Теоретично-експериментальне обґрунтування методики опрацювання геодезичних мереж для визначення зміщень та деформацій гідротехнічних споруд - Смолій, Катерина Богданівна (Національний університет "Львівська політехніка", 2017)
Дисертація містить теоретично-експериментальне обґрунтування методики опрацювання інженерно-геодезичних мереж, що використовують при дослідженні зміщень та деформацій інженерних споруд ГЕС. Виконано опис причин та факторів, які зумовлюють деформаційні процеси в інженерних спорудах. На основі аналізу деформаційних процесів встановлено, що комплексні методи їх моніторингу є найефективнішими та дають максимальну точність результатів. Виконано огляд існуючих методів зменшення впливу систематичних похибок на результати опрацювання результатів вимірювань деформацій та встановлено, що існуючі методи є громіздкими, математично складними та не дозволяють достеменно усунути систематичні похибки з результатів одночасних спостережень. Встановлено, що застосування класичних методів опрацювання геодезичних вимірів в системах автоматизованого моніторингу деформацій інженерних споруд не є ефективними, і тому нами розроблений модифікований параметричний метод опрацювання корельованих між собою результатів вимірів в режимі реального часу з врахуванням систематичних похибок. Отримано теоретичне обгрунтування методу та рівняння поправок для ГНСС, лінійно-кутових вимірів і тригонометричного нівелювання. На основі методу статистичних випробувань доведено переваги модифікованого параметричного методу порівняно з класичним параметричним методом опрацювання інженерно-геодезичних мереж залежно від жорсткості мереж, величин систематичних і випадкових похибок, кількості пунктів і конфігурацій мереж. Встановлено формули для розрахунку ефективності модифікованого параметричного методу порівняно з класичним параметричним методом залежно від кількості пунктів, жорсткості та розмірів мереж, величини систематичних і випадкових похибок. Встановлено, що із збільшенням кількості пунктів в мережі та її жорсткості ефективність модифікованого параметричного методу врівноваження порівняно з класичним параметричним зростає. Виведено формули для оцінки точності визначення деформаційних параметрів прогонів напірних трубопроводів ГЕС залежно від точності геодезичних вимірів та апробовано їх на дериваційному трубопроводі Теребле-Ріцької ГЕС. На основі експериментальних досліджень встановлено, що точність визначення деформацій є на порядок вищою ніж величини самих деформацій. За результатами опрацювання реальних ГНСС-мереж доведено ефективність використання модифікованого параметричного методу порівняно з класичним параметричним методом. Точність досягає 10÷20% для мереж з ідеальними умовами видимості супутників та задовільною тривалістю спостережень, а для мереж з екстремальними умовами (частково обмежена видимість супутників та занижена тривалість вимірів векторів) похибки визначення координат пунктів при опрацюванні модифікованим параметричним методом є на 10÷50% меншими ніж класичним параметричним, що підтверджує ефективність застосування модифікованого параметричного методу. На основі апріорного розрахунку точності ГНСС-мереж, виконаного модифікованим параметричним та класичним параметричним методами врівноваження, встановлено, що похибки, визначені класичним параметричним методом, є на 60% меншими ніж реальні похибки, а для модифікованого параметричного методу вони відрізняються у межах 20%, що вказує на значно більшу достовірність апріорної оцінки точності модифікованого параметричного методу та дозволяє його рекомендувати для врівноваження інженерно-геодезичних мереж, особливо на гідротехнічних спорудах зі складним рельєфом та обмеженими умовами видимості супутників. Диссертация содержит теоретико-экспериментальное обоснование методики обработки инженерно-геодезических сетей, использующих при исследовании смещений и деформаций инженерных сооружений ГЭС. Выполнено описание причин и факторов, которые обусловливают деформационные процессы в инженерных сооружениях. На основе анализа деформационных процессов установлено, что комплексные методы их мониторинга являются наиболее эффективными и дают максимальную точность результатов. Выполнен обзор существующих методов уменьшения влияния систематических погрешностей на результаты обработки результатов измерений деформаций и установлено, что существующие методы являются громоздкими, математически сложными и не позволяют точно устранить систематические погрешности из результатов одновременных наблюдений. Установлено, что применение классических методов обработки геодезических измерений в системах автоматизированного мониторинга деформаций инженерных сооружений не эффективны, и поэтому нами разработан модифицированный параметрический метод обработки коррелированных между собой результатов измерений в режиме реального времени с учетом систематических погрешностей. Получено теоретическое обоснование метода и уравнения поправок для ГНСС, линейно-угловых измерений и тригонометрического нивелирования. На основе метода статистических испытаний доказано преимущества модифицированного параметрического метода по сравнению с классическим параметрическим методом обработки инженерно-геодезических сетей в зависимости от жесткости сетей, размеров систематических и случайных погрешностей, количества пунктов и конфигураций сетей. Установлено формулы для расчета эффективности модифицированного параметрического метода по сравнению с классическим параметрическим методом в зависимости от количества пунктов, жесткости и размеров сетей, размеров систематических и случайных погрешностей. Установлено, что с увеличением количества пунктов в сети и ее жесткости эффективность модифицированного параметрического метода уравновешивания по сравнению с классическим параметрическим растет. Выведены формулы для оценки точности определения деформационных параметров прогонов напорных трубопроводов ГЭС в зависимости от точности геодезических измерений и апробирована их на деривационном трубопроводе Теребле-Рицкой ГЭС. На основе экспериментальных исследований установлено, что точность определения деформаций на порядок выше, чем величины самых деформаций. По результатам обработки реальных ГНСС-сетей доказана эффективность использования модифицированного параметрического метода по сравнению с классическим параметрическим методом. Точность достигает 10 ÷ 20% для сетей с идеальными условиями видимости спутников и удовлетворительной продолжительностью наблюдений, а для сетей с экстремальными условиями (частично ограниченная видимость спутников и заниженная продолжительность измерений векторов) ошибки определения координат пунктов при обработке модифицированным параметрическим методом является на 10 ÷ 50% меньше, чем классическим параметрическим, что подтверждает эффективность применения модифицированного параметрического метода. На основе априорного расчета точности ГНСС-сетей, выполненного модифицированным параметрическим и классическим параметрический методами уравновешивания, установлено, что погрешности, определенные классическим параметрическим методом, является на 60% меньше, чем реальные ошибки, а для модифицированного параметрического метода они отличаются в пределах 20%, что указывает на значительно большую достоверность априорной оценки точности модифицированного параметрического метода и позволяет его рекомендовать для уравновешивания инженерно-геодезических сетей, особенно на гидротехнических сооружениях со сложным рельефом и ограниченными условиями видимости спутников. The dissertation contains theoretical and experimental substantiation of engineering-geodetic networks processing method used in the study of displacements and deformations of the hydroelectric power station’s engineering constructions. A description of reasons and factors, which predetermine deformation processes in engineering structures, is provided. Based on the analysis of deformation processes, it is established that complex methods of monitoring are the most effective and give the maximum accuracy of the results. A review of the existing methods for the reduction of the influence of systematic errors for processing results of measurements of deformations is fulfilled. It is determined that the existing methods are cumbersome, mathematically complex and not reliably eliminate bias from the results of simultaneous observations. The usage of classical methods of geodetic measurements processing in automatic deformation monitoring of engineering structures are not efficient and, therefore, a modified parametric method of treatment of correlated measurements in real time, taking into account systematic errors, has been developed. The theoretical justification of the method and the equations of the amendments for GNSS, linear-angular measurements, and trigonometric leveling have been obtained. Based on the method of statistical tests the benefits of a modified parametric method compared to the classical parametric method of engineering-geodetic networks processing are proven, depending on the stiffness of the networks, the magnitudes of systematic and random errors, and the number and configurations of networks. Formulas to calculate the efficiency of a modified parametric method compared to the classical parametric method depending on the number of points, stiffness, sizes of networks, and the magnitude of systematic and random errors are established. It is determined that with the increase in the number of points in the network and its stiffness, efficiency of the modified parametric method of adjustment compared to the classical parametric method, increases. The formulas for evaluating the accuracy of determining the deformation parameters of the pressure piping HPP runs, depending on the precision of geodetic measurements were developed and tested on high line conduit of Tereble-Ritska HPP. Based on the experimental studies, it is established that the accuracy of determination of deformation is much higher than the values of the deformations themselves. The results of real GNSS-networks processing proved the effectiveness of a modified parametric method usage compared to the classical parametric method. Accuracy reaches 10÷20% for networks with ideal conditions of satellites visibility and satisfactory duration of observations. For networks with extreme conditions (partially limited satellites visibility and underestimated duration of the vectors measurement) the determination error of points coordinates in the processing of a modified parametric method is 10÷50% lower than the classic parametric method, which confirms the effectiveness of using a modified parametric method. Based on a priori calculation of GNSS networks precision made by modified parametric and classical parametric balancing methods, it is discovered that errors, determined by the classical parametric method are 60% less than real. For a modified parametric method, they differ in the range of 20%, indicating significantly greater accuracy of the a priori estimates of the modified parametric method’s accuracy and allow recommending this method for the adjustment of engineer-geodetic networks, especially for hydraulic structures with rugged topography and restricted visibility of satellites.
Теоретико-экспериментальное обоснование методики обработки геодезических сетей для определения смещений и деформаций гидротехнических сооружений
Theoretical and experimental substantiation of a geodetic networks processing technique for the determination of displacements and deformations of hydraulic structures
Keywords: деформація інженерних споруд; методика опрацювання геодезичних мереж; модифікований параметричний метод врівноваження; геодезичний моніторинг ГЕС; систематичні похибки; деформация инженерных сооружений; методика обработки геодезических сетей; модифицированный параметрический метод уравновешивания; геодезический мониторинг ГЭС; систематические погрешности; deformation of engineering structures; methods of geodetic networks processing; a modified parametric adjustment method; HPP geodetic monitoring; systematic errors