Оценка технического состояния элементов в рамках автоматизированной системы управления мостами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка технического состояния элементов в рамках автоматизированной системы управления мостами

ООО "Внедренческое предприятие Мост" г. Донецк

Аннотация

В работе предложена модель автоматизированной оценки технического состояния элементов мостов. Основная идея модели базируется на математическом аппарате нечеткой логики, который наряду с параметрами ВБН дает возможность учесть множество качественных параметров текущего состояния элемента, что делает оценку технического состояния более реалистичной. Дефекты сооружения описаны в терминах естественного языка, которыми обычно оперируют эксперты. Модель построена на основе современной нормативная методики оценки технического состояния мостов.

Проблема

Проблема технической оценки состояния мостов особенно остро ощущается в последние 10-15 лет, когда значительно возросли транспортные потоки, и уменьшилось финансирование, предназначенное для ремонта и реконструкции мостов. В связи с этим вопрос создания автоматизированной системы управления мостами (АСУМ) становится очень актуальным, поскольку сегодня надежная и эффективная эксплуатация мостов невозможна без централизованной системы управления. Имея в своем распоряжении базу данных по мостам Украины (паспортные характеристики объектов, статистические данные, результаты обследований), такая система может стать незаменимым инструментом технико-экономического анализа и прогноза последствий принятия той или иной модели эксплуатации мостов. Ясно, что решение о режимах последующей эксплуатации и планирование расходов на ремонт и реконструкцию может быть принято только на основании достоверной оценки его технического состояния.

Актуальность проблемы обусловлена тем, что, согласно выводам Межведомственной комиссии, техническое состояние сооружений и конструкций и технологического оборудования достигло критического уровня. Среди автомобильных мостов общего пользования не отвечают правилам эксплуатации 46%, а среди коммунальных - 76%.

Создание многофункциональной автоматизированной системы управления может стать приемлемым решением проблемы обеспечения безопасной эксплуатации и продления срока службы автомобильных мостов. Неотъемлемой составной частью такой системы должна быть подсистема оценки технического состояния элементов.

Постановка задачи

Теоретической базой процедуры оценки и классификации технического состояния мостов, закрепленной в нормативной методике ВБН В.3.1-218-174-2002 [1], является новейшая модель надежности и прогноза остаточного ресурса элементов мостов. Эта модель сформулирована в работах [2, 3]. А в работе [4] изложены инженерные правила и общая методология оценки технического состояния автодорожных мостов, которая состоит из двух этапов:

- Уровень 1 -определение технического состояния отдельных элементов моста: мостового полотна, пролетных строений, опор, фундаментов.

- Уровень 2 -экспертная оценка технического состояния моста в целом.

Существующая методика, безусловно, является современной и уникальной в системе эксплуатации мостов. Однако, являясь в высокой степени формализованной, она не позволяет учесть большого количества факторов влияния на состояние объекта, таких, например, как условия и технология сооружения моста, наличие истории эксплуатации, учет прогноза структуры и будущего уровня временной подвижной нагрузки и других качественных оценок. Такого рода оценки содержат в себе ряд неточностей и неопределенностей, а так же характеристики интуитивно понятные специалисту-эксперту, но трудно преобразуемые в термины традиционной математики.

Для работы с различными видами неопределенности в сложных системах существует математический аппарат нечеткой логики, с помощью которого можно аппроксимировать любую математическую модель [5].

Модель автоматизированной оценки технического состояния элементов моста

Функционирование модели полностью отражает этапы оценки технического состояния элементов, утвержденные нормативными документами [1,4], согласно которым, техническое состояние сооружения определяется на основе данных обследования и анализа истории эксплуатации. Эта информация является входной для модели автоматизированной оценки технического состояния элементов моста (Рис.1).

Результатом работы модели является массив номеров дискретных состояний элементов и соответствующие дискретным состояниям значения надежности элементов.

Рис.1. Модель автоматизированной оценки технического состояния элементов моста.

Нечеткая модель объекта функционирует согласно общим правилам работы нечетких моделей [6,7]. Укрупненный алгоритм работы состоит из 3-х этапов:

1. Фаззификация входных переменных - представление в виде функций принадлежности к термам лингвистических переменных.

2. Нечеткий логический взвод. Результатом является получение множества выходных параметров в виде набора нечетких множеств с использованием нечеткой базы знаний и нечетких операций.

3. Дефаззификация - или процесс нахождения обычного (не нечеткого) значения для каждой из выходных лингвистических переменных.

Нечеткая модель оперирует лингвистическими переменными, определяющими состояние объекта. Примеры интерпретации параметров состояния приведена в табл.1 на примере части параметров мостового полотна.

Табл. 1. Формализация параметров состояния мостового полотна

Обращаясь к опыту экспертов, заметим, что задача определения технического состояния не требует от них решения уравнений. При принятии решения они используют правила "ЕСЛИ-ТО", в которых сконцентрированы теоретические знания и особый опыт инженеров-мостовиков. Этот принцип заложен в модели автоматизации и представлен в виде набора правил:

ЕСЛИ [(выбоины и ямы в покрытии (Px5=Y)]

И [глубиной до 3 см (Px7=nz) ]

И [площадью до 10% от общей площади проезжей части (Px6=nz)]

И …

И [Трубки замусорены или забиты асфальтобктоном (Box3=Y) ]

И [Застой воды на проезжей части(Px7=nz) ]

ТО Дискретное состояние = 3 (DS=3)

В табл.2. представлен фрагмент базы правил нечеткого вывода, отражающий логику эксперта, принимающего решение относительно технического состояния элемента.

Табл. 2. Фрагмент базы правил нечеткого вывода

Выгоды от применения нечеткой логики в автоматизированной системе управления мостами

автоматизированный оценка технический мост

1. С помощью естественно-языковых высказываний-правил “Если -то”, можно достаточно точно отразить взаимосвязь “входы-выход” без использования сложного аппарата дифференциального и интегрального исчислений, традиционно применяемого в управлении и идентификации, и без решения систем уравнений, имеющих место при математическом моделировании сложных систем .

2. По сравнению с вероятностным методом, нечеткий метод позволяет резко сократить объем производимых вычислений, что, в свою очередь, приводит к увеличению быстродействия нечетких систем.

3. Практический опыт разработки систем нечеткого логического вывода свидетельствует, что сроки и стоимость их проектирования значительно меньше, чем при использовании традиционного математического аппарата, при этом обеспечивается требуемый уровень робастности и прозрачности моделей.

Благодарность

Эта робота была выполнена под руководством д-ра технических наук, профессора А.И. Лантух-Лященко. Выражаю искреннюю благодарность своему руководителю.

Литература

1. ВБН В.3.1-218-174-2002. Мости та труби. Оцінка технічного стану мостів, що експлуатуються. - Державна служба автомобільних доріг України. - К.: 2002. 74 с.

2. Лантух-Лященко А.І. Оцінка надійності споруди за моделлю марковського випадкового процесу з дискретними станами. //Зб. Автомобільні дороги і дорожнє будівництво. - 1999, вип.57 - с.183-188.

3. Лантух-Лященко А.І. Оцінка технічного стану транспортних споруд, що знаходяться в експлуатації. Вісник транспортної академії України, №3, Київ: 1999.-с. 59-63.

4. Лантух-Лященко А.І., Кір'ян В.І., Коваль П.М. та ін. Настанови з визначення технічного стану мостів. - ТАУ. Вид. "Логос", К.: 2002. 117 с.

5. KOSKO, Bart, Fuzzy Thinking: The New Science of Fuzzy Logic, New York: Hyperion, 1993.

6. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений/А.Н. Борисов, А.В.Алексеев и др. - М.: Радио и связь, 1989.-304 с.

7. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTEC. -СПб.: БХВ - Петербург, 2003.-736с.:ил.

Размещено на Allbest.ru