклона может привести к ложной оценке состояния конструкций, если рядом с датчиком проехала машина (например, на парковке в подземной части здания), или топнул человек вблизи измерительного пункта, или рядом с измерительным пунктом функционирует оборудование, создающее вибрации. При кратковременных воздействиях на объект вблизи измерительных устройств возможен выход контролируемых параметров за пределы контролируемых значений, что в действительности не свидетельствует об ухудшении технического состояния строительных конструкций.

Кроме перечисленных недостатков, указанные способы и системы мониторинга предполагают обработку значительных массивов информации из-за того, что не предполагается производить отбор контролируемых элементов в зависимости от степени их влияния на состояние объекта, их значимости в возникновении аварийных ситуаций для объекта в целом или его частей, в значительной степени влияющих на состояние объекта, мониторинг которого проводится.

В известных решениях не ставится вопрос об учете систематических погрешностей измерительных приборов, что также негативно сказывается на оценке текущего или прогнозируемого состояния объекта мониторинга.

Наиболее близким техническим решением, поддерживающим разработку способа проектирования МИС на основе концепции мягких вычислений, является интеллектуальная Грид-система, обеспечивающая системную интеграцию вычислительных и информационных компонент, формализованная логика управления которыми связана с решением ресурсоемких задач при изучении сложных явлений и закономерностей динамических систем с использованием блока интеллектуальной поддержки функционирования Грид-системы, взаимосвязанного посредством блока программного управления с блоками человеко-компьютерного взаимодействия и блоком прикладных Грид-сервисов, причем блок интеллектуальной поддержки содержит экспертную систему, обеспечивающую функционирование Грид-системы в заданной вычислительной среде и принятие решений по управлению вычислительными процессами, блок адаптации, реализующий процедуры адаптивного обучения за счет возможности управления вычислительным процессом с динамически меняющейся информацией, выбор предпочтительной вычислительной технологии обработки данных, настройку логических моделей на восприятие новой информации и извлечение «скрытых» знаний, генератор композитного приложения, реализующий функции выработки альтернативных решений, блок человеко-компьютерного взаимодействия, содержащий интеллектуальный интерфейс, поддерживающий взаимодействие пользователей с вычислительной средой в условиях неоднородности вычислительных ресурсов, неопределенности характеристик задачи и неполноты исходной информации.

Основным недостатком технологии обработки информации в Грид-системе применительно к объекту мониторинга является неучет фактора неопределенности, определяющего процесс проектирования систем мониторинга на основе концепции мягких вычислений с использованием интеллектуальных технологий и высокопроизводительных средств обработки информации.

Свойства объекта мониторинга характеризуются значительной априорной неопределенностью, также как и факторы среды его функционирования, при этом большую часть самих свойств и определяющих их факторов невозможно непосредственно наблюдать, а экспериментальная информация о них отличается неполнотой и неточностью. Из множества существующих методов мягких вычислений, как показали результаты проведенных полунатурных экспериментов с использованием математической модели объекта мониторинга и ряда датчиков параметров, характеризующих состояние объекта мониторинга, наилучшие результаты показали байесовские интеллектуальные измерения, основанные на байесовском регуляризирующем подходе.

Применение в такой информационной ситуации традиционной методологии измерений малоэффективно.

Техническим результатом, на достижение которого направлен способ заявленного изобретения, является повышение достоверности определения конструкций, находящихся в аварийном или предаварийном состоянии, повышение точности определения состояния контролируемых конструкций и объекта в целом за счет исключения систематической ошибки измерительных приборов и возможности взаимоувязанного анализа измерений с различных приборов, повышение быстродействия за счет уменьшения массива обрабатываемой информации.

Сущность заявленного изобретения

Заявленный способ мониторинга технического состояния строительных объектов позволяет устранить перечисленные недостатки путем аналитической обработки результатов измерений с использованием методов мягких измерений.

Свойства объекта мониторинга характеризуются значительной априорной неопределенностью, также как и факторы среды его функционирования; при этом большую часть самих свойств и определяющих их факторов невозможно непосредственно наблюдать, а экспериментальная информация о них отличается неполнотой и неточностью. Применение в такой информационной ситуации традиционной методологии измерений, на основе которой результат измерений может быть представлен только в виде числового значения и получен только на основании экспериментальной числовой информации с соблюдением принципов единства измерений, дает результаты низкого качества с неконтролируемым уровнем остаточной неопределенности.

Для обеспечения возможности аналитической обработки результатов измерений необходима формализация предметной области.

Объект мониторинга в этом случае представляется в виде множества отдельных строительных элементов (несущих конструкций), образующих множество K.

Ввиду того, что, как правило, любая несущая конструкция Ai является ответственной, в любой конструкции может быть допущен или заводской брак при ее изготовлении, или дефекты при выполнении строительных работ, а осуществлять контроль абсолютно всех конструкций объекта экономически нецелесообразно, то определение оптимального состава конструктивных элементов и параметров контроля является основной задачей при проектировании системы мониторинга, которая решается индивидуально для каждого объекта на основании учета таких различных факторов, как местонахождение объекта, его ответственность, надежность проектных решений, финансовые ограничения.

При этом такие факторы, как местонахождение (климатические и инженерно-геологические условия нахождения объекта) и надежность проектных решений (использование сложных нетиповых конструктивных узлов, большепролетных пролетов и консолей, неапробированных проектных решений и материалов и т.д.), определяют потенциальные угрозы, реализация которых может повлечь ухудшение состояния конструктивных элементов или их разрушение.

Из множества строительных конструкций выделяется подмножество Е, элементы которого ei подлежат контролю системой мониторинга (множество контролируемых элементов Е). Для каждого из таких элементов определяют один или несколько параметров, изменения значений которых позволят судить об изменении деформационного состояния строительного элемента. Данный массив параметров образует множество Р, каждый из элементов pi которого может быть получен на основе измерений, проведенных датчиками различной физической природы.

Непрерывное развитие методической информационно-технологической и технической баз измерительных систем привели к столь значительному расширению сферы их применения, что на основе этих средств может эффективно решаться задача оценивания и контроля свойств сложных объектов (СО), к которым относятся строительные объекты, мониторинг состояния которых предлагается осуществлять заявленным способом.

Информационные процессы в таких системах реализуются на основе измерительного подхода, предполагающего соблюдение принципа единства измерений на каждом этапе измерений и непрерывное метрологическое сопровождение промежуточных и окончательных результатов. Как правило, на практике такие задачи сопровождаются сложной информационной ситуацией, характеризуемой значительной априорной неопределенностью знаний о свойствах контролируемого объекта и влияющих факторах среды его функционирования, невозможностью непосредственного наблюдения многих из них, неточностью и неполнотой экспериментальной информации о них, что выделяет познавательную функцию методологии их решения как основополагающую.

Применение в подобной информационной ситуации классической методологии измерений, на основе которой результат измерений может быть представлен только в форме числового значения и получен только на основании экспериментальной числовой информации, равно как и применение методов обработки измерительной информации без соблюдения принципов единства измерений, делают решение указанных задач не только неэффективными, но часто и вообще практически непригодными из-за их низкого качества и неконтролируемого уровня остаточной неопределенности.

Поэтому совершенно справедливым и актуальным представляется вывод, сделанный в работах, о необходимости совершенствования методической базы измерительных систем в направлении усиления роли познавательной функции измерений, что обусловливает требование получения результатов таких "обобщенных" измерений в форме знаний (аналитических выражений для моделей, а также выводов и рекомендаций с их полным метрологическим обоснованием в виде комплексов показателей качества этих решений) на основании учета всего объема априорной и поступающей в процессе измерительного эксперимента информации, в том числе и нечисловой.

Выполнение этого требования способствовало привлечению аппаратов теорий оптимальных решений, искусственного интеллекта, нечетких систем в измерительную среду. Стремление к измерению неколичественных свойств объектов привело к созданию общей (репрезентационной) теории измерений. В настоящее время проводятся работы по изучению и использованию семантики различных типов измерительных шкал для повышения эффективности измерительных процессов. С другой стороны, теория меры и теория шкалирования широко используются в современной теории нечетких множеств. Понятие "измерение" используется при определении функции принадлежности, степени нечеткости. Также определяются типы измерительных шкал, наиболее эффективных для реализации логического вывода в системах принятия решений. Список подобных примеров взаимопроникновения указанных методологий может быть, безусловно, продолжен.

В результате такой интеграции в восьмидесятых годах нашего столетия была сформулирована концепция интеллектуальных измерений.

В направлении развития концепции интеллектуальных измерений в начале 90-х годов была разработана методология байесовских интеллектуальных измерений, основанная на регуляризирующем байесовском подходе, представляющем собой модификацию байесовского подхода к получению оптимальных решений указанных задач в условиях значительной априорной неопределенности с соблюдением принципов единства измерений в процессе формирования решения. Методология интеллектуальных измерений представляет собой методологию синтеза нового типа шкал для реализации "обобщенных" измерений с целью достижения качественного решения прикладной задачи на основе всестороннего познания свойств сложного объекта и среды его функционирования. Такие шкалы реализуются в метрических пространствах динамических компактов их носителей и носят название шкал с динамическими ограничениями, что обусловлено их способностью к адаптивному изменению своей структуры в процессе накопления информации о развитии свойств сложного объекта или среды его функционирования.

При этом процесс решения прикладной задачи в качестве основной составляющей включает преобразование иерархической структуры шкал с динамическими ограничениями, целью которого является способность адекватно отражать свойства эволюционирующего сложного объекта. Иерархическая шкала может отражать свойства как самого объекта, так и среды, оказывающей влияние на его функционирование, геометрически представляя собой некий гиперкуб условно связанных одномерных шкал с динамическими ограничениями. При этом результатами, представленными на таких шкалах, могут быть:

- числовое значение параметра;

- аналитический вид функциональной зависимости;

- системы аналитических зависимостей, определяющих состояние сложного объекта;

Шкала может представлять собой экранную форму системы поддержки принятия управленческих решений, реализующей методологию байесовских интеллектуальных измерений, и состоящую из априорной, текущей и апостериорной шкал с динамическими ограничениями.

Подобная трехзвенная структура лингвистической шкалы с динамическими ограничениями позволяет интегрировать априорную и текущую лингвистическую информацию, получая апостериорное лингвистическое решение с метрологическим обоснованием его качества, а также идентифицировать, или адаптировать форму функций принадлежности, объективизируя ее путем привлечения дополнительной информации (и числовой) в процессе измерений или их обработки.

Основными принципами байесовских интеллектуальных измерений являются:

- интеграция разнообразной по форме представления информации с целью повышения или достижения требуемого качества результата;

- метрологическое обоснование полученных решений в виде количественных показателей меры апостериорной (остаточной) неопределенности, например показателей точности, надежности, достоверности;

- реализация принципа саморазвития моделей объектов измерения и среды их функционирования на основе адаптации структур шкал с динамическими ограничениями к свойствам сложного объекта, познаваемым в процессе байесовских интеллектуальных измерений.

Формальная запись уравнения байесовских интеллектуальных измерений в оптимизационной форме имеет следующий вид:

{hk,t|MXk,t}={argminC(B)j,t(xi,t|{yi,t})]},

hk∈HK,T; k=1, К,

xi,t∈XI,T; t=1, T,

φ∈ФJ,T,

где {hk} - список результатов измерений, достоверность каждого из которых определяется как апостериорная байесовская вероятность; НК, Т - динамическое множество результатов измерений с переменными границами и объемом. С(В) - байесовское решающее правило принятия решения по алгоритму из динамического множества алгоритмов ФJ,T при наборе экспериментальных данных и условиях измерений yi,t∈YI,T где

Yi,t={Ai,t} * {Mi,t} * {Oi,t}

Ai,t, Mi,t, Oi,t - динамические множества потоков априорной информации, метрологических требований и ограничений соответственно, * - знак свертки.

Выбор идеологии байесовского подхода в качестве концептуальной основы интеллектуальных измерений определяется необходимостью привлечения дополнительных знаний о неконтролируемых свойствах сложного объекта для обеспечения требуемого качества решений при неточной, неполной и нечеткой априорной информации.

При этом результаты измерений на каждом этапе их определения должны сопровождаться комплексами метрологических характеристик, имеющих следующую структуру:

MXk,t={ζk,t;Vk,t;{Pk,t}}

где ζk,t - точность полученного решения на шкале с динамическими ограничениями, Vk,t - надежность полученного решения на шкале с динамическими ограничениями, определяемая уровнем ошибок 1-го и 2-го рода, {Pk,t} - список показателей неопределенности, к числу которых относятся байесовская мера достоверности, мера возможности, мера доверия.

Комплексы метрологических характеристик вычисляются на основании текущих показателей качества решения и априорных характеристик качества решения:

MXk,j=MX(T)k,j*MXk,t-1\yi,t

где MX(T)k,j - комплекс метрологических характеристик решения, полученного на текущей шкале шкалы с динамическими ограничениями; MXk,t-1 - комплекс метрологических характеристик априорного решения.

Байесовские интеллектуальные измерения не только обобщают известные типы измерений, такие как прямые, косвенные, совокупные, совместные, адаптивные, алгоритмические, статистические и другие, но и добавляют новые преимущества к достоинствам перечисленных типов измерений, требуя при этом использования специального механизма управления качеством решений - нечеткую логику. То есть логику, в качестве обобщенных операторов конъюнкции и дизъюнкции использующую - норму и - конорму, удовлетворяющие системе аксиом. В модуле вывода экспертной системы в качестве механизма управления неопределенностью используется именно такая логика (либо семейство таких логик).

- норма представляет собой оператор конъюнкции, заданный на степенях неопределенности двух или более условий в одной и той же продукции, который удовлетворяет следующим свойствам:

T(0,0)=0

Т(р,I)=Т(I,р)=р

T(p,q)=T(q,p)

T(p,q)<T(r,s), если p<r, q<s

T(p,(T(q,r))=T(T(p,q),r)

- конорма S(p,q) вычисляет степень неопределенности заключения, выведенного из двух или более правил. Это - оператор дизъюнкции, удовлетворяющий следующим свойствам:

S(I,I)=I

S(p,0)=T(0,p)=p

S(p,q)=S(q,p)

S(p,q)<S(r,s),если p<r, q<s S(p,(S(q,r))=S(S(p,q),r)

- норма и - конорма связаны между собой следующим образом:

(p,q)=1-S(1-p,1-q)

С помощью - норм и - конорм при подборе соответствующего отрицания можно определить импликацию и построить правило вывода модус поненс, чего вполне достаточно для расчета степени неопределенности вывода в зависимости от степеней неопределенности посылок и самого правила.

Возможна реализация байесовских интеллектуальных измерений с помощью настраиваемых логик.

Композиция нескольких видов мягких измерений будет давать их гибридные типы. Построенные на такой методологической основе информационные системы можно назвать нечеткими измерительными системами, нейронными измерительными сетями, эволюционными измерительными системами и гибридными системами мягких измерений (при их композиции).

Осуществление изобретения

На основании вышеприведенного анализа из множества строительных конструкций К выделяется подмножество Е, элементы которого подлежат контролю системой мониторинга (множество контролируемых элементов).

Для каждого элемента ei из множества Е определяют один или несколько параметров pi, изменения значений которых позволят судить об изменении деформационного состояния строительного элемента. Данный массив параметров образует множество Р (множество контролируемых параметров).

Множество контролируемых параметров Р может быть получено путем проведения различных измерений, при этом один и тот же параметр pi может быть определен различными способами на основе данных различного измерительного оборудования. Например, контролируемый параметр, характеризующий крен фундаментной плиты, может быть получен как с использованием наклономеров, установленных на фундаментной плите и измеряющих углы наклона в точке установки, так и на основании показаний геодезического оборудования (тахеометры, нивелиры), измеряющего перемещения заданных точек, по которым можно вычислить крен фундаментной плиты.

Состав измерительного оборудования для получения множества Р определяют индивидуально для каждого объекта в зависимости от таких факторов, как необходимая точность измерения параметра pi, возможность и удобство расположения на объекте соответствующего оборудования, стоимость оборудования и т.п.

В качестве измерительного оборудования может использоваться любое сочетание различных типов датчиков, образующих множество S, таких как вибродатчики, датчики измерений ускорений колебаний объекта, датчики измерений скоростей колебаний объекта, датчики измерений амплитуд колебаний объекта, датчики измерений наклонов, датчики измерений прогибов, датчики измерений напряжений, датчики измерений нагрузок, датчики измерений давлений, датчики измерений деформаций, датчики измерения абсолютной и/или неравномерной осадки, датчики контроля трещин, стыков и швов, датчики измерения геодезических параметров, датчики измерения климатических параметров. Конкретный состав используемых датчиков выбирается исходя из соображений как экономического характера, так и из соображений удобства монтажа датчика и его обслуживания при эксплуатации.

На основе показаний измерительного оборудования, составляющего множество S, формируется множество V из физических параметров, характеризующих состояние контролируемых объектов.

Имея множество контролируемых элементов Е, состояние которых характеризуется множеством параметров Р, которые, в свою очередь, определяются на основании измеряемых величин, образующих множество V, необходимо получить оценку технического состояния строительных конструкций и/или объекта в целом. Оценка параметров Р производится с использованием метода байесовых мягких измерений, что позволяет разрешить проблемы, связанные с неопределенностью как объекта мониторинга, так и внешней среды, во многом эти параметры определяющей.

Отображение информации может осуществляться на мониторе компьютера. При этом контролируемые элементы (элементы конструкции) могут отображаться в любом удобном для восприятия оператора виде, в частности в виде элементов трехмерной модели здания, сооружения.

Из приведенного списка источников, использованных при составлении описания заявленного изобретения, следует известность средств, на основе которых осуществляется заявленный способ, что свидетельствует о соответствии заявленного изобретения условию патентоспособности «промышленная применимость».

Список использованных источников

1. Патент РФ №66525 на полезную модель «Система мониторинга технического состояния зданий и сооружений», МПК G01M 7/00, опубл. 10.09.2007.

2. Патент РФ №82048 на полезную модель «Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений - СМИС», МПК G05B 17/02, публ. 10.04.2009.

3. Патент РФ №77429 на полезную модель «Устройство для динамических исследований сейсмостойкости зданий и сооружений», МПК G01M 7/00, опубл. 20.10.2008.

4. Патент РФ №108602 на полезную модель «Система контроля технического состояния строительных сооружений», МПК G01B 21/22, опубл. 20.09.2011.

5. Патент РФ №123949 на полезную модель «Система мониторинга изменения состояния несущих конструкций зданий и сооружений», МПК G01M 7/00, опубл. 10.01.2013.

6. Патент РФ №148119 на полезную модель «Прибор мониторинга трещин и стыков здания», МПК E04G 23/00, опубл. 15.07.2014.

7. Патент РФ №149873 на полезную модель «Устройство для определения статических и динамических параметров несущих конструкций зданий и сооружений», МПК G01M 7/00, опубл. 20.01.2015.

8. Патент РФ №2245531 на изобретение «Способ определения устойчивости зданий и сооружений и система для определения устойчивости зданий и сооружений», МПК G01M 7/00, опубл. 27.01.2005.

9. Патент РФ №2284518 на изобретение «Способ диагностирования начала процесса разрушения в элементах конструкции объекта», МПК G01N 29/04, опубл. 25.09.2006.

10. Патент РФ №2327105 на изобретение «Способ контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения и устройство для его осуществления», МПК G01B 7/16, G01M 7/00, опубл. 20.06.2008.

11. Патент РФ №2357205, на изобретение «Система для определения деформаций строительных конструкций», МПК G01B 11/16, опубл. от 27.05.2009.

12. Патент РФ №2378457 на изобретение «Способ мониторинга здания, находящегося под действием возмущений от смещения его фундамента", МПК E02D 33/00, опубл. 10.01.2010.

13. Патент РФ №2381470 на изобретение «Способ мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений и система мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений», МПК G01M 7/00, опубл. 10.02.2009.

14. Патент РФ №2395786 на изобретение «Способ диагностирования конструкции», МПК G01B 7/16, опубл. 27.07.2010.

15. Патент РФ №2413193 на изобретение «Способ мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений и система для его осуществления», МПК G01M 7/00, опубл. 27.02.2011.

16. Патент РФ №2448225 на изобретение «Система мониторинга состояния трещин и стыков зданий и сооружений", МПК E04G 23/00, опубл. 20.04.2012.

17. Патент РФ №2460980 на изобретение «Способ мониторинга технического состояния объектов», МПК G01M 7/00, опубл. 10.09.2012.

18. Патент РФ №2460981 на изобретение «Способ мониторинга и прогнозирования технического состояния объектов», МПК G01M 7/00, опубл. 10.09.2012.

19. Патент РФ №2461847 на изобретение «Способ непрерывного мониторинга физического состояния зданий или сооружений и устройство для его осуществления», МПК G01V 1/28, G01V 7/02, опубл. 20.09.2012.

20. Патент РФ №2472129 на изобретение «Система мониторинга безопасной эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений», МПК G01M 7/00, опубл. 10.01.2013.

21. Патент РФ №2482445 на изобретение «Устройство контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения», МПК G01B 7/16, G01M 5/00, опубл. 20.05.2013.

22. Патент РФ №2557343 на изобретение, МПК G01M 7/00, опубл. от 20.07.2015.

23. Патент РФ №2557343 на изобретение «Способ определения признаков и локализации места изменения напряженно-деформированного состояния зданий, сооружений», МПК G01M 7/00, опубл. от 20.07.2015.

24. Патент РФ №2411574 на изобретение «Интеллектуальная система для высокопроизводительной обработки данных», МПК G06F 15/16, опубл. от 10.02.2011.

25. Прокопчина С.В. Разработка методов и средств байесовской интеллектуализации измерений в задачах мониторинга сложных объектов. Автореферат. СПб: ТЭТУ, 1995.

26. Недосекин Д.Д., Прокопчина С.В., Чернявский Е.А. Информационные технологии интеллектуализации измерительных процессов. СПб: Энергоатомиздат, 1995.

27. Прокопчина С.В., Койнаш Б.В. Регуляризирующий байесовский подход в задачах классификации объектов по изображениям. - Препринт АН СССР, ИПА, Л., 1991.

Способ мониторинга технического состояния строительных объектов, включающий выбор контролируемых элементов (конструкций) строительного объекта, по состоянию которых судят о состоянии строительного объекта, регистрацию значений измеренных параметров, характеризующих состояние выбранных контролируемых элементов, вычисление текущих значений контролируемых параметров по результатам мягких измерений, определение состояний контролируемых параметров по результатам сравнения вычисленных значений с пороговыми значениями контролируемых параметров, идентификацию состояния контролируемых элементов и/или строительного объекта в целом на основании выбора худшего состояния соответствующих контролируемых параметров, отображение в наглядной форме мониторинговой информации и результатов оценки отдельных контролируемых элементов и/или строительного объекта в целом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Устройство содержит основание, на котором закреплена жесткая переборка с датчиком уровня вибрации, на которую устанавливают два одинаковых исследуемых объекта на различных системах их виброизоляции и проводят измерения их амплитудно-частотных характеристик.

Изобретение относится к возбудителю колебаний с компенсированием нагрузки для динамического возбуждения испытуемого образца. Устройство включает базу, исполнительный механизм, арматуру с возможностью движения относительно базы, проведенную через линейное средство управления параллельно направлению импульсов возбуждения, и пневматическое средство компенсирования нагрузки, компенсирующее, по меньшей мере, силу тяжести арматуры и испытуемого образца.

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использовано при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений.

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений и в других звукопоглощающих конструкциях.

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, облицовки производственных помещений, и в других звукопоглощающих конструкциях.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение при контроле состояния массивных бетонных сооружений. Способ включает создание компьютерных моделей сооружения, моделей нагрузок и воздействий на него, расчет характеристик несущих конструкций, сбор и обработку данных с контрольно-измерительной аппаратуры, данные натурных наблюдений по контрольно-измерительной аппаратуре, например закладных тензометров, восстанавливают по разработанной статистической модели с использованием расчетных значений напряжений в локальных точках массивного бетонного сооружения, полученных на имитационной математической модели, откалиброванной по значениям интегральных диагностических показателей сооружения, и данных наблюдений за сооружением в период, предшествующий выходу из строя контрольно-измерительной аппаратуры.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ударных нагрузок на летательных аппаратах (ЛА). Способ включает измерение суммарного вибрационного и ударного процессов измерения суммарного вибрационного и ударного процесса в местах размещения бортового оборудования на концах крыла и концевых частях фюзеляжа ЛА, с применением преобразователей, чувствительные элементы которых реагируют на ускорение, возникающее в месте крепления этих преобразователей, его запись на регистратор.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к стендам, и может быть использовано в авиационной испытательной технике для испытаний элементов беспилотного вертолета с соосными винтами.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытаний на ударные воздействия, и может быть использовано при испытаниях на ударные воздействия различных приборов и оборудования, требования к которым задаются в виде спектра удара.

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния объектов повышенной опасности и может быть использовано для текущей оценки и прогноза безопасной эксплуатации объектов, эксплуатируемых в условиях динамических воздействий.
Изобретение относится к испытательной технике, в частности к ствольным баллистическим установкам для испытаний артиллерийских снарядов и их компонентов на стойкость к нагрузкам артиллерийского выстрела. Стенд содержит основание с установленными на нем разгонным устройством, выполненным в виде натурного артиллерийского орудия, с испытуемым изделием и тормозным устройством. Тормозное устройство оснащено направляющими, из рельсов, закрепленных на регулируемых опорах с переставными элементами, не менее трех, установленными равномерно относительно оси стенда, внутри которых размещена емкость с инерционной массой, расположенной по траектории движения испытуемого изделия. Инерционная масса состоит из отдельных тормозных элементов, размером, равным калибру испытуемого изделия, располагаемых по закону увеличения плотности, рассчитанному из условия поддержания допустимого значения обратных перегрузок. Стенд снабжен скользящим переходником, расположенным между разгонным и тормозным устройствами, и противооткатным устройством в виде массивного упора. Технический результат заключается в повышении точности моделирования натурных нагрузок, уменьшении обратных и нерегламентированных нагрузок на испытуемое изделие при его торможении после выстрела из артиллерийского орудия. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к строительству в области неразрушающего контроля и предназначено для мониторинга технического состояния и диагностики пролетных строений и опор мостовых сооружений различного назначения и конструктивного исполнения в процессе их эксплуатации. Способ реализуется посредством осуществления периодического или непрерывного контроля (мониторинга) основных упругих характеристик, определяющих техническое состояние пролетов и опор: коэффициента жесткости сечения пролетного строения относительно изгиба, коэффициента жесткости относительно угловых перемещений в опорных сечениях пролетов, коэффициента жесткости опор относительно поперечного (вертикального) сдвига, коэффициентов жесткости поперечному сдвигу однородного упругого основания в поперечном и продольном направлениях. Технический результат заключается в повышении достоверности мониторинга технического состояния мостового сооружения для обеспечения его безопасной эксплуатации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил., 7 табл.

Изобретение относится к промышленной акустике и может быть использовано для снижения шума привода машин, для облицовки производственных помещений и в других звукопоглощающих конструкциях. Технический результат заключается в повышении эффективности шумоглушения и надежности конструкции в целом. Стенд для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в производственных помещениях содержит испытуемый объект, который установлен свободно на полу в помещении, а в пяти точках измерения по периметру испытуемого объекта на расстоянии 1 м от его габаритных размеров установлены акустические микрофоны из комплекта акустической аппаратуры, отвечающей требованиям к измерительным комплексам. Количество точек измерения равно пяти, а число измерений в каждой точке равно трем. После замеров проводится расчет шумовых характеристик объекта по определенным математическим выражениям. Исследуемая облицовка выполнена в виде жесткой и перфорированной стенок, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент, выполненный в виде двух слоев: один из которых, прилегающий к жесткой стенке, является звукопоглощающим, а другой, прилегающий к перфорированной стенке, выполнен с перфорацией из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров. В качестве звукоотражающего материала используется материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м3, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом. 3 табл., 6 ил.

Изобретение относится к акустике. В стенде для исследования акустических характеристик звукопоглощающих элементов в заглушенной камере, включающей в себя заглушенную камеру, в которой поглощается падающий на стены звук от испытуемого объекта, устанавливаемого на плавающем полу, при этом заглушенная камера размещается в отдельном здании с фундаментом, стенами, потолочным перекрытием, внутри которого, на автономном фундаменте, размещаются ее стены, плавающий пол, на котором устанавливается испытуемый объект и легкое потолочное перекрытие, при этом заглушенную камеру герметично облицовывают со всех сторон вновь разработанным и подлежащим испытанию звукопоглощающим элементом, при этом уровень звуковой мощности Lр испытуемого объекта определяется по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lср на его измерительной поверхности, за которую принимают площадь полусферы S, м2, т.е. S=2πr2, затем определяется корректированный уровень звуковой мощности LрА. Технический результат - повышение точности измерения эффективности шумоглушения исследуемых акустических характеристик новых звукопоглощающих элементов. 2 ил.

Изобретение относится к метрологии. В стенде для виброакустических испытаний образцов упругих и шумопоглощающих элементов, содержащем основание, на котором закреплена переборка, в качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке, а на переборке установлена стойка для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытуемых элементов, при этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируются индикатором перемещений. На основании и переборке закреплены датчики виброускорений, сигналы от которых поступают на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, при этом для настройки работы стенда используется частотомер и фазометр, при этом для определения собственных частот каждой из исследуемых систем виброизоляции производится имитация ударных импульсных нагрузок на каждую из систем и записываются осциллограммы свободных колебаний, при расшифровке которых определяют собственные частоты систем виброизоляции и логарифмический декремент затухания колебаний. Комбинированная шумопоглощающая облицовка выполнена в виде жесткой и перфорированной стенок, между которыми расположен многослойный звукопоглощающий элемент, который выполнен в виде двух слоев: один из которых, прилегающий к жесткой стенке, является звукопоглощающим, а другой, прилегающий к перфорированной стенке, выполнен с перфорацией из звукоотражающего материала сложного профиля, состоящего из равномерно распределенных пустотелых тетраэдров, при этом в качестве звукоотражающего материала применен материал на основе алюминесодержащих сплавов с последующим наполнением их гидридом титана или воздухом с плотностью в пределах 0,5…0,9 кг/м3 со следующими прочностными свойствами: прочность на сжатие в пределах 5…10 МПа, прочность на изгиб в пределах 10…20 МПа, например пеноалюминий, или звукоизоляционные плиты на базе стеклянного штапельного волокна типа «Шумостоп» с плотностью материала, равной 60÷80 кг/м3, или материал на основе магнезиального вяжущего с армирующей стеклотканью или стеклохолстом. Технический результат - расширение технологических возможностей испытаний объектов. 8 ил.

Изобретение относится к промышленной акустике. В заглушенной камере, в которой поглощается падающий на стены звук от испытуемого объекта, устанавливают испытываемый объект на плавающий пол, при этом заглушенную камеру размещают в отдельном здании с фундаментом, стенами, потолочным перекрытием, внутри которого, на автономном фундаменте, размещают ее стены, плавающий пол, на котором устанавливают испытуемый объект и легкое потолочное перекрытие, заглушенную камеру герметично облицовывают со всех сторон вновь разработанным и подлежащим испытанию звукопоглощающим элементом, при этом уровень звуковой мощности Lp испытуемого объекта определяют по результатам измерений среднего уровня звукового давления Lcp на его измерительной поверхности, за которую принимают площадь полусферы S, м2, т.е. S=2πr2, где r - расстояние от центра испытуемого объекта до точек измерений; S0=1 м2, затем определяется корректированный уровень звуковой мощности LpA. Технический результат - повышение точности измерения эффективности шумоглушения исследуемых акустических характеристик новых звукопоглощающих элементов. 3 ил.

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использовано при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений. Способ включает выбор контролируемых элементов строительного объекта, по состоянию которых судят о состоянии строительного объекта, регистрацию значений измеренных параметров, характеризующих состояние выбранных контролируемых элементов, вычисление текущих значений контролируемых параметров по результатам измерений и их обработку методом мягких измерений. Далее производится определение состояний контролируемых параметров по результатам сравнения вычисленных значений с пороговыми значениями контролируемых параметров, идентификация состояния контролируемых элементов иили строительного объекта в целом на основании выбора худшего состояния соответствующих контролируемых параметров, отображение в наглядной форме мониторинговой информации и результатов оценки отдельных контролируемых элементов иили строительного объекта в целом. Технический результат заключается в повышении достоверности определения конструкций, находящихся в аварийном или предаварийном состоянии, повышении точности определения состояния контролируемых конструкций и объекта в целом, повышении быстродействия за счет уменьшения массива обрабатываемой информации.

Наверх