«студенческий вестник»

 
Список литературы: 
1. Методы спутникового и наземного позиционирования. Перспективы развития технологий 
обработки сигналов. – М.: Техносфера, 2012. – 528 c. 
2. Перов А.И. Методы и алгоритмы оптимального приема сигналов в аппаратуре потребителей 
спутниковых радионавигационных систем. - М. : Радиотехника, 2012. –240 с. 
3. Козырев Н.Д. Антенны космической связи / Н.Д. Козырев. - М.: Радио и связь, 2010. – 160 c. 
4. Ротхаммель К. Антенны / К. Ротхаммель. - М.: Энергия, 2014. - 272 c. 
 
 

---

Журнал «Студенческий вестник» 
№ 7 (152), часть 3, 2021 г. 
55 
КОНЦЕПЦИЯ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 
Казбекова Гульназ Аблайханкызы 
магистрант,
Казахский агротехнический университет им. С. Сейфулинна, 
Республика Казахстан, г. Нур-Султан 
 
АННОТАЦИЯ 
Данная статья посвящена решению актуальной проблемы создания программно-
аппаратного комплекса для мониторинга гидротехнических объектов. Концепция архитектуры 
программно-аппаратного комплекса предусматривает интеграцию математических моделей 
конструкций и оснований конструкций с данными информационно-диагностических систем.
Ключевые слова: гидротехнические сооружения, программно-аппаратный комплекс; 
мониторинг; полевые наблюдения; модуль расчета; математическая геофильтрация и 
геомеханические модели; напряженно-деформированные модели объекта комплекса. 
Keywords: hydraulic installations, hardware and software complex; monitoring.
 
В целях обеспечения безопасности гидротехнические сооружения проходят периодический 
мониторинг их состояния, в том числе комплекс визуальных и инструментальных полевых 
наблюдений, проводимых с использованием мониторинга и аппаратура управления (МАУ), 
установленная в конструкциях и основаниях конструкций. Информационно-диагностические 
системы (ИДС) внедрены на многих гидропроектах, что позволяет контролировать техническое 
состояние гидроустановок по показаниям со стационарных МКЭ (как автоматизированных, 
так и неавтоматизированных), проводить визуальные осмотры с инструментальным 
мониторингом, сезонные проверки и как специальные, так и плановые проверки, проводимые 
комитетами. Значительно реже состояние гидротехнических сооружений при строительстве и 
эксплуатации оценивается путем анализа на основе математических моделей конструкций и 
пластов, при этом анализ необходимо проводить регулярно с учетом изменения диагностических 
показателей, измеряется МАУ. Таким образом, натурные и аналитические исследования 
состояния гидроустановок проводятся, как правило, изолированно, без учета сформированных 
взаимодействий. 
В результате ведется разработка программно-аппаратного комплекса (ПАК) для 
мониторинга состояния гидротехнических объектов с возможностью прогнозирования 
воздействия на состояние конструкций в процессе длительной эксплуатации, в том числе при 
выполнении инженерных работ и технические работы. Концепция архитектуры программно-
аппаратного комплекса предусматривает интеграцию математических моделей гидротехнических 
сооружений и грунтовых пластов, а также данных из IDS. Основными задачами ПАК 
являются: комплексный анализ текущего состояния конструкций и грунтового основания с 
целью повышения безопасности и надежности работы объекта; анализ рисков и прогноз 
состояния гидротехнических сооружений и грядок на протяжении всего жизненного цикла 
объекта, в том числе: 
 выполнение сценарного прогнозирования, моделирования и аварийных ситуаций 
(в рамках вероятных сценариев); 
 оценка напряженно-деформированного состояния отдельных систем «конструкция-
основание» с использованием данных мониторинга в местах, не оборудованных МАУ, путем 
сравнения их с критериями безопасности и оценки запаса прочности; 
 мониторинг, анализ и прогноз напряженно-деформированного состояния почвенного 
ложа путем расчета осадки и оценки состояния в зонах, не оборудованных МАУ, путем 
анализа устойчивости откосов, включая использование МАУ, и сравнения их с критериями 
безопасности;

---

Журнал «Студенческий вестник» 
№ 7 (152), часть 3, 2021 г. 
56 
 поддержка принятия решений на экспертном уровне при определении критериев 
безопасности с использованием данных мониторинга, сценарного моделирования и анализа 
рисков, включая сопоставление данных, собранных в ходе строительства и эксплуатации, с 
проектными значениями и разработку рекомендаций для последующих этапов жизненного 
цикла объекта;
 сопровождение принятия инженерных решений в рамках строительства и эксплуатации. 
Разработка рекомендаций на период выполнения работ, включая моделирование этапов 
строительства и реконструкции для оценки инженерных проектов; 
 анализ развития и эволюции областей фильтрации и обеспечение антифильтрационных 
мер. 
Решение этих вопросов требует использования расчетно-аналитических методов. 
В настоящее время развитие информационных технологий достаточно адекватно решает 
аналогичные задачи с помощью математического (программного) моделирования. Принимая во 
внимание специфику, масштаб и техническую сложность объектов, на которых будут внедрены 
ПАК, использование математических моделей, созданных с использованием специализирован-
ных пакетов программирования, обеспечит определенную гибкость ПАК как информационной 
системы и возможность ее быстрой адаптации для широкого набора требований. 
Разработанная концепция ПАК основана на системе следующих конструктивных блоков: 
 модуль расчета; 
 информационно-диагностический модуль; 
 модуль передачи и распределения данных; 
 модуль адаптации модели. 
Модуль расчета связывает набор следующих математических моделей: 
 геофильтрационные модели пластов; 
 геомеханические модели пластов; 
 модели напряженно-деформированного состояния конструкций. 
Основой для разработки геофильтрационных и геомеханических моделей с учетом 
сложного инженерно-геологического строения пластов является инженерно-геологическая 
модель этого участка, которая должна включать цифровую модель рельефа, серию инженерно-
геологические карты, разрезы, базы данных по пробуренным скважинам, а также 
лабораторные и полевые исследования свойств грунтов, отражающие границы (поверхности 
и линии) геологических тел, положение уровней грунтовых вод, а также таблицу усредненных 
физико-механических и фильтрационных свойств, сопоставленных с геологические тела.
Первым компонентом расчетного модуля являются модули геофильтрации. Моделирование 
геофильтрации проводится в следующей последовательности. Двухпрофильные (двухмерные) 
модели изначально разрабатываются для вертикальных участков, ориентированных по осевым 
линиям водовода, и они используются для проработки отдельных расчетных сценариев. Затем 
необходимо разработать общую трехмерную модель территории обеих станций. Использование 
моделей профилей на начальном этапе, с одной стороны, позволяет детальное изучение 
локальных областей, а с другой стороны, дает дополнительную информацию для калибровки 
общей трехмерной модели геофильтрационной. 
Для созданных модулей геофильтрации и повышения точности и достоверности их 
характеристик необходимы экспериментальные фильтрационные мероприятия. Эти мероприятия 
в основном посвящены получению качественных и количественных характеристик водоносного 
горизонта. Вместе с данными завершенных исследований и наблюдений за прошлые периоды, 
результаты дополнительных инженерно-геологических работ позволят собрать входные данные, 
достаточные для построения и проверки моделей геофильтрации. Помимо физико-механических 
свойств, входные данные для моделирования геофильтрации включают результаты наблюдений 
пьезометрической сети, план (горизонтальный) и секционный (вертикальный) исправлений 
фильтрации МАУ на площадке и в конструкциях, а также строительные чертежи гидравлических 
установок и антифильтрации элементы. Выходные данные, полученные непосредственно в 
результате моделирования, будут описывать гидродинамическую фильтрационную сеть всего 

---

Журнал «Студенческий вестник» 
№ 7 (152), часть 3, 2021 г. 
57 
рассматриваемого региона после прохождения скоростей фильтрации и фильтрационного 
потока через отдельно заданные участки модели и отдельные элементы выбранных структур, 
а также картину изменения область фильтрации для нестационарных задач.
Второй компонент расчетного модуля – это геомеханические модели, которые создаются 
в порядке, аналогичном разработанным моделям геофильтрации. На начальном этапе 
разрабатываются профильные (двухмерные) модели (по осевым линиям водовода, между 
зданиями станций и между верхними точками водозаборов), а затем общая трехмерная 
геомеханическая модель водовода. кровать создана для обеих станций. Локальные подмодели 
пластов основных сооружений создаются индивидуально, что позволяет детально отображать 
напряженно-деформированное состояние выбранных конструкций и грунта под ними. 
Помимо решения прикладных задач анализа и прогноза напряженно-деформированного 
состояния грунтов, профильные модели используются для калибровки трехмерной геомехани-
ческой модели [1]. Концептуальная схема обмена информацией между математическими 
моделями и информационно-диагностическими моделями представлена на рис. 1.