Кратко и по пунктам — что измеряет каждый метод, где предпочтителен, ограничения, типичные точности/частоты, и сочетания для надёжного раннего детектора аварий.
1) Инклинометры (наклонные датчики, в том числе штанговые/буровые)
- Что измеряют: локальный угол наклона или профиль перемещений по глубине (в скважине).
- Преимущественно: контролируют просадку/сдвиг грунта, устойчивость откосов, фундаменты, подпорные стены; раннее фиксирование подземных смещений.
- Ограничения: инвазивны (нужна скважина), измеряют локально; не дают полноформатной карты поверхности.
- Точность/частота: угол до $10^{-4}-10^{-5}$ рад; профиль перемещений — доли мм—мм; обычно непрерывные/периодические записи.
- Когда предпочтительны: подозрение на движение в грунте/под основанием, когда важно знать распределение смещений по глубине.
2) Тензодатчики (Strain gauges, тензомосты, тензопреобразователи)
- Что измеряют: деформацию/растяжение/сжатие элемента ($\epsilon =\Delta L/L$).
- Преимущественно: контроль трещинообразования и перегрузки конструктивных элементов (фермы, балки, анкеры).
- Ограничения: измеряют локальную деформацию; чувствительны к температуре (нужна компенсация); монтаж на конструкцию.
- Точность: доли до десятков $\mu \epsilon$ (микрострейн); частота — высокая (Гц—кГц) для динамики или доли Гц для статических изменений.
- Когда предпочтительны: раннее обнаружение перераспределения напряжений и накопления пластических деформаций.
3) Точечные GNSS‑приёмники в режиме RTK/PPK
- Что измеряют: абсолютные 3D‑координаты контрольных точек.
- Преимущественно: крупномасштабные перемещения сооружения/фундамента, вертикальные осадки и горизонтальные смещения в открытой местности.
- Ограничения: требуется видимость неба; вертикальная точность хуже горизонтальной; помехи мультипутингом; одиночные точки — мало о внутренней деформации.
- Точность: RTK/PPK — горизонтально несколько мм; вертикально ~5–15 мм (в зависимости от условий).
- Когда предпочтительны: долгосрочный мониторинг смещений всего сооружения, мостов, дамб, высотных зданий.
4) Тотальные станции в режиме мониторинга (TS/высокоточная роботизированная)
- Что измеряют: координаты отражающего призмы/точки с высокой точностью (3D).
- Преимущественно: точечный мониторинг контрольных марок фасадов, опор, деформационные швы; подходит при ограниченном небе (локация в городе).
- Ограничения: требуется прямая видимость на призму; скорость измерений ограничена (но высока при автоматическом режиме); линейная зависимость точности от расстояния.
- Точность: доли мм—мм в плановой/высотной составляющей при близких дистанциях; частота — от минут до часов (зависит от профиля).
- Когда предпочтительны: детальный мониторинг контрольных точек в городской среде и там, где GNSS не работает.
5) Наземный лазерный сканер (TLS)
- Что измеряют: плотные 3D‑облака точек поверхности — геометрия фасадов, откосов, деформационные профили.
- Преимущественно: подробная пространственная картина деформаций, контроль кривизны/провисаний, изменение объёма/компенсация сложных форм.
- Ограничения: обработка больших объёмов данных, затруднения при частых мониторинговых циклах; видимость и условия (пыль, дождь) снижают качество.
- Точность: локально мм—см (зависит от дальности и плотности); лучше для периодических (дневных/недельных) кампаний.
- Когда предпочтительны: картирование деформаций большой площади, выявление неожиданных очагов смещения и построение базовой модели.
Рекомендации по выбору и сочетаниям (раннее обнаружение аварийных состояний)
- Общая стратегия: комбинировать локальные высокочувствительные датчики (тензодатчики, инклинометры) с геодезическими методами для масштабной валидации (GNSS/тотал/TLS). Локальные датчики дают ранние признаки (рост деформации/напряжения), геодезия — подтверждает перемещение и его пространственный характер.
- Для грунтовых смещений и откосов: инклинометры (подземные) + наземный лазерный сканер (периодическое картирование поверхности) + контрольные GNSS‑точки (если есть обзор неба). Инклинометры — ранний детектор, TLS/ GNSS — верификация и масштаб.
- Для мостов и крупных инженерных сооружений: система тензодатчиков и акселерометров на критичных элементах (непосредственно раннее предупреждение) + GNSS на пролёте/опорах (общее смещение) + тотал‑станции для контроля опор и призм (особенно в закрытой городской среде).
- Для зданий в городской застройке: тотальные станции (автоматические) на контрольных марках фасада + тензометры на стыках/балках; при возможности — GNSS на крыше для общего контроля.
- Для дамб и плотин: комбинация тензодатчиков/инклинометров (в теле дамбы), GPS для осадки гребня, TLS для обследования лицевой поверхности и выявления эрозии.
- Для подземных сооружений и тоннелей: инклинометры/оптические волокна (distributed sensing) + периодический TLS для порталов/вентилей; GNSS обычно неприменим.
Практическая схема раннего детектора (пример)
1. Непрерывно (реальное время): тензодатчики на критичных узлах + инклинометры в зонах возможного грунтового сдвига. Настроить пороговые уровни сигнализации (температурно скорректированные).
2. При превышении порога: активировать частый цикл тотал‑станций/RTK GNSS для проверки поведения контрольных точек (включая автоматический скан TLS при возможности).
3. Периодически (базовый контроль): TLS крупными секциями (сутки/недели) для поиска скрытых очагов; PPK обработки GNSS для точной временной серии.
4. Анализ: корреляция локальных деформаций ($\epsilon$) с абсолютными сдвигами ($u$) по модели конструкции (например, для небольшого наклона $u\approx H\theta$, где $H$ — высота).
Критерии выбора в 1 предложении:
- Нужен профиль по глубине → инклинометры.
- Нужна локальная деформация/напряжение → тензодатчики.
- Нужны абсолютные 3D‑сдвиги в открытой зоне → GNSS RTK/PPK.
- Нужен мониторинг контрольных точек в городе/без вида неба → тотальная станция.
- Нужна детальная пространственная карта поверхности → TLS.
Замечание по надёжности: для раннего детектирования аварии важны частота съёмки и автономность сигнализации; комбинация непрерывных локальных датчиков + автоматизированной геодезии (TS/GNSS) + периодического TLS даёт наиболее надёжную систему раннего оповещения.