Министерство транспорта Российской Федерации
ФГУП «ЗащитаИнфоТранс»

Разработка комплексной системы безопасности транспортной инфраструктуры на примере мостового перехода на о. Русский

Под мониторингом мостов принято понимать наблюдение за состоянием всего сооружения или его отдельных наиболее ответственных элементов. Для этого выполняется экспериментальная оценка количественных параметров (измерение) и качественных призна­ков, характеризующих их техническое состояние. К таковым, прежде всего, относятся геометрические параметры, напряженно-деформированное состо­яние, температура элементов соору­жения, динамические характеристики, дефекты, нагрузки и воздействия, ат­мосферные и другие условия эксплу­атации, жесткостные, прочностные и прочие свойства конструкции и мате­риалов. Оцениваться могут как действу­ющие значения параметров, так и их изменение в процессе мониторинга.

Техническое состояние конструкций и условий их эксплуатации определяются на основе сопоставления измеренных диагностических показателей с крите­риальными значениями или данными расчетов. При этом различают пред­упреждающий и предельный уровень значений диагностических показателей состояния объекта. При достижении предупреждающего уровня прочность, устойчивость, деформации объекта еще соответствуют условиям нормаль­ной эксплуатации. При превышении предельного уровня диагностического показателя состояния эксплуатация объ­екта или его части в проектных режимах считается недопустимой. По сути, при подобном подходе имеет место «поро­говый» подход к оценке состояния. Он вполне уместен для предупреждения предаварийных и аварийных состояний.

Главными критериями, определяющими надежность строительного объекта, как известно, являются его соответствие на­значению и способность сохранять тре­буемые эксплуатационные качества в течение установленного срока службы. Для определения показателей надежно­сти с использованием вероятностных методов режима в качестве случайных величин принимаются внешние нагрузки и параметры прочности материалов и конструкций. В качестве статистических характеристик случайных величин при­нимается среднее значение и коэффици­ент вариации. Требуемые статистические характеристики нагрузок и несущей спо­собности (прочности) конструктивных элементов можно получить при монито­ринге сооружения, включая изучение ис­полнительной документации по объекту.

Основные цели организации непрерыв­ного мониторинга мостового сооруже­ния следующие:

- инструментальные измерения пара­метров состояния моста с непрерывной регистрацией данных;

- анализ информации о фактическом состоянии моста и сравнение с заранее установленными требованиями, крите­риями для принятия решений о безопас­ном режиме эксплуатации;

- накопление данных о работе моста при воздействии реальных подвижных нагрузок и природных факторов с це­лью совершенствования проектиро­вания, строительства, эксплуатации и оценки эффективности ремонта.

При организации и проведении непре­рывного мониторинга решаются задачи:

- предоставление информации о те­кущей дорожной обстановке на мосту, образовании заторов, наличии препят­ствий для нормального движения транс­порта;

- оценка безопасности движения с по­зиции погодных условий; - выявление фактов прохождения сверхнормативных нагрузок с фикса­цией времени и визуализации события, оценка соответствия их грузоподъемно­сти моста;

- определение воздействий на мост на­грузок сейсмического характера, воз­можных оползневых процессов;

- выявление деформаций конструкции, причин появления дефектов и прогно­зирование их развития;

- накопление информации о режимах загружения конструкции в ответствен­ных узлах и точках, оценка накопленных усталостных повреждений;

- оценка соответствия работы конструк­ции расчетной модели и регистрация фактов выхода параметров конструк­ции из допустимых пределов;

- оценка надежности мостовой кон­струкции и необходимости ремонтных мероприятий;

- исследование эксплуатационных воз­действий на сооружение и т.п.

Мониторинг рабочего состояния кон­струкций мостовых переходов является, несомненно, одним из самых сильных инструментальных средств для управ­ления инфраструктурой, обеспечения безопасной эксплуатации и беспере­бойности технологических процессов. По функциональному или другому принципу данные автоматизированные системы могут быть подразделены на подсистемы. На крупных или важных транспортных магистралях сегодня все чаще устанавливаются комплексные ав­томатизированные системы, управляю­щие дорожным движением (подсистема АСУДД), наблюдением и обеспечением безопасности (подсистема безопасно­сти). Способность подсистемы монито­ринга состояния конструкций выдавать результаты анализа напряженно-дефор­мированного состояния в виде уровня загрузки по отношению к предельной (или допустимой) можно рассматривать как свойство подсистемы обеспечения безопасности.

Каждая подсистема способна работать как отдельная система. Выбор их кон­фигурации зависит от целей и задач, которые ставит перед собой заказчик. Однако наиболее правильным и со­временным решением является ком­плексный подход, когда три названные системы объединяются в единый ком­плекс под общим управлением и раз­мещаются в едином центре управления мониторингом (ЦУМ). В этом случае значительно сокращаются затраты на устройство систем, так как использу­ются одни и те же ресурсы: системное оборудование (сеть и серверы), отдель­ные регистрирующие блоки (например, метеооборудование), вспомогательное оборудование (бесперебойное электро­снабжение), помещение, инфраструкту­ра, обслуживание и т.д.

Примером такого подхода может слу­жить разработка системы мониторинга мостового перехода на о. Русский через пролив Босфор Восточный, представля­ющая собой совокупность четырех под­систем (рис. 1).

Рис. 1. Система мониторинга (СМ)

 

Программно-аппаратный комплекс (ПАКСМ)

ПАКСМ (рис. 2) является связующим звеном всех подсистем системы мо­ниторинга и инструментом информа­ционной, аналитической поддержки управления эксплуатацией моста. Ком­плекс отвечает за обеспечение ин­терфейса СМ, предоставление общих ресурсов, находящихся в центре управ­ления мониторингом, предоставление телефонной связи между системами, предоставление доступа к данным о состоянии моста и состоянии про­граммно-аппаратных средств по сети Интернет, формирование отчетов, ре­чевое оповещение персонала при воз­никновении нештатной ситуации.

                                                               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             Рис. 2. Структурная схема ПАКСМ

 

Задачи ПАКСМ:

- выполнение функции резервного хра­нилища данных о состоянии моста со всех трех подсистем;

- обеспечение возможности взаимо­действия между подсистемами мони­торинга на уровне клиент-серверных приложений;

- создание единой информационно-вычислительной среды в ЦУМе для нормального функционирования всех подсистем мониторинга;

- предоставление возможности отобра­жения исторических данных параме­тров моста и параметров подсистем;

- обеспечение доступа к совокупным данным о состоянии моста по локаль­ной сети и программно-аппаратных средств для входящих систем по сети Интернет и т.д.  

Система мониторинга состояния конструкций моста (СМСКМ)

СМСКМ (рис. 3) осуществляет техни­ческий контроль состояния моста и на­копление данных о работе моста. Она должна включать все необходимые эле­менты и разделы для обеспечения следу­ющих основных целей:

- контроль пространственного положе­ния и формы конструкций моста на всех основных этапах строительства и напря­женно-деформированного состояния конструкций как при строительстве, так и в период эксплуатации;

- информирование эксплуатационной организации о текущем состоянии мо­ста и возникновении сверхнормативных отклонений в поведении конструкции;

- сопоставление текущего напряжен­но-деформированного состояния кон­струкции с расчетным (предельным) и присвоением уровня безопасности в соответствии с классификацией состо­яний конструкции;

- осуществление контроля за метеоро­логическими данными для их учета при оценке напряженно-деформированно­го состояния конструкций моста;

- накопление информации об услови­ях эксплуатации моста для анализа дан­ных и последующей оценки изменений конструкций моста и эффективности конструктивно-технологических реше­ний и др. 

                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          Рис. 3. Система контроля качественного состояния конструкции 

 

Автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД)

АСУДД обеспечивает выполнение тре­бований к пропускной способности, качеству пассажирских и грузовых перевозок, безопасности дорожного движения, транспортно-эксплуатацион­ному состоянию мостового перехода. Данные условия будут достигаться путем использования современных информа­ционных и телекоммуникационных тех­нологий и автоматизации следующих процессов. Функциональное назначе­ние АСУДД:

- сбор и обработка информации о транспортно-эксплуатационном состоя­нии и метеоусловиях с использованием автоматических дорожных метеостан­ций, входящих в состав АСУДД;

- информирование участников дорож­ного движения об условиях движения, ДТП, дорожных работах, метеорологи­ческих условиях и т.п. с использовани­ем информационных табло;

- управление дорожным движением с использованием светофоров, информа­ционных табло, управляемых дорожных знаков, шлагбаумов и дорожных блоки­раторов;

- регулирование транспортного пото­ка через мостовой переход на основе информации, поступающей с датчиков давления СМКМ;

- распознавание и запись в базу данных регистрационных номеров ТС, учет вре­мени нахождения ТС на мосту;

- оперативное регулирование транс­портных потоков при проведении спе­циальных мероприятий и мероприятий по ликвидации чрезвычайных ситуаций с использованием светофоров, шлаг­баумов, дорожных блокираторов, ин­формационных табло, управляемых дорожных знаков;

- контроль скоростного режима движе­ния транспортных средств с передачей информации о нарушителях на мобиль­ные компьютеры, установленные в а/м ДПС, а также архивирование инфор­мации;

- контроль негабаритных грузов и дина­мический весовой контроль.

В АСУДД должны входить подсистемы информирования водителей, контроля въезда и скоростных режимов, передачи данных, электроснабжения и управле­ния мониторингом. Все проектируемые подсистемы смогут обмениваться ис­ходными и обработанными данными, а также работать в автономном режиме (рис. 4). 

                                  Рис. 4. Автоматизированная система управления дорожным движением

Комплексная система безопасности (КСБ)

Система предназначена для инже­нерно-технической защиты всей ин­фраструктуры моста от внешнего воздействия, которое может привести к полному или частичному выводу из строя его элементов или возникно­вению чрезвычайных ситуаций. КСБ является базовой, системообразую­щей частью мониторинга моста на о. Русский. Целью ее внедрения явля­ется защита сооружения от актов не­законного вмешательства (в том числе террористические акты и вандализм), обеспечение безопасности дорожного движения, предотвращение тяжелых последствий аварийных ситуаций. Си­стема должна обеспечить безопасность находящихся на мосту людей и их сво­евременное извещение об опасной си­туации и необходимости эвакуации.

Система будет обеспечивать инже­нерно-техническую защиту всей ин­фраструктуры моста от внешнего воздействия, которое может привести к полному или частичному выводу из строя его элементов или возник­новению чрезвычайных ситуаций. Она позволит повысить эффективность работы служб правопорядка за счет усиления информационно-технической базы, сократить время формирова­ния, выдачи оперативной информации и реагирования на нештатные ситуа­ции оперативными дежурными, сни­зить вероятность принятия ошибочных решений.

КСБ является совокупностью вза­имоувязанных комплексов техни­ческих средств и включает в себя подсистемы передачи данных, видео­наблюдения, охранной сигнализации и контроля доступа, голосового оповеще­ния и управления эвакуацией, опера­тивной голосовой связи в экстренных ситуациях и электроснабжения (рис. 5). 

                                                      Рис. 5. Комплексная система безопасности

Фундаментальной причиной проблем надежности конструкции является низ­кая степень объективности оценок ее состояния в реально протекающих процессах эксплуатации. Для осущест­вления непосредственного управления данным процессом в реальном времени необходима автоматизированная систе­ма управления безопасной ресурсосбе­регающей эксплуатацией. Поэтому на службы эксплуатации, отвечающие за поддержание конструкции моста в рабо­тоспособном состоянии, возлагаются за­дачи безопасной ресурсосберегающей эксплуатации мостового перехода, мак­симального снижения продолжительно­сти ремонтов элементов конструкции, снижения эксплуатационных затрат и потерь путем исключения неэффектив­ных планово-предупредительных и вне­плановых ремонтов. 

С.В. Долмацких,

ФГУП «ЗащитаИнфоТранс»