Автореферат (Разрботка научного обоснованных технических решений по созданию подвижных комплексов мониторинга береговых зон)

Актуальность работыПорядка 40% населения Земли проживает на узкой прибрежной полосевдоль океанов и морей. Прибрежные зоны Российской Федерации занимаютоколо 2/3 ее границ и порядка 10% от береговых зон поверхности суши Земли.Кроме того, большая часть населения проживает вдоль береговых зонвнутренних водных объектов, в частности, озер, прудов, рек, ручьёв,искусственных водохранилищ. Для множества наблюдений береговая зона – этопограничная область суши и водной среды, состоящая из собственно берега,определяемого уровнем колебания воды при отливах и приливах, береговойлинии и берегового склона. Ширина береговой зоны может быть от несколькихдесятков до нескольких сотен метров.

Основные факторы, определяющиехарактер береговой зоны – геологические, климатические, инженернаядеятельность человека и др. Береговая зона характеризуется временнымнепостоянством и меняет свое положение в зависимости от времени года,штормовых условий, фазы прилива, давления атмосферы и многих другихпричин.Береговые зоны и прибрежные территории – это место проживаниябольшого числа людей и их культурной деятельности. Как следствие,развиваются сопутствующие отрасли промышленности, сельское, лесное,рыбное хозяйства.

Происходит добыча природных ископаемых, нефти, газа, руд.На этих территориях последнее время развивается альтернативная энергетика.Всегда береговые зоны являлись объектом туризма и отдыха, а также районамидля научно-исследовательской деятельности. Поэтому обеспечение безопасностижизнедеятельности, государственной и экологической (техногенной иприродной) безопасности на этих территориях является важной и актуальнойзадачей.Для обеспечения безопасности необходимо проводить мониторингприбрежных территорий и прилегающих акваторий в широких пространственновременных рамках.

Мониторинг может быть реализован либо посредствомбольшого числа стационарных постов, либо с использованием подвижныхкомплексов. Наиболее целесообразным в настоящее время является созданиеподвижных наземных комплексов мониторинга береговых зон. Использованиеспециальных шасси и роботов при таких измерениях представляется весьмаперспективным. Такие системы подходят для долгосрочного развертывания, таккак они дают возможность непрерывного получения данных, охватываянесколько сотен метров от береговой линии. При этом возникает ряд проблем,связанных с необходимостью обеспечения подвижности в труднодоступныхбереговых зонах при движении по водонасыщенному грунтовому изаснеженному опорному основаниях и требующих от шасси подвижныхкомплексов возможности адаптации собственной структуры к обширномудиапазону условий эксплуатации.

Особые условия эксплуатации требуютразработки научно обоснованных технических решений по созданию подвижныхкомплексов мониторинга береговых зон.При этом можно выделить следующие направления исследования:1– особые условия эксплуатации, не характерные для обычных наземныхкомплексов, обусловливают разработку методик и проведение исследований сцелью получения характеристик дорожно-грунтовых поверхностей в береговойзоне с учетом сезонности;– специфика устанавливаемого оборудования (его тип и массовогабаритные параметры) на подвижный комплекс мониторинга обусловливаетразработку методов формирования облика и определения параметров шасси;– необходимость длительной автономной работы подвижных комплексовмониторинга обусловливает разработку рациональных конструкций шасси,учитывающих специфику работы в береговой зоне, а также энергоэффективногоуправления движением.Поэтому разработка научно обоснованных технических решений посозданию комплексов мониторинга, работающих в условиях береговых зон, сцелью повышения безопасности актуальна для экономики нашей страны.Цель исследованийЦелью работы является обеспечение социально-экономической иэкологической безопасности, а также хозяйственной деятельности на береговыхтерриториях и прилегающих акваториях путем обоснования научно-техническихрешений и созданием метода разработки подвижных наземных комплексовмониторинга береговых зон.Задачи исследованияДля достижения цели в работе поставлены и решены следующие задачи:1.

Проведен анализ существующих технических решений комплексовмониторинга береговых зон, а также методов создания высокоподвижныхтранспортно-технологических систем.2. Разработана классификация типовых трасс движения в береговых зонах.3. Разработана методика получения данных физико-механических игеометрических характеристик опорных поверхностей в береговых зонах сучетом пространственно-временных факторов и особенностей местности.Проведены экспериментальные исследования по определению основныххарактеристик.

Получены новые математические зависимости, характеризующиестохастическое распределение физико-механических и геометрическиххарактеристик доминантных дорожно-грунтовых оснований в береговых зонах.4. Разработана методика получения геометрических, массовых,мощностных и скоростных характеристик шасси под полезную нагрузкуустановленных средств мониторинга.5.

Разработаны методики определения рациональной и энергоэффективнойконструкции шасси комплексов мониторинга, позволяющие проектироватьшасси подвижных комплексов мониторинга береговых зон с точки зрения:– вероятности отсутствия потери подвижности;– энергоэффективного управления движением (распределения мощностипо движителям);2– длительности автономной работы (минимального расхода топлива,наибольшего пробега).6. Разработан метод проектирования шасси подвижных комплексовмониторинга береговых зон для обеспечения социально-экономической иэкологической безопасности, а также хозяйственной деятельности на береговыхтерриториях и прилегающих акваториях.7. Проведена сравнительная оценка теоретических и экспериментальныхданных.8. Проведена апробация результатов проведенных исследований.Объект исследованийСпециальные шасси и транспортные средства высокой проходимости,предназначенные для использования в береговых зонах с целью проведениямониторинга.Общая методология исследованийПри проведении теоретических исследований использованы: методытеории вероятности и математической статистики, аналитической механики;численные методы решения систем дифференциальных уравнений; методыматематического моделирования.

При проведении моделирования примененыметоды теоретической механики, террамеханики, динамики неголономныхсистем, визуально-ориентированного блочного имитационного моделированиясложных динамических систем. Исследования условий движения проводились сприменением специального оборудования. Экспериментальные исследования пооценке подвижности в береговых зонах проводились на специальных шассивысокой проходимости.Научная новизнаВпервые приведена классификация и математическое описание опорныхповерхностей в береговых зонах, отличающаяся тем, что они рассматриваютсякак полотно пути для транспортно-технологических машин и комплексовмониторинга.Разработаны методики получения физико-механических и геометрическиххарактеристик на данной территории, отличающиеся специальным алгоритмомизмерений и получения исходных данных об опорных основаниях с учетомпространственно-временных факторов и особенностей местности.

Полученыновыеаналитическиезависимости,характеризующиестохастическоераспределение и учитывающие особенности опорных поверхностей береговыхзон, для проведения мониторинга.Разработаны новые аналитические зависимости, позволяющие определятьгеометрические, массовые, мощностные и скоростные характеристикитранспортно-технологических машин с целевым использованием в береговыхзонах.Разработаны методики оценки параметров конструкции шасси подвижныхкомплексов мониторинга с разными типами движителей с использованием3математического моделирования и критериев эффективности, отличающиесятем, что определяется вероятности отсутствия потери подвижности; оцениваетсяэнергоэффективность управления движением (распределения мощности подвижителям); рассчитывается длительности автономной работы (минимальногорасхода топлива, наибольшего пробега) с учетом новых статистических моделейопорных оснований береговой зоны.Отмеченные пункты научной новизны отражают суть предлагаемогометода разработки научно обоснованных технических решений по созданиюподвижных комплексов мониторинга береговых зон.Основные положения, выносимые на защиту1.

Из теоретических разработок:- новая статистическая модель изменения физико-механических игеометрических характеристик основных дорожно-грунтовых оснований вбереговой зоне, полученная на основе обработки новых экспериментальныхданных;- новая статистическая модель изменения физико-механических игеометрических характеристик снежного покрова как полотна пути длятранспортно-технологических машин, отличающаяся учетом пространственновременных факторов и особенностей местности;– новые аналитические зависимости для определения геометрических,массовых, мощностных и скоростных характеристик специальных шасситранспортно-технологических машин с целевым использованием в береговыхзонах.2.

Из научно-методических разработок:- методики оценки подвижности при стохастическом задании условийдвижения и соответствующих параметрах взаимодействия движителей шассиподвижных комплексов мониторинга береговых зон, позволяющие производитьвыбор рациональных параметров специальных транспортно-технологическихсредств на стадии их разработки, а также выбор рационального движителя длязаданных условий эксплуатации;– метод разработки научно обоснованных технических решений посозданию подвижных комплексов мониторинга береговых зон.3. Из научно-технических разработок: новые технические решения дляшасси подвижных комплексов мониторинга прибрежной зоны, отличающиесятем, что имеется единое шасси, позволяющее производить мониторинг, в томчисле анализ динамики береговых линий, измерение волнового климата, оценкураспространения загрязняющих веществ, мониторинг ледовой обстановки, атакже комплект сменных движителей, обеспечивающих наилучшуюподвижность в условиях береговых зон, и созданные по результатамисследований новые технологические решения и практические рекомендации,направленные на решение проблемы обеспечения подвижности при движении побереговым зонам.4Достоверность результатовПроведенный комплекс экспериментальных исследований на специальныхшасси и вездеходных транспортно-технологических машинах подтвердилосновные теоретические положения, методики и методы представленные вработе.Практическая ценностьСостоит в реализации теоретических разработок, методик расчетов,практических рекомендаций при совершенствовании существующих и созданииновых шасси подвижных комплексов мониторинга, работающих в условияхбереговых зон и обеспечивающих социально-экономическую и экологическуюбезопасность, а также хозяйственную деятельность на береговых территориях иприлегающих акваториях.Отдельные разделы диссертационного исследования вошли в следующиенаучно-практические работы:1.