Способ мониторинга начала аномальных сейсмических процессов

012803 Изобретение относится к информационно-измерительным системам, а именно к способам мониторинга технического состояния строительных сооружений и сигнализации о начале аномальных сейсмических процессов. Мониторинг сложных сооружений осуществляется для долговременного системного контроля над постоянными и возникающими в процессе эксплуатации временными нагрузками, внутренними напряжениями и деформациями конструкций сооружения. Мониторинг должен обеспечить контроль над возникающими напряжениями и усилиями в наиболее уязвимых элементах конструкций и опасных сечениях. Этот контроль необходим для установления соответствия фактического напряженнодеформированного состояния конструкций допустимым нормам, заложенным в проекте данного объекта,и упреждающего обнаружения критических, предаварийных состояний и начала возникновения аномальных сейсмических процессов. Традиционно надзор за безопасностью стратегических объектов и высотных зданий осуществляется, как правило, путем проведения систематического визуального обследования, реже выполняются геофизические и сейсмические исследования. Результатом этих обследований являются заключения или отчеты, представленные на бумажных носителях, проанализировать которые за многие годы эксплуатации сооружений весьма затруднительно. А еще труднее диагностировать поведение сооружений и конструкций и давать рекомендации по их дальнейшей эксплуатации. В связи с этим в последние годы стали создаваться для таких объектов системы мониторинга, в способах которых используются методы системного анализа сигналов, поступающих от измерительных приборов, расположенных на контролируемых сооружениях. Известен мониторинг конструктивной безопасности и надежности технически сложных и социально-значимых строительных объектов (1). Этот мониторинг осуществляет, периодически и планово, сбор,систематизацию и анализ информации о техническом состоянии контролируемых объектов и предназначен для формирования банка данных технического состояния строительных объектов, для установления соответствия контролируемого объекта правилам технической эксплуатации и своевременного выявления объектов, требующих ремонта. Но здесь не предусмотрена возможность анализа и оповещения об изменении нормальной сейсмической ситуации. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является компьютерный способ мониторинга для диагностики и технического состояния теплоэлектростанций (2), включающий традиционные методы системного анализа сигнала. Способ содержит сбор, хранение и обработку информации и сравнение заранее заложенных в систему предельно допустимых показателей состояния сооружений с текущей информацией и выдаче диагноза их состояний. Однако результатом этого мониторинга являются только данные, характеризующие состояние самого объекта, и не отражают изменение сейсмологической обстановки. Кроме того, этот способ не обеспечивает надежное диагностирование и прогноз. Это происходит, потому что реальный сигнал, поступающий с контролируемых объектов (которые с течением времени меняют свое состояние), не всегда адекватен происходящим изменениям и не может отражать наличие в контролируемом объекте возникающих микроповреждений и/или микротрещин. Задача изобретения состоит в создании помехомониторинга - достоверного способа отслеживания начала аномальных сейсмических процессов по мониторингу технического состояния строительных сооружений, используя информативные признаки параметров помехи реального сигнала как носителя полезной информации о спонтанно возникающих при этих процессах микроизменениях в сооружениях. Сущность изобретения состоит в том, что способ мониторинга начала аномальных сейсмических процессов включает сбор, обработку измерительной информации и выработку текущих информативных признаков, сравнение их с множеством эталонных информативных признаков и выдачу рекомендации. Сбор измерительной информации производится одновременно от множества объектов. В качестве информативных признаков способ использует гистограмму помехи W, статистические оценки и функции, включающие математическое ожидание m помехи, оценку дисперсии D помехи, математическое ожидание mx корреляционную функцию Rx полезного сигнала полезного сигнала x(it), оценку дисперсии Dx полезного сигнала x(it), которые вычисляются с помощью алгоритмов: Сравнительный анализ заявляемого изобретения с прототипом показал, что заявляемое изобретение отличается от прототипа новыми существенными признаками, в качестве которых используются информативные признаки параметров помехи. Эти параметры обладают исключительной чувствительностью(3) к изменению технического состояния объекта мониторинга (помехомониторинга), что позволяет заблаговременно отследить начало нештатной ситуации. Следовательно, изобретение обладает новизной. Кроме того, измерительная информация, обладающая повышенной чувствительностью к сейсмическим процессам, поступает от множества высотных зданий и сооружений, расположенных территориально на значительных расстояниях друг от друга, что повышает ее достоверность. Следовательно, заявляемый способ обладает чувствительностью и достоверностью, что дает возможность заблаговременно диагностировать начало аномальных сейсмических процессов. А механизм реализации вычисления информативных признаков и принятия решения в том виде, как он представлен в изобретении, позволяет сделать вывод, что изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.-2 012803 На фиг. 1 показана схема реализации способа мониторинга начала аномальных сейсмических процессов: А - объекты мониторинга (высотные здания); В - устройства передачи измерительной информации с виброакустических датчиков, расположенных на объектах мониторинга; С - устройства приема измерительной информации; 1 - блок сбора и обработки измерительной информации. На фиг. 2 представлена функциональная блок-схема, реализующая данный способ. Она содержит блок 1 сбора измерительной информации, поступающей от датчиков; блоки 2-7 предварительной обработки измерительной информации и выработки информативных признаков в виде W, m, D, Rx, mx и Dx соответственно; блок 8 формирования эталонных множеств и распознавания изменения параметров технического состояния объекта мониторинга; блок 9 принятия решения. Способ осуществляется следующим образом. Измерительная информация в виде зашумленных сигналов от виброакустических датчиков В, расположенных на объектах А мониторинга, например высотных зданиях, поступает через приемопередающее устройство С на блок 1 (блок сбора измерительной информации), где происходит ее преобразование в цифровые сигналы gk(it) для дальнейшей обработки в блоках 2-7. В блоках 2-7 для каждого из сигналов gk(it) вычисляются гистограмма помехи W, оценки математических ожиданий помехи m и полезного сигнала mx, дисперсии помехи D и полезного сигнала Dx, а также взаимно корреляционная функция Rx. Значения параметров, полученных с блоков 27, поступают в блок 8. Причем на начальном этапе (этап обучения) реализации данного способа эти значения образуют эталонные множества для сравнения с текущими значениями информативных признаков,в качестве которых используются значения параметров, полученных на выходе блоков 2-7. Эти эталонные множества представляют собой интервалы информативных признаков, в пределах которых возможны колебания значений текущих информативных признаков при нормальном техническом состоянии. Данные колебания происходят, как правило, от изменения внешних воздействий, таких как, например,суточные или сезонные колебания температуры окружающей среды. Если текущие информативные признаки при сравнении с эталонными отличаются от эталонных и эти отличия (они имеют значения W, m, D, Rx, mx и Dx) одновременно имеют место для большинства объектов мониторинга, то данное отклонение считается признаком начала аномальных сейсмических процессов. В этом случае текущие информативные признаки пересылаются в блок 9, в котором по пороговым значениям оценивается вероятность начала аномальных сейсмических процессов,на основании которых принимается соответствующее решение: от простого оповещения об уровне опасности до эвакуации населения. Принимаемые решения могут носить многоуровневый характер и зависеть как от области пороговых значений информативных признаков, так и от степени необходимой и/или обязательной информированности городского руководства. Пример. Помехомониторинг изменения технического состояния объекта. Если для нормального технического состояния пороговое значение S составляет 150 единиц, а для безопасных нарушений 900, то возможны 3 случая: 1) если S150, то результат блока 9: техническое состояние объекта мониторинга удовлетворительное; 2) если 150S900, то результат блока 9: техническое состояние объекта нарушено, необходимо принять меры; 3) если S900, то результат блока 9: большая вероятность разрушения объекта, включается сигнализация о необходимости эвакуации людей. При этом в случаях 2 и 3 текущие информативные признаки запоминаются как эталонные для данного нарушения технического состояния объекта мониторинга, что позволит при повторении подобного нарушения оперативно принять необходимые меры. Предлагаемый помехомониторинг - способ мониторинга начала аномальных сейсмических процессов, сочетающий диагностику технического состояния контролируемого объекта с оценкой сейсмической ситуации, является достоверным, точным и надежным. Он позволяет заблаговременно прогнозировать не только изменение технического состояния объекта, но и сигнализировать о начале аномальных сейсмических процессов. Последнее особенно важно для сейсмически опасных районов, так как заблаговременное оповещение населения об ухудшении сейсмической обстановки позволит избежать многочисленных человеческих жертв. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ мониторинга начала аномальных сейсмических процессов, включающий сбор, обработку измерительной информации и выработку текущих информативных признаков для сравнения их с множеством эталонных информативных признаков и выдачу решения, отличающийся тем, что для получения измерительной информации используют вибродатчики, установленные на крышах высотных зданий,расположенных на значительных расстояниях друг от друга, измеренные сигналы от вибродатчиков обрабатывают и представляют в виде информативных признаков, которые передают на центральный пункт мониторинга, где полученные информативные признаки сравнивают с эталонными информативными признаками, рассчитанными ранее, а при одновременном отклонении от эталонных текущих информативных признаков делают вывод о начале аномального сейсмического процесса, причем в качестве информативных признаков, позволяющих фиксировать начало зарождения аномального сейсмического процесса, используют гистограмму помехи; статистические оценки и функции, включающие математическое ожидание помехи, оценку дисперсии помехи, взаимно корреляционную функцию полезного сигнала и помехи, математическое ожидание полезного сигнала и оценку дисперсии полезного сигнала, которые вычисляются следующими алгоритмами соответственно: где '(it) и (it) - выделенные помехи для получения гистограммы;m - математическое ожидание помехи (it);i - порядковый номер отсчета в выборке значений сигнала g(it);t - шаг дискретизации сигнала g(it);N - количество отсчетов сигнала g(it);sgn(x) - функция, возвращающая знак величины х;- взаимно корреляционная функция полезного сигнала x(it) помехи (it);mx - математическое ожидание полезного сигнала x(it);Dx - дисперсия полезного сигнала х(it). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при отклонении от эталонных текущих информативных признаков, полученных от датчика группы зданий, делают вывод о начале процесса оползня.