Типовой подход — многометодный мониторинг с градацией по критичности точек и автоматическими порогами тревоги. Рекомендации.
1) Какие типы наблюдений
- Геодезические:
- Прецизионное нивелирование (для вертикальных перемещений): контрольное «эталонное» направление.
- Сетевые GNSS (статические кампании) + отдельные непрерывные GNSS-стойки на самых критичных зданиях/площадках.
- InSAR (спутниковая интерферометрия) для широкого охвата и детектирования зоновой осадки.
- Локальные датчики:
- Наклономеры/талтометры на стенах и фундаментах для мгновенного выявления поворотов/наклонов.
- Щелевые (креновые) датчики / датчики раскрытия трещин в местах известных дефектов.
- Гидрогеологический мониторинг:
- Пьезометры/датчики уровня грунтовых вод и дегазации в карстовых полостях.
- Дополнительно при расследованиях: георадар (GPR) и локальное бурение для уточнения структуры пустот.
2) Точности и приоритеты размещения
- Прецизионное нивелирование: точность порядка $0.1\text{–}1\text{мм}$ на контрольном профиле.
- Непрерывный GNSS: точность горизонтали $\sim 1\text{мм}$, вертикали $\sim 2\text{–}5\text{мм}$ при обработке; кампании GNSS — $\sim 5\text{–}10\text{мм}$.
- InSAR: относительная точность в городских условиях $\sim 1\text{–}5\text{мм}$ по горизонтальной проекции осадки за кадр, повторяемость зависит от спутника (см. частоты).
- Наклономеры: чувствительность $\sim 0.001\text{–}0.01\text{mrad}$ (примерно $1\text{–}10\mu \text{rad}$).
- Щелевые датчики: разрешение $\sim 0.01\text{мм}$.
- Пьезометры: разрешение уровня $\sim 1\text{–}10\text{мм}$.
Размещение: непрерывные датчики на самых уязвимых объектах (собор, старые фундаменты, мосты). Дополнительные точки кампаний (нивелирование / GNSS) — сетка плотностью в районе исторической застройки: контрольные бенчмарки каждые $10\text{–}50\text{м}$ вдоль улиц и каждые $50\text{–}200\text{м}$ в кварталах (корректировать по плотности зданий и предполагаемых пустот). InSAR обеспечивает пространственное покрытие с шагом пикселя $\sim 5\text{–}20\text{м}$ в зависимости от сенсора.
3) Частота измерений
- Непрерывный режим (реальное время / 1–15 мин): непрерывные GNSS, наклономеры, щелевые датчики, пьезометры для критичных объектов.
- Короткая периодичность (ежедневно–еженедельно): автоматизированная обработка InSAR (при доступности снимков), агрегация трендов.
- Кампании:
- Прецизионное нивелирование: каждые $1\text{–}3$ месяца для большинства объектов; ежемесячно или чаще ($\le 1$ месяц) для особо уязвимых.
- Кампанийный GNSS: раз в $1\text{–}3$ месяца; непрерывные стойки вместо них на ключевых точках.
- Инспекционные обходы и визуальная съемка: ежемесячно и после событий (ливни, сильные осадки, землетрясения).
4) Пороговые уровни тревоги (примерная шкала; настраивается по локальной практике и уязвимости зданий)
Общие указания: устанавливать пороги и для абсолютного смещения, и для скорости (темпа) смещения. Алгоритм — эскалация при совпадении сигналов от ≥2 независимых систем.
- Уровень 1 — предупреждение (Watch):
- Вертикальное смещение: скорость $>1\text{мм}/\text{нед}$ (≈ $0.14\text{мм}/\text{д}$). Формула порога: $\dot{s}>1\text{мм/нед}$.
- Наклон: $>1\text{mrad}$ (т.е. $1\text{мм}$ смещения на $1\text{м}$ высоты) или скорость наклона $>0.2\text{mrad}/\text{д}$.
- Изменение уровня грунтовых вод: быстрый спад/подъем $>0.1\text{м}$ за $24\text{ч}$.
Действие: усиленный мониторинг, повторные измерения, визуальный осмотр, оповещение служб.
- Уровень 2 — повышение риска (Alert):
- Вертикальная скорость: $\dot{s}>5\text{мм}/\text{мес}$ (≈ $1.25\text{мм}/\text{нед}$). Можно выразить: $\dot{s}>5\text{мм/мес}$.
- Кумулятивная осадка (локальная около фундамента): $>20\text{мм}$.
- Наклон: $>3\text{mrad}$ или быстрый рост наклона (двукратное увеличение за 48 ч).
- Трещины: расширение щелей >$1\text{мм}$ за 7 дней.
Действие: подробная оценка устойчивости, ограничения доступа в наиболее опасные зоны, начало инженерно-геологических работ.
- Уровень 3 — критическая тревога (Evacuate/Immediate action):
- Вертикальная скорость: $\dot{s}>20\text{мм}/\text{мес}$ или любой вертикальный скачок $>5\text{мм}$ за 24 ч в сочетании с локальной провалом/обрушением. Запись: $\dot{s}>20\text{мм/мес}$.
- Кумулятивная осадка: $>50\text{мм}$ в пределах фундамента либо быстрый локальный провал.
- Наклон: $>10\text{mrad}$ или быстро нарастающий наклон.
- Существенное падение уровня подземных вод $>0.5\text{м}$ за 24–48 ч сопровождаемое деформациями.
Действие: немедленная эвакуация при необходимости, временные подпорки, приостановка работ/телекоммуникаций, аварийная инженерная интервенция.
5) Логика оповещения и корреляция
- Тревога инициируется только при подтверждении двумя независимыми датчиками/методами (например, GNSS + наклономер или InSAR + нивелирование).
- Включать корреляцию с гидрологическими данными (изменение уровней санации карста) и метеоусловиями.
- Автоматическая фильтрация шумов (существенные выбросы от двуногих помех, температурных эффектов) и статистические тесты тренда (линейная аппроксимация, CUSUM) для снижения ложных срабатываний.
6) Рекомендации по внедрению
- Начать с картирования стоимостно-эффективной минимальной сети: $1\text{–}3$ непрерывных пункта на центральную историческую зону + нивелирование по кольцу + InSAR-мониторинг.
- Настроить единый центр обработки с автоматическими дашбордами и SMS/Email-оповещением.
- Проводить периодическую калибровку и верификацию датчиков, учитывать температурную и сезонную составляющие, вести реестр событий и реакций.
Заключение: для раннего обнаружения опасных деформаций при карстовых пустотах критичны — непрерывные датчики на ключевых объектах (GNSS, наклономеры, пьезометры), регулярное прецизионное нивелирование, и InSAR для широкого охвата; пороги устанавливаются как для абсолютного смещения, так и для скорости (примерные уровни приведены выше) и должны требовать подтверждения минимум двумя независимыми методами перед эвакуацией/крайними мерами.