авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 |

Геоэкологические проблемы оползнеопасных территорий и их решение с использованием геодезических методов

-- [ Страница 7 ] --

К сожалению, большинство статистических тестов показывает корреляции между случайными числами, что сказывается затем на результатах моделирования. По нашему мнению, лучшим тестом будет использование генератора для моделирования реальной задачи, правильные результаты которой известны. Из сравнения полученных результатов и имеющихся достоверных данных можно будет сделать вывод о качестве работы генератора. Если количество статистических испытаний достаточно велико, то полученные результаты моделирования системы приобретают статистическую устойчивость и с достаточной точностью могут быть приняты в качестве оценок искомых характеристик процесса функционирования системы. Большинство компьютеров и программных оболочек предоставляют пользователю генератор случайных чисел. Наиболее простой и доступный из них дает Microsoft Excel из программного обеспечения IBM PC, но более 20 из 1000 сформированных этим генератором чисел выходят за пределы ± 3, хотя теоретически таких выбросов не должно быть более трех.

Выполненные в диссертации исследования генераторов случайных погрешностей измерений позволили найти наилучший среди существующих, а затем усовершенствовать и разработать методологию его использования для моделирования. В геодезии для моделирования погрешностей измерений используют специальный генератор случайных нормально распределенных чисел "GAUSS" из пакета научных подпрограмм математического обеспечения ЭВМ, но выполненные в диссертации исследования показали, что нормальность распределения генерируемых ЭВМ случайных погрешностей не является достаточно надежной. Как было установлено, причиной плохой работы оказался генератор равномерного распределения RANDU, входящий в состав генератора GAUSS. Для улучшения его работы вместо генератора RANDU было предложено использовать другой генератор равномерного распределения URAND. Однако и для этого генератора, который считается самым лучшим из известных, в диссертации были выявлены ряды чисел, распределение которых отличается от теоретического нормального закона, причем некоторые последовательности генерируемых случайных чисел оказались настолько «плохими», что их использование для моделирования случайных ошибок измерений с нормальным законом распределения приводит к заведомо неверным результатам. В качестве примера рассмотрим две выборки объема N = 500 чисел каждая и сравним их с теоретической. Для получения первой выборки используем начальное значение рекуррентного процесса R=107, для второй выборки – R= 109. Так как различные начальные значения рекуррентного процесса порождают различные последовательности чисел, то и выборки будут соответствовать различным периодам работы генератора GAUSS. Распределения полученных выборок случайных ошибок измерений, приведенные на рис.5 в сравнении с теоретическим стандартным нормальным распределением наглядно показывают, что выборка для R=107 непригодна для моделирования. Наличие таких «плохих» периодов работы генератора «GAUSS» не согласуется с рекомендациями, приве денными в технической литературе. Как показал анализ, генератор GAUSS имеет для различных начальных значений R рекуррентного процесса как «хорошие», так и «плохие» периоды работы, когда расхождение генерируемых рядов случайных ошибок измерений с теоретическим нормальным распределением существенно и его нельзя объяснить случайными колебаниями измерений.

На рис.6 показан процесс генерирования случайных ошибок измерений, на котором четко видны выбросы, то есть аномальные значения, превышающие 100 и не объяснимые с точки зрения нормального закона распределения. Более того, были выявлены периоды работы, когда происходит значительное систематическое накопление ошибок с одним знаком (например подряд формируется 7804 погрешности, сумма которых всегда положительна и только всего 8 погрешностей с минусом). Таким образом, проведенные нами исследования показали, что для получения достоверных и устойчивых результатов в процессе моделирования необходимо тщательно анализировать используемые выборки, поскольку их применение без предварительного отбора и статистического анализа может привести к ошибочным выводам, особенно когда предъявляются повышенные требования к соответствию погрешностей измерений нормальному закону распределения.

Поэтому в диссертации для статистического моделирования на основе формулы (8) был разработан модифицированный генератор «NORM», свободный от указанных выше недостатков. При его тестировании использовались теоретические задачи с известным решением. Анализ статистической устойчивости (рис.7) оценок среднего арифметического и стандарта для выборок различного объема показал, что при использовании для моделирования модифицированной последовательности чисел, статистическая устойчивость оценок и достигается примерно в 2 и 1,5 раза быстрее, в то время как для некоторых выборок, взятых из последовательности, содержащей «плохие» периоды, достичь статистической устойчивости оценок вообще не удалось.

В настоящее время трудно переоценить значение методов математи ческого моделирования для корректного определения степени устойчивости и деформаций оползневых склонов при проведении геоэкологического мониторинга, когда имеющихся исходных данных бывает недостаточно для разработки конкретных расчетных (количественных) прогнозов. Поэтому для получения надежных результатов в процессе статистического моделирования была разработана технология решения геодезических задач методом Монте-Карло на основе модифицированного генератора погрешностей измерений с нормальным распределением.

В качестве примера применения метода Монте-Карло в работе получены наикратчайшие и несмещенные доверительные интервалы для стандарта, которые отличаются от известных в литературе и являются по сути новыми. Вопрос получения минимальных доверительных интервалов неоднократно рассматривался в геодезической литературе, однако однозначного ответа так и не получено. Для сравнения покажем значения доверительных границ 1, 2, и их разностей, приведенных в табл.5. для доверительной вероятности p=0,95 и числа степеней свободы k, полученных методом Монте-Карло в сравнении с методами А.. Н. Колмогорова и проф. В. Н. Ганьшина.

Анализ различных методов определения доверительных интервалов минимальной длины для стандарта показывает, что применение метода Монте-Карло в качестве самостоятельного метода позволяет определить несмещенные доверительные интервалы 1 и 2 для стандарта, ширина которых является наименьшей по сравнению с другими интервалами, опубликованными в технической литературе.

Таблица 5

Метод А.Н. Колмогорова Метод В.Н.Ганьшина Метод Монте-Карло
k 1 2 2 - 1 k 1 2 2 - 1 k 1 2 2 - 1
2 0.521 6.280 5.759 2 0.364 4.439 4.075 2 0.032 2.222 2.190
3 0.566 3.730 3.164 3 0.439 2.949 2.510 3 0.158 1.904 1.746
4 0.599 2.870 2.271 4 0.491 2.405 1.914 4 0.268 1.748 1.480
5 0.624 2.450 1.826 5 0.531 2.123 1.592 5 0.348 1.651 1.303
10 0.699 1.755 1.056 10 0.642 1.628 0.986 10 0.550 1.441 0.891
50 0.837 1.243 0.406 50 0.823 1.223 0.400 50 0.805 1.191 0.386

В диссертационной работе решены и другие задачи с использованием метода Монте-Карло, такие как моделирование и анализ способов оценки точности определения пространственного положения геодезического пункта, обоснование применения закона размаха для анализа результатов измерений, выявление скрытых закономерностей погрешностей результатов геодезических измерений, моделирование закона распределения средних из двух измерений при их браковке по допуску, робастная оценка однородности и нормальности результатов измерений на основе дисперсии единицы веса, определение формы зависимости и оптимальной степени полинома, определение необходимого объема измерений для обеспечения надежности прогноза. Таким образом разработанная в диссертации компьютерная модель случайных погрешностей результатов геодезических измерений используется в процессе верификации результатов геодезических наблюдений оползневых процессов. Данная методика позволяет оценить случайные погрешности измерений и влияние геометрии опорной геодезической сети на точность определения величины и направления смещения грунтовых реперов и выявить реальные деформации. Достоверность результатов исследований подтверждается практической реализацией предложенных методов и моделей при обосновании и практической реализации системы геоэкологического мониторинга оползневых процессов на территории г. Томска.

В пятом разделе «Разработка и практическая реализация комплексной системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга природно-технических систем на оползнеопасных территориях г. Томска» на основе выполненных в диссертации исследований приведены результаты комплексного подхода к организации геомониторинга оползневых процессов, объединяющего в единую систему геодезического обеспечения различные методы наблюдений и возможности не только классической геодезии, но и современных спутниковых и магнитометрических методов, а также методов статистического моделирования для выделения из результатов измерений реальных величин деформаций в процессе исследования состояния и закономерностей развития ПТС.

Практическая реализация системы геодезического обеспечения осуществлялась при организации геомониторинга на оползнеопасных территориях г. Томска. В последние годы на территории города активно развиваются опасные природные и техно-природные процессы, представляющие реальную угрозу не только зданиям и сооружениям, но и самой жизни людей. Ярким примером активного развития опасных оползневых процессов является правый берег реки Томи в районе Лагерного Сада. Под воздействием оползневых процессов бровка склона в Лагерном Саду за последние 25 лет переместилась в сторону плато на 70 м, а расположенный в опасной зоне корпус ТУСУРа был демонтирован. Разработанный в 1987 году комплексный проект противооползневых мероприятий в полном объеме не реализован. Поэтому оползнеопасная ситуация сохраняется в юго-восточной и северо-западной частях Лагерного Сада, что приводит к нарушению динамического равновесия в эксплуатации природно-технических систем и возникновению чрезвычайных ситуаций. Довольно сложная ситуация сложилась в мкр. "Солнечный", где в результате строительства двух десятиэтажных домов на склоне активизировались оползневые процессы. На всех стадиях освоения данной территории, начиная с момента изысканий и заканчивая эксплуатацией был допущен ряд ошибок. На развитие оползневых процессов в мкр. "Солнечный", наряду с природными, большое влияние оказали техногенные факторы: пригрузка склона за счет строительства двух 10-ти этажных жилых домов, техногенное замачивание грунтов в результате утечек из водонесущих коммуникаций. Другими оползнеопасными территориями в г. Томске являются Воскресенская и Каштачная горы, а также высокие и крутые склоны третьей надпойменной террасы р. Томи.

Для предотвращения возникновения чрезвычайных ситуаций при застройке территории г. Томска потребовалось решить следующие задачи:

  • выполнить комплексные геоэкологические исследования и выявить закономерности развития опасных процессов на территории г. Томска;
  • исследовать состояние геологической среды в пределах городской территории и оценить устойчивость природно-технических систем;
  • произвести зонирование территории г. Томска по степени опасности и уровню риска для городской застройки;
  • разработать рекомендации по инженерной защите территории и организации геоэкологического мониторинга природно-технических систем на оползнеопасных территориях.

Для решения вышеперечисленных задач потребовалось разработать и внедрить на практике систему геодезического обеспечения и программу комплексного геоэкологического мониторинга, объединяющего в себе совокупность геодезических, спутниковых и магнитометрических методов измерений с методами статистического моделирования и математического прогнозирования, что многократно увеличивает его эффективность и достоверность.

В диссертации рассмотрены проблемы комплексного геомониторинга развития опасных процессов на оползнеопасных территориях и практические пути их решения на примере г. Томска. Современное энциклопедическое понятие мониторинга определяется как наблюдение, оценка и прогноз. В приложении к геодезии полное содержание геодезического мониторинга заключается в наблюдениях за состоянием и развитием ПТС, в математической обработке результатов наблюдений с целью оценки и повышения их точности, содержательного анализа и интерпретации, в математическом моделировании наблюдаемых процессов, включающем прогнозную оценку промежуточного и последующего состояния объектов исследований. В содержание мониторинга геологической среды большой вклад внес Королев В.А., а вопросы содержания и интерпретации геодезического мониторинга с использованием классических методов геодезии рассматривались Ю.П. Гуляевым еще при выполнении геодезических исследований техногенной геодинамики на строящейся Богучанской ГЭС. Геодезический мониторинг является важнейшей составляющей системы геодезического обеспечения геоэкологического мониторинга, поскольку обеспечивает его пространственно-временную привязку и позволяет определить факторы, влияющие на состояние и развитие природно-технических систем. Наряду с геодезией важную роль в геоэкологическом мониторинге играют геология и геофизика, особенно при исследовании нарушений равновесия геологической среды в процессе природных и техногенных воздействий. Такие нарушения приводят к неблагоприятным экологическим последствиям, геодезический контроль за которыми можно рассматривать как неотемлемую часть комплексного геоэкологического мониторинга. Геомониторинг можно рассматривать как универсальную ГИС, содержащую подсистемы наблюдений, математической обработки, интерпретации и моделирования, которые обеспечивают прогноз контролируемых процессов с целью эффективного управления ими. Назначение геомониторинга состоит в информационном контроле за объектами исследований, поэтому все результаты геодезических исследований, используемые для выяв-

ления пространственно-временных закономерностей для предупреждения чрезвычайных последствий, представляют собой геодезический мониторинг. Исходя из геодезической классификации и геологической практики различают глобальный, региональный, локальный и детальный уровни мониторинга. Основной проблемой геомониторинговых систем является обеспечение непрерывного пространственно-временного контроля состояния ПТС на основе совершенствования приборов и технологий сбора и обработки информации. В процессе внедрения системы геодезического обеспечения комплексного геоэкологического мониторинга за оползнями южного склона мкр. «Солнечный» в г. Томске и расположенными на склоне 10-этажными

панельными жилыми домами была создана специальная опорная геодези ческая сеть, которая использовалась как каркасная основа геомониторинга. Данная геодезическая сеть уравни валась с использованием программы «АРМИГ-РС» как линейно-угловая. По координатам, полученным в двух соседних циклах, вычислялись абсолютные величины и направления горизонтальных перемещений грунто вых реперов. Как известно, точность определения координат реперов зависит как от качества результатов измерений, так и от геометрической схемы геодезической сети. В последнем варианте (с опорой на базис гр. рп 15 - гр. рп 16) геодезическая сеть, хотя и представляет собой жесткое геометрическое построение, является висячей с наиболее слабым

Рис.8. Схема опорной геодезической сети в мкр. «Солнечный».


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.