Устройство для мониторинга активизаций оползней на горных дорогах

Полезная модель относится к геофизике, в частности к радиоволновым устройствам для изучения верхней части геологического разреза (ВЧР), контроля и прогноза напряженно-деформированного состояния верхнего слоя и предназначено для мониторинга активизаций оползней на горных дорогах и выявления локальных неоднородностей, а именно оползней.
Известно устройство для обнаружения локальных неоднородностей и геодинамических зон верхней части геологического разреза ВЧР, входящее в состав устройства для поиска и определения границ тектонических нарушений при разработке угольных месторождений, содержащее приемную антенну, соединенную с визирной трубой и приемником радиоволн, установленные на штативе, при этом штатив снабжен токонепроводящей штангой, которая прикреплена к штативу с возможностью вращения в верхней ее части, приемная антенна закреплена в нижней части токонепроводящей штанги через карданный шарнир, образуя свободно подвешенный шарнирный маятник (Авторское свидетельство СССР 1721242, Е21С 41/18, опубл. 23.03.1992).
Наиболее близким является устройство для обнаружения локальных неоднородностей и геодинамических зон верхней части геологического разреза ВЧР, содержащее две антенны, расположенные взаимно ортогонально, одна из которых ориентирована вертикально, и подсоединенные к приемному устройству (Патент РФ на изобретение 2328021, G01V 3/12, опубл. 10.02.2008).
Задачей полезной модели является создание стационарного устройства для геофизической разведки местности, обеспечивающего выявление критического состояния потенциально опасного участка (ПОУ) в процессе оперативного исследования с высокой точностью при одновременном обеспечении стабильности диаграммы направленности антенного блока в пространстве.
Поставленная задача решается тем, что устройство для мониторинга активизаций оползней на горных дорогах содержит стационарный автономный информационный пост с механическим средством, выполненным с возможностью изменения в пространстве положения концевого звена, на котором закреплен радиопрозрачный зонд с измерительной системой, выполненной в виде корпуса с расположенными внутри тремя ортогональными магнитными ферритовыми антеннами Нх, Ну, Hz, и в виде блока антенных усилителей, соединенных с радиоприемником, при этом упомянутый корпус расположен внутри радиопрозрачного зонда и связан с упомянутым концевым звеном, а упомянутый информационный пост подключен к источнику электроэнергии с возможностью обеспечения функционирования механического средства и измерительной системы.
Возможны и другие варианты выполнения полезной модели, согласно которым необходимо, чтобы:
концевое звено было бы выполнено телескопическим;
механическое средство было бы выполнено с блоком управления для регулируемого изменения положения измерительной системы;
корпус был бы связан с упомянутым концевым звеном посредством гироскопа, служащего для стабилизации положения антенного блока независимо от изменения положения концевого звена;
источник электроэнергии был бы выполнен автономным;
информационный пост был бы оборудован светофором.
Указанные признаки полезной модели являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для решения задачи и достижения технического результата, а именно обеспечение локального анализа предрасположенных участков ВЧР с повышением устойчивости, обеспечивающей проведение электромагнитных исследований для мониторинга активизаций оползней на горных дорогах с высокой точностью и оперативностью.
В целом совокупность конструктивных признаков устройства для геомониторинга активизации опасных геодинамических процессов верхней части геологического разреза согласно полезной модели позволяет оперативно осуществлять электромагнитные исследования оползней с высокой разрешающей способностью, точностью, оперативностью и достоверностью.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен автономный пост с измерительной аппаратурой.
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения устройства, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует реальность достижения данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.
Согласно полезной модели (фиг. 1), устройство для мониторинга активизаций оползней на горных дорогах содержит стационарный автономный информационный пост, выполненный в виде опоры 1 с информационным табло 2, оборудованным светофором 3, и солнечной батареей 4 для производства электрической энергии.
Солнечная батарея - несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток, в отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя.
На опоре 1 расположено механическое средство, выполненное в виде механического манипулятора с концевым звеном 5. Механический манипулятор выполнен с возможностью изменения в пространстве концевого звена 5, в простейшем случае он может быть выполнен в виде поворотно установленной крановой стрелы с телескопическим концевым звеном 5, позволяющим размещать измерительную систему в стороне от дорожного полотна в потенциально опасных участков (ПОУ) дороги с целью расширения зоны исследования.
На свободном конце звена 5 закреплен радиопрозрачный зонд 6 с измерительной системой 7, выполненной в виде корпуса 8 с расположенными внутри тремя ортогональными магнитными ферритовыми антеннами Hx, Hy, Hz, и в виде блока 9 антенных усилителей, соединенных с радиоприемником 10.
Корпус 8 расположен внутри радиопрозрачного зонда 6 и связан с упомянутым концевым звеном 5.
С целью автономного функционирования в течение длительного времени и в сложных погодных условиях информационный пост подключен к источнику электроэнергии, выполненному автономным, с возможностью обеспечения работоспособности всех элементов устройства, в частности механического средства, измерительной системы.
В одном из вариантов упомянутый корпус 8 связан с концевым звеном 5 механического средства посредством гироскопа 11, предназначенного для стабилизации положения антенного блока независимо от изменения положения концевого звена 5.
При этом упомянутый манипулятор может быть выполнен с возможностью дистанционного управления расположением измерительной системы 7 в стороне от полотна дороги.
Схематично неподвижная часть 12 гироскопа 11 соединена с концом звена 5, а подвижная (поворотная) часть 13 - с корпусом 8.
Каждая из упомянутых антенн выполнена, в предпочтительном варианте, из ферритовых стержней с размещенными на них катушками, оборудованными электростатическими экранами, расположенными вокруг этих катушек. В электростатическом экране выполнен, по меньшей мере, один поперечный зазор, усиливающий эффект наведения. Упомянутые экраны служат для дополнительного наведения плотности потока естественного импульсного электромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) на катушки.
р
В соответствии с установленной программой на исследуемом участке автомобильной дороги в районе оползневой опасности 14 проводят рекогносцировочное обследования местности, при котором выбирают однородные геодинамически спокойные участки. При этом используют результаты предшествующих инженерно-геологических изысканий специализированных организаций. После этого на спокойных участках по контрольным профилям выполняют диагностику с 6-ти кратным повторением измерений и получают фоновые значения интегральной напряженности Н магнитного поля РПЗ (РПЗ - радиоволновое поле Земли), а также производят выбор и обоснование параметров технических средств и методики измерений.
р
Выполнив указанные исследования, переходят к рабочему профилированию намеченного участка автодороги с возможностью формирования графика Н =f(r) всего этого участка обследования, где r - длина профиля измерений.
o
Следующим этапом функционирования устройства является выявление и оконтуривание потенциально опасных участков (ПОУ) дороги с аномальными величинами, превышающими фоновые значения Н в 5-7 и более раз (см. патент РФ), а также ранжирование их по степени опасности. Для получения доверительной вероятности результатов диагностирования не хуже 0,96 (согласно теории вероятности) на потенциально опасном участке автодороги проводят не менее шести параллельных измерений при пониженной. После этого, строят планкарту потенциально опасного участка (ПОУ) с привязкой его к местности методами GPS с информированием движущегося по дороге транспорта о степени опасности по принципу «светофора», где зеленый цвет - это спокойный ПОУ, желтый цвет - предкритический, а красный цвет - критический ПОУ.
При этом измерительная аппаратура функционирует следующим образом.
В измерительную систему 6 подается электропитание от автономного источника электропитания и на гироскоп 11, который при этом обеспечивает стабильное положение магнитных ферритовых антенн Нх, Ну, Нz относительно исследуемой местности. Взаимное расположение упомянутых антенн обеспечивает отсутствие аномальных значений электромагнитных сигналов при движении устройства над однородной геологической средой (фоновые показания) и четкое выделение аномального сигнала при появлении в зоне исследований геологической неоднородности, в частности оползней. При повторных замерах на аномальных ПОУ определяют его геодинамическую активность и степень активизации. В процессе исследований выявляют не только неоднородности, но и геодинамику, а затем ранжируют их по степени опасности. Используя связь с дорожными службами управления движением, имеется возможность в случае режимных изменений, оценивая опасность геодинамики, управлять движением на автодороге.
Полезная модель может быть использована при организации сети мониторинга для оперативного контроля напряженно-деформированного состояния на аномальных ПОУ автодорог.