Анализ приливов и отливов

Кильский канал — самый загруженный в Германии — используется в качестве международного судоходного пути в течение более чем 100 лет. Соединяя Северное и Балтийское моря, канал позволяет судам не только сэкономить на расстоянии примерно 280 морских миль, но и избежать потенциально опасных штормов на севере датского полуострова Ютландия — прибрежных штормовых ветров и сложных изменений приливных волн в проливе Скагеррак между Данией и Норвегией.

По прошествии века интенсивного движения Министерство по вопросам транспорта, строительства и городского развития Германии решило модернизировать и повысить показатели безопасности шлюзов Управления водных путей и перевозок (WSA г. Брунсбюттель). Кильский канал является одним из наиболее оживленных искусственных водных путей в мире, а отрасли экономики и предприятия многих стран в значительной мере зависят от функционирования канала. Закрытие Кильского канала на срок до семи лет для осуществления этого проекта строительства было бы немыслимым, так как канал является жизненно важной артерией и воротами, которые соединяют немецкие порты с Балтийским морем. Таким образом, необходимо добавить пятую шлюзовую камеру к существующей инфраструктуре. Эта пятая камера, завершение строительства которой ожидается в 2020 году, будет осуществлять судоходное сообщение до окончания ремонта более старых шлюзов.

Анализ приливов и отливов

Кильский канал функционирует не только как судоходный путь, но также нейтрализует влияние колебаний приливо-отливных уровней в Северном море и уровня воды в шлюзах, который постоянно колеблется, поднимаясь и опускаясь приблизительно на 3 метра в течение шести часов, в зависимости от изменения приливов. Система шлюзов в городе Брунсбюттель также обеспечивает существенную защиту побережья от грозных перепадов уровня воды в Балтийском море, которые происходят из-за штормовых ветров и ливневых паводков с моря.

WSA г. Брунсбюттель располагает большим количеством датчиков воды, которые постоянно собирают данные об уровне воды, чтобы предвидеть возможные трудности, связанные с водными ресурсами, для инфраструктуры шлюзов и прилегающей к Каналу зоны, и предоставляют огромное количество хронологических данных для анализа. Геодезическая система мониторинга также расположена на объекте и постоянно фиксирует огромное количество данных. В дальнейшем для проверки данных понадобится программа, которая может снимать показатели с датчиков и объединять информацию в ПО обработки данных.

Перед началом строительства следовало оценить стабильность этого огромного проекта. Новая инфраструктура поставила перед компанией ответственные технические и логистические проблемы, которые необходимо было принять во внимание. После завершения строительства размеры пятой шлюзовой камеры будут примерно 350 м в длину, 45 м в ширину, с подводным порогом шлюзовых ворот на 14 м ниже уровня моря. Камера будет встроена в шлюзовую секцию между большим и малым шлюзами и потребует удаления примерно 1,6 миллиона кубометров почвы (в основном глинистой). Три месяца мониторинга существующей системы шлюзов в городе Брунсбюттель необходимы для того, чтобы проанализировать стабильность конструкции перед началом строительства. После начала проекта, мониторинг места строительства будет осуществляться в течение семи лет, вплоть до завершения работ.

Мониторинг движения во время строительства

Компания Kirchner Engineering Consultants GmbH была привлечена для осуществления мониторинга движений конструкции в процессе строительства. Ключевым требованием WSA было учитывать данные всех существующих датчиков воды, расположенных вразброс возле шлюза в Брунсбюттеле, и сразу же интегрировать эту информацию для автоматического анализа геодезического мониторинга в режиме реального времени.

ALLSAT GmbH, компания, специализирующаяся на геомониторинге с использованием высокоточных электронных тахеометров и осуществляющая сбор геодезических данных в Брунсбюттеле в течение некоторого времени, заключила договор субподряда с Kirchner. Проект требует наиболее точных замеров отклонений, а используемое ALLSAT программное обеспечение Leica GeoMoS Monitor обеспечивает самую высокую точность +/- 2 мм.

После сбора и анализа новых и предшествующих данных в течение трех месяцев, можно будет начать строительство камеры. Во время строительства три раза в час будет проводиться мониторинг стенок камеры рядом с местом строительства и проверка на наличие любых стандартных отклонений (2 мм) и любой деформации более, чем на 15 мм от положения и высоты каждой измеренной точки, подлежащей мониторингу.

Данные для ворот и стенок существующих камер были собраны с использованием четырех электронных тахеометров Leica Nova TM50, установленных на столбах по всей инфраструктуре шлюза, а также мониторинговых призм Leica Geosystems.

Установки были завершены ALLSAT, которая использовала программное обеспечение Leica GeoMoS для обработки данных и визуализации. Наверху измерительных колонн были также установлены соединительные коробки связи с GPRS-модемами, которые осуществляли передачу данных посредством операторов мобильной связи. Электронные тахеометры были также обеспечены протекторами метеорологических элементов.

Нужда всему научит

Из-за особых требований WSA, Leica Geosystems добавила новый редактор форматирования в программное обеспечение GeoMoS. Этот новый редактор может автоматически обрабатывать данные из одного или нескольких источников, например, датчиков, устройств регистрации данных, файлов или баз данных. С помощью этого редактора был активирован Интеллектуальный открытый интерфейс, обеспечивающий интеграцию любого файла данных с разделителями-запятыми (CSV-файла). После одноразовой настройки контента, CSV-модуль GeoMoS может автоматически обрабатывать любые новые неструктурированные данные от датчиков воды на водоотливных горизонтах береговой полосы вокруг шлюзов. Для каждого поля данных с разделителем-запятой в CSV-файле были установлены определенные параметры конфигурации, такие как формат времени, идентификатор, результаты наблюдений, сегмент и местоположение. С помощью этой информации любой CSV-файл может быть обработан в заранее установленные сроки. В этом случае неструктурированные данные об уровне воды объединяют с координатами системы геодезического мониторинга.

С помощью редактора виртуального датчика, система может обрабатывать деформации, исправленные под влиянием прилива, чтобы получить полный анализ мониторинга.

С помощью этого нового редактора форматирования файла, ПО для мониторинга стало очень гибким и теперь предоставляет возможность считывать любой программный интерфейс. Данные датчиков, доступные через Интернет можно быстро интегрировать для анализа в режиме реального времени. Все изменения уровней воды в канале могут быть приняты во внимание при анализе геодезических замеров на наличие допустимых уровней деформации. Программное обеспечение также обрабатывает эти данные, переводя их в понятные и доступные визуализации, которые можно подстроить под уровень и потребности тех, кто несет ответственность за прием информации.

Если какой-либо замер данных превышает установленные максимальные пределы деформации, второй замер производится сразу же после завершения этого цикла. Если этот второй замер данных по-прежнему превышает максимальные допустимые пределы, ответственные лица в Kirchner должны быть немедленно проинформированы путем автоматической отправки письма по электронной почте, чтобы принять необходимые меры.

Автор: Кэтрин Лемуллер, июнь 2016 г.