Введение к работе
з
Актуальность темы. На современном этапе развития общества значительно возрос интерес к обеспечению безопасности жизнедеятельности людей и защиты окружающей среды от воздействия техногенных и природных опасных факторов. В последнее время существует тенденция значительного увеличения размеров территорий, вновь вовлекаемых и используемых в промышленной и гражданской деятельности человека. Как следствие этого, происходит активизация опасных природ-но-техногенных процессов, связанных с изменением техногенной нагрузки на геологическую среду. Данные процессы могут протекать как медленно, постепенно накапливая изменения, так и быстро, скачкообразно приводя природно-технические системы к катастрофам.
Многочисленные примеры экологических аварий и кризисных предаварийных ситуаций, как на объектах жизнеобеспечения людей, так и в промышленных производственных зонах, возникающих вследствие постоянно растущей техногенной нагрузки на геологическую среду, служат убедительным доказательством серьезности проблемы и необходимости усовершенствование систем геодинамического контроля.
Современные системы геодинамического контроля, построенные на базе геоэлектрических методов зондирования, обеспечивают высокоточное слежение за экзогенной геодинамикой среды и позволяют предопределить возможные критические ситуации. Основные теоретические и методические положения организации геоэлектрического контроля подробно освещены в работах ученых: Жданова М.С., Уайта Д., Хмелевского В.К., Шевнина В.А., Светова Б.С, Страхова В.Н., Бердичев-ского М.Н., Кузичкина О.Р., Спичака В.В., Огильви А.А., Иванова А.П., Шаманина СВ. и др.
Подобные системы эффективны при проведении долговременного геомониторинга и для реализации функции геодинамического контроля, предназначенного для оперативной реакции на критичные геодинамические изменения объекта. Высокая эффективность достигается увеличением чувствительности измерительной системы за счет начальной установки, оперативной подстройки и управления источниками зондирующих сигналов. Однако следует отметить, что повышение чувствительности приводит к возрастанию уровня помех, действующих на объект исследования и на саму измерительную систему. Как показал опыт эксплуатации геоэлектрических установок в системах геодинамического контроля основным помехообразующим фактором, ограничивающим возможности этих систем, является температурная помеха. На практике использования геоэлектрических систем контроля уровень температурных помех в некоторых случаях на порядок превосходит уровень полезного сигнала.
В этой связи, разработка новых методов и средств компенсации температурных помех в системах геоэлектрического контроля геодинамических объектов, позволит уменьшить их влияние на результаты контроля. Решение данной проблемы является актуальным и позволит существенно повысить эффективность работы систем геоэлектрического контроля.
Объектом исследования в данной работе являются геоэлектрические системы геодинамического контроля, построенные на базе многополюсных электроустановок.
В качестве предмета исследования рассматриваются принципы компенсации и модели влияния температурных помех в телеметрических системах геоэлектрического контроля геологических сред.
Целью диссертационной работы является уменьшение влияния температурных помех на результаты геоэлектрического контроля и улучшение характеристик обнаружения кризисных геодинамических изменений приповерхностных неодно-родностей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Исследование влияния температуры на точность геодинамических оценок в системах геоэлектрического контроля геодинамики приповерхностных неодно-родностей и построение модели температурных помех.
Анализ и обоснование метода компенсации температурных помех в телеметрической системе регистрации и обработки геоэлектрических сигналов.
Исследование и разработка устройств компенсации температурного влияния в измерительных каналах телеметрических систем геодинамического контроля на базе многополюсных электроустановок.
Обоснование принципа регрессионной обработки временных рядов в телеметрической системе геоэлектрического контроля с температурной коррекцией полученных результатов.
Исследование и разработка устройств динамического позиционирования многополюсных электроустановок для повышения геодинамической чувствительности в системах геоэлектрического контроля.
Методы исследования Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы методы математической статистики, теории принятия решений, теории поля, вычислительной математики, регрессионного и спектрального анализа, математического и имитационного моделирования.
Научная новизна.
На основе проведенного исследования определено влияние температуры на точность геодинамических оценок в системах геоэлектрического контроля и построена модель температурных помех при регистрации геодинамики приповерхностных неоднородностей геоэлектрическими методами.
Предложен и обоснован метод компенсации влияния температурных помех при регистрации и обработке геоэлектрических сигналов, отличающийся совместным применением аппаратной и пространственной геодинамической температурной компенсации, позволяющий снизить влияния температурных вариаций на точность определения пространственно-временных геодинамических параметров.
Обоснован принцип регрессионной обработки регистрируемых данных на основе применения разработанной базовой геоэлектрической модели, учитывающей влияние температурных геодинамических помех.
Разработан принцип динамического позиционирования и компенсационного управления многополюсными электроустановками, отличающийся фазовым формированием зондирующих сигналов, позволяющий обеспечить частотную инвариантность и увеличить геодинамическую чувствительность систем контроля в условиях действия температурных помех.
5 Практическая ценность результатов заключается в следующем:
- разработанные и защищенные патентами устройства компенсации влияния
температуры в измерительных каналах телеметрических систем геодинамического
контроля на базе многополюсных электроустановок позволяют уменьшить темпера
турные помехи в линиях связи телеметрических систем контроля геодинамических
объектов;
разработанные и защищенные патентами устройства формирования зондирующих сигналов и их фазового управления в многополюсной геоэлектрической установке, позволяют обеспечить оперативное позиционирование и изменение частоты зондирующего сигнала;
применение разработанного метода и средств компенсации температурных помех при создании специализированных систем контроля приповерхностных экзогенных процессов, позволило увеличить геодинамическую чувствительность при контроле карстовых процессов.
Основные положения, выносимые на защиту:
Модель влияния температурных помех в системах геоэлектрического контроля геодинамики приповерхностных неоднородностей.
Метод и устройства компенсации влияния температуры в измерительных каналах телеметрических систем геодинамического контроля, построенных на базе многополюсных электроустановок.
Принцип регрессионной обработки временных рядов в телеметрической системе геоэлектрического контроля с температурной коррекцией полученных результатов, основанный на регистрации температуры в среде и на использовании базовой геоэлектрической модели, учитывающей влияния температуры.
Фазовый принцип управления токами зондирующих сигналов многополюсной электроустановки и устройства обеспечения частотной инвариантности в системе геоэлектрического контроля.
Реализация и апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях и опубликованы в материалах и трудах: на международной молодежной научной конференции «XII Туполевские чтения» (г. Казань, 2004г.); в материалах 6-й международной научно-технической конференции «Перспективные технологии в средствах передачи информации» (г. Владимир, 2005); на 13-й и 14-й международных научно-технических конференциях «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (Рязань, 2004 - 2005 гг.); на 17-й международной конференции «СВЧ - техника и телекоммуникационные технологии», (Севастополь, Украина, 2007); на 2-й международной научной конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Ростов-на-Дону, 2008г.).
Результаты диссертационной работы внедрены:
при организации геодинамического контроля карстовых процессов в Нижегородской области с ООО «Противокарстовая защита» г. Дзержинск Нижегородской обл.;
в учебный процесс по специальностям «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети», «Приборы и методы контроля качества и диагностики», «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» в Муромском институте (филиале) «ВлГУ имени А. Г. и Н. Г. Столетовых»;
6 - при создании экспериментальной электроустановки геодинамического контроля по гранту РФФИ «Разработка системы геомониторинга для обеспечения безопасности эксплуатации промышленных объектов на закарстованных территориях с использованием геоинформационных технологий».
Диссертационные исследования выполнялись в рамках: ГБ НИР МИ ВлГУ № 376/01 «Анализ и синтез электронных систем с применением компьютерных технологий» (Инв. № 02.2007.03232, № гос.рег. 01.200.108484); Грант РФФИ по поддержки молодых ученых «Исследование механо-электрических явлений в горных породах» (№ 600052/99), Грант РФФИ «Разработка системы геомониторинга для обеспечения безопасности эксплуатации промышленных объектов на закарстованных территориях с использованием геоинформационных технологий» (№ 08-07-99032).
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 5 печатных работ в журналах перечня ВАК РФ, и получено 6 патентов на полезную модель.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы имеющего 114 наименований. Общий объем диссертации 132 с, в том числе списка использованных источников включающего 114 наименований. Таблиц 6, рисунков 42.
