close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Алимова Н.Ю. Мониторинг снегозаносимости выемок на автомобильных дорогах

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
АЛИМОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА
МОНИТОРИНГ СНЕГОЗАНОСИМОСТИ ВЫЕМОК
НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
Специальность 05.23.11 – Проектирование и строительство дорог,
аэродромов, мостов, метрополитенов и
транспортных тоннелей
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Воронеж – 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский
государственный архитектурно-строительный университет».
Научный руководитель:
Самодурова Татьяна Васильевна
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Бондарев Борис Александрович
доктор технических наук, профессор,
Липецкий государственный технический университет / кафедра строительных материалов,
профессор
Миронюк Дмитрий Александрович
кандидат технических наук,
Военный учебно-научный центр Военновоздушных сил «Военно-воздушная академия
имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж) / кафедра изыскания и
проектирования аэродромов, старший преподаватель
Ведущая организация:
Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский дорожный научноисследовательский институт»
Защита диссертации состоится 19 июня 2013 г. в 1000 на заседании диссертационного совета Д 212.033.02 при Воронежском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, д. 84, корпус 3, аудитория 3220, тел./факс: +7(4732)271-53-21.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Автореферат диссертации размещен на официальном сайте Минобрнауки РФ и на официальном сайте
Воронежского ГАСУ
Автореферат разослан 15 мая 2013 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
А. И. Колосов
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В федеральной целевой программе «Развитие транспортной системы России (2010 - 2015 годы)» в качестве приоритетной сформулирована задача повышения комплексной безопасности и устойчивости работы
транспортной системы. Проблема обеспечения бесперебойного и безопасного
движения автотранспорта на снегозаносимых участках автомобильных дорог во
время прохождения снегопадов и метелей приобретает особую актуальность в
зимний период.
Действующие нормативные документы регламентируют параметры патрульной снегоочистки для всей трассы автомобильной дороги, не учитывая, что
на снегозаносимых участках отложения снега на проезжей части и обочинах
наблюдаются чаще и в больших объемах, чем на расположенных рядом незаносимых участках. Это приводит к снижению скорости и перерывам в движении
транспортных потоков при длительных и интенсивных снегопадах и метелях.
Решение задачи обеспечения бесперебойного движения в сложных погодных условиях возможно на основе создания системы мониторинга снегозаносимых участков автомобильных дорог, к которым относятся, в первую очередь,
нераскрытые выемки.
Развивающиеся в настоящее время погодные дорожные системы предоставляют технические возможности для организации наблюдений за погодными
условиями и состоянием снегозаносимых участков. Требования к уровню содержания дорог составляют нормативную базу для развития мониторинга снегозаносимых участков, но отсутствие вычислительной и прогностической подсистем, а также системы поддержки принятия решений по снегоочистке не позволяют создать полноценную систему мониторинга.
Таким образом, разработка системы мониторинга снегозаносимых участков дорог является актуальной задачей, решение которой повысит эксплуатационную надежность автомобильных дорог в зимний период. В диссертационной работе проведены исследования по мониторингу выемок, которые относятся к категории сильнозаносимых участков автомобильных дорог.
Объект исследования – снегозаносимые участки автомобильных дорог в
выемках.
Предмет исследования – закономерности формирования снежных отложений в выемках и динамика снегонакопления под воздействием различных
факторов.
Целью диссертационной работы является разработка системы мониторинга снегозаносимости выемок автомобильных дорог для организации работ
по зимнему содержанию.
Основные задачи исследования:
1. Разработать систему мониторинга снезаносимости выемок и определить перечень параметров, влияющих на динамику снегонакоплений в зимний
период;
2. Разработать динамическую модель для расчета снежных накоплений в
3
выемках, учитывающую отложения снега от метелей, снегопадов, снегоочистки
и потери снега от воздействия погодных факторов.
3. Провести опытно-экспериментальную проверку адекватности предложенной математической модели расчета снежных накоплений;
4. Провести серию вычислительных экспериментов для оценки снегозаносимости выемок различной глубины и исследования динамики накопления
снега на откосах, в кюветах и на проезжей части выемки;
5. Разработать алгоритм обработки погодной и дорожной информации
для оценки и прогноза снегозаносимости выемок;
6. Разработать практические рекомендации по выбору технологий работ
по зимнему содержанию на основе прогноза снегозаносимости выемки.
Научная новизна заключается в следующем:
 предложена система мониторинга снегозаносимых участков дорог, включающая математическую модель и алгоритм определения текущего и прогнозируемого эксплуатационного состояния участков дорог в выемках, блоки принятия решений по выбору технологии работ по снегоочистке и их реализации;
 установлен перечень приоритетных природных факторов, погодных и дорожных параметров - геометрические параметры выемки, направление участка
дороги, температурный и ветровой режим зимнего периода;
 предложена математическая модель баланса для расчета накопления снега на откосах и в кюветах выемок от метелей, снегопадов, снегоочистки и его
потери от воздействия погодных факторов (температуры воздуха и скорости
ветра);
 в результате статистической обработки данных метеостанций, получены
показательные законы распределения основных погодных величин, определяющих процессы снегонакоплений в выемках – температуры воздуха при выпадении твердых осадков, объемов снегопереноса при метелях, интенсивности и количества выпавших осадков при снегопадах;
 по результатам вычислительных экспериментов выявлена динамика снегонакопления в выемках различной глубины, на основании которых возможен
прогноз даты достижения полной снегоемкости и объемов снега на дорожном
покрытии, необходимых для принятия решений по выбору технологии работ по
снегоочистке.
Научная значимость работы определяется разработкой системы мониторинга снегозаносимости опасных участков дорог, математической модели и алгоритма определения текущего и прогнозируемого эксплуатационного состояния участков дорог в выемках.
Практическая значимость работы диссертационной работы заключается
в разработке рекомендаций по мониторингу снегозаносимости выемок, разработке алгоритма обработки погодной и дорожной информации для оценки и
прогноза снегозаносимости выемок.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается использованием результатов теоретических исследований и математических
моделей, адекватность которых была доказана ранее, соблюдением основных
4
принципов математического моделирования и обеспечивается сопоставлением
результатов моделирования с опытно-экспериментальными данными снегомерных съемок.
Реализация результатов научных исследований. Результаты исследований использовались при выполнении научно - исследовательских работ по теме
«Исследование и разработка методов и средств упреждающего автоматизированного сбора и анализа информации об угрозах природного происхождения
(оползни, лавины, камнепады, обледенения, подтопления и т.п.) на автомобильных дорогах общего пользования в целях своевременного реагирования на
указанные угрозы и минимизации их последствий» в виде аналитических материалов и алгоритмов при разработке раздела «Модели системы упреждающего
автоматизированного сбора и анализа информации об угрозах природного происхождения на федеральных автомобильных дорогах общего пользования»
Результаты исследований использованы при выполнении проекта «Реконструкция автомобильной дороги 1Р 228 Сызрань – Саратов – Волгоград на участке км 446+693 – км 465+000, Волгоградская область». В раздел проекта «Организация работ по содержанию автомобильной дороги 1Р 228 Сызрань – Саратов – Волгоград на участке км 446+693 – км 465+000, Волгоградская область»
вошли результаты оценки снегоемкости выемок и варианты снегозащиты трех
участков дороги, проходящих в нераскрытых выемках.
Результаты исследований использовались в учебном процессе Воронежского государственного архитектурно-строительного университета при выполнении дипломных научных работ и технических деталей дипломных проектов.
На защиту выносятся:
 математические модели расчета остаточной снегоемкости и прогнозирования снегозаносимости выемок;
 динамическая модель накопления снега в выемках, учитывающая отложения снега от метелей, снегопадов, снегоочистки и потери снега от воздействия погодных факторов;
 параметры законов распределения основных физических величин, определяющих процессы снегонакопления - температуры воздуха при выпадении
твердых осадков, объемов снегопереноса при метелях, интенсивности и количества выпавших осадков при снегопадах;
 алгоритм обработки данных для расчета объемов отложений снега и прогноза объемов работ по снегоочистке для выемок различной глубины.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и
одобрены
на
научно-технических
конференциях
профессорскопреподавательского состава Воронежского государственного архитектурностроительного университета (2004-2012гг.), на Международной конференции
молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2004г.), Международных конференциях «Математика. Компьютер. Образование» (Дубна, 2004г., 2006г., Ростов-на-Дону, 2005г., 2006г.), Международных научно-технических конференциях «Современные технологии, машины и
материалы для зимнего содержания автомобильных дорог» (г. Могилев, 2005г.,
5
2010г.), Научно-технической конференции «Решение энергоэкологических
проблем в автотранспортном комплексе» (МАДИ, Москва, 2007г.), на Международной конференции SIRWEC (Финляндия, Хельсинки, 2012г.), на Международной конференции «Snow engineering VII» (Япония, Фукуй, 2012г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ общим объемом 88 страницы, из которых лично автору принадлежит 38 страниц.
Четыре работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: «Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного
университета. Строительство и архитектура», «Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета», сборник «Дороги и мосты».
В статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК, изложены основные результаты диссертации: в работе [1] представлена динамическая
математическая модель для определения объемов снегонакоплений на откосах
и в кюветах выемок, в работе [2] представлена математическая модель, учитывающая воздействие погодных факторов на динамику снегонакопления в нераскрытой выемке; в работе [3] рассмотрена задача мониторинга снегозаносимых участков, представлены расчет остаточной снегоемкости выемки и пошаговый алгоритм оценки ее снегозаносимости; в работе [4] представлены результаты опытно-экспериментальной проверки адекватности математических моделей.
Структура и объем диссертационной работы. Работа состоит из введения, четырех глав, изложенных на 160 страницах машинописного текста, основных выводов, списка литературы, содержащего 163 наименований, и двух приложений. Диссертация содержит 35 рисунков, 20 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследования, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна
и практическая значимость работы.
В первой главе представлен анализ результатов исследований снегозаносимости нераскрытых выемок, существующих методов расчета снегоприноса,
расчетных схем и формул для определения снегоемкости откосов и кюветов
нераскрытых выемок и потерь снега.
Большой вклад в развитие теории снегоприноса внесли А.А.Комаров, А.К.
Дюнин, А.А.Кунгурцев, Д.М. Мельник и другие ученые, вопросами снегозаносимости выемок занимались А.Х. Хргиан, Н.Е. Долгов, А.А. Кунгурцев, Г.В.
Бялобжеский, А.П.Васильев. Процессы потерь снега при его таянии и уплотнении исследовали Д.М.Мельник, А.К. Дюнин, И.А. Гладышева, Н.Г. Дмитриева,
Н.И. Паневин. Модели для количественной оценки снега на покрытиях автомобильных дорог получены Гладышевой О.В. Результаты этих исследований использовались при проектировании снегозащиты автомобильных дорог.
Анализ стандартов на зимнее содержание дорог сделать вывод о том, что
жесткие требования к уровню содержания дорог приводят к необходимости
развития системы мониторинга снегозаносимых участков.
6
Современные дорожные датчики и видеокамеры позволяют получить информацию для оценки состояния дорожного покрытия в режиме реального
времени, а информационные системы - реализовать расчетные и прогностические модели для мониторинга опасных участков дорог. Отмечено, что в настоящее время, не имеется моделей для оценки и прогноза снегозаносимости
участков автомобильных дорог, проходящих в выемках.
Проведенный обзор состояния вопроса позволил конкретизировать цель и
задачи исследования, изложенные выше.
Во второй главе представлены математические модели
для
мониторинга
снегозаносимости нераскрытых выемок.
Мониторинг снегозаносимых участков
дорог представлен в
виде схемы, приведенной на рис. 1.
Выявлены все
параметры (погодные и дорожные
факторы, природные
условия и геометрические параметры нераскрытых выемок),
определяющие объем
снежных накоплений
при снегопадах и метелях. Для расчета
снегоемкости откоса
и кювета нераскрытой выемки принята
схема, приведенная
Рис.1. Схема мониторинга снегозаносимых участков дорог
- информационные потоки
на рис. 2.
Рис.2. Схема формирования снежных отложений
в нераскрытой выемке при метелях
7
Принято, что снегоемкость нераскрытой выемки равна объему снега, который
может разместиться в
пределах заштрихованной зоны на участке
дороги длинной в 1 м.
Согласно схеме снегоемкость нераскрытой выемки QНВ глубиной Н рассчитывалась по формуле:
QНВ  0,4329Н 2  0,8658Н  0,2129 ,
(1)
Остаточная снегоемкость – свободная на любой момент времени t,
величина снегоемкости, которая может быть заполнена снегом определялась
как разница между объемом полной снегоемкости и объемом накопленного
снега
Qост t   QНВ  Qотл t  .
(2)
Объем снегонакоплений на откосах и в кюветах нераскрытой выемки в
любой момент времени зимнего периода t описан в общем виде динамической
моделью:
Qотл (t )  f Qснп (t ); Qмет (t ); Qуб (t ); Qпот (t ); t  ,
(3)
где Qснп – объем снега, выпавший при снегопадах, м3/м; Qмет – объем снега, принесенный к выемке при метелях, м3/м; Qуб - объем снега, перемещенный с проезжей части и обочин на откосы и в кюветы выемки при патрульной снегоочистке, м 3/м; Qпот – объем потерь
снега под действием погодных факторов, м3/м; t – время, ч.
Исходя из физической постановки задачи, в любой момент времени t объем снежных отложений может быть рассчитан по уравнению баланса:
Qотл t   Qснп t   Qмет t   Q уб t   Qпотt  .
(4)
Составляющие уравнения (4) рассчитывались по формулам:
Qснп  Vв   /  в ,
(5)
где Vв - объем воды, соответствующий объему растаявших осадков, зафиксированных
на метеостанции, м3;  - плотность свежевыпавшего снега, кг/м3;  в - плотность воды, кг/м3.
Qмет  Wсп  Wпер  sin д   i  ,
(6)
где Wсп – объем снегоприноса к дороге, м /м; Wпер – объем снегопереноса, м /м; д –
направление дороги, град; i – направление ветра, град.
3
Q уб  J  B  L  t сн   /  сн ,
3
(7)
где J - интенсивность снегопада, мм/ч; B – ширина очищаемой проезжей части и обочин, м; L - длина участка снегоочистки, км; t сн - продолжительность снегопада, ч;  уб - плотность снега, после снегоочистки.
Объем потерь снега на откосе и в кювете нераскрытой выемки от воздействия погодных факторов рассчитан по формуле:
Qпот  Qсв   ср /  пот ,
(8)
где Qсв – объем свежих снегоотложений от метели или снегопада, м3/м; ср – средняя
плотность снегоотложений , т/м3; пот – плотность отложений с учетом воздействия погодных
факторов, т/м3.
Представлена методика проведения вычислительного эксперимента по
оценке снегонакоплений в нераскрытой выемке.
В третьей главе приведена методика и результаты проведения опытноэкспериментальных работ по проверке адекватности математических моделей
8
оценки снегозаносимости нераскрытых выемок. Проверка адекватности проведена путем сопоставления рассчитанных объемов снегоотложений с фактическими объемами, определенными в ходе специальных снегомерных съемок.
При проверке адекватности модели использовались:
- данные тахеометрической съемки поперечных профилей земляного полотна на опытных участках,
- данные снегомерных съемок, проведенных на 6 опытных участках автомобильной дороги А-144 Курск – Воронеж – Борисоглебск в Воронежской области и федеральной автомагистрали М2 «Крым» на обходе г. Мценск в Орловской области,.
- данные метеостанций Государственной наблюдательной сети в местах
расположения опытных участков.
На опытных участках проводились измерения высоты снежных отложений в характерных точках поперечного профиля земли и в точках изменения их
формы и высоты, обмерялись валы снега на бровке земляного полотна. Пример
съемки поперечного профиля снегоотложений на участке нераскрытой выемки
приведен на рис. 3.
Фактические значения плотности снежных
отложений определялись
с помощью режущего
кольца.
Снегомерные
съемки проводились после интенсивных метелей
и снегопадов. Сходимость результатов расчеРис. 3. Пример съемки поперечного профиля
та объемов снежных отснегоотложений на участке нераскрытой выемки
ложений на откосах и в
кюветах нераскрытых выемок с данными фактических измерений колеблется в
пределах от 82 % до 98 %.Сходимость показателей плотности превышает 90 %.
Сделан вывод о возможности применения разработанной математической модели для количественной оценки снежных отложений в нераскрытых выемках.
По результатам вычислительных экспериментов проведено исследование
динамики снегонакопления в нераскрытых выемках на основе погодной информации метеостанции Мценск за 42 зимних сезона. Для численного моделирования разработана программа в СУБД Microsoft Visual Fox Pro.
Детальный анализ динамики снегонакопления проведен по 6 зимним сезонам с наиболее интенсивной метелевой деятельностью. Установлено, что основные параметры метелей и снегопадов являются случайными величинами,
подчиняющимися показательному закону. Результаты статистической обработки результатов вычислительных экспериментов приведены в табл. 1.
Случайный характер параметров отдельных метелей и снегопадов позволил сделать вывод о необходимости мониторинга снегозаносимости нераскры9
тых выемок на основании обработки данных метеостанций об осадках, продолжительностью их выпадения, скоростью и направлением ветра. Такие расчеты
должны вестись постоянно в течение зимнего сезона.
Таблица 1
Результаты статистической обработки данных
о параметрах метелей и снегопадов
Параметр
статистической
обработки
Температура воздуха при выпадении осадков, 0С
Объем снегопереноса, м3/м
Интенсивность
снегопада,
мм воды/ч
Количество осадков от снегопада,
мм воды
Закон
распределения
Параметры
закона
Среднее
значение
Доверительный интервал
разброса среднего значения
для доверительной вероятности
0,85
0,90
0,95
Показательный
μ= - 0,26
-3,88
-2,27 -5,49 -2,04 -5,72 -1,68 -6,07
Показательный
μ=0,053
18,85
9,2528,44 7,9229,78 5,7931,91
Показательный
μ=8,47
0,12
0,05÷0,18
0,04÷0,19
0,03÷0,20
Показательный
 =0,38
2,62
1,42÷3,82
1,26÷3,98
0,99÷4,25
Результаты математического моделирования объемов снегонакоплений в
нераскрытых выемках позволили оценить влияние объемов снега от метелей и
снегопадов на количество снежных отложений. Накопление снега на откосах и
в кюветах выемки при учете объемов от метелей и снегопадов идет интенсивнее, чем при учете только метелей. В отдельные годы доля снега от снегопадов
в общем объеме превышает 30 %. Результаты расчетов приведены в табл. 2.
Динамика накопления снега от метелей и снегопадов на откосах и в кюветах нераскрытых выемок представлена на рис. 4.
Таблица 2
Объем снега от метелей и снегопадов в течение зимнего периода
(по результатам моделирования)
Параметр
Объем
снежных от метелей и снегопадов
отложений за зимот метелей
ний период, м3/м
Доля снега от снегопадов в общем объеме, %
Значение параметра
25,43 76,44 35,59 49,36 41,34
47,52
20,35 50,83
28,07
36,39
20,0
21,1
33,5
46,10 27,92
6,6
32,5
23,4
Анализ графиков позволяет установить даты достижения полной снегоемкости нераскрытых выемок различной глубины как проекции на временную ось
точек пересечения кривой объемов снежных накоплений с линиями, характеризующими полную снегоемкость выемки соответствующей глубины. Объем снега на откосах и в кюветах в этот момент соответствует ее полной снегоемкости:
(9)
Qотл  QНВ (h ) .
10
а)
б)
Рис. 4. Динамика накопления снега на подветренных откосах и в кюветах нераскрытых
выемок в течение зимнего периода: а) динамика снегнакопления
- полная снегоемкость нераскрытой выемки, определенной глубины, м3/м;
- суммарный объем снега от метелей и снегопадов, м3/м;
- объем снега от метелей, м3/м;
б) объемы снега от снегопадов и метелей
- объем снега при снегопаде, м3/м;
- объем снега, принесенного во время метели м3/м
Исследовано влияние термического и ветрового воздействия на объемы
снежных отложений в зимний период. Потери снега определялись с учетом изменения плотности и объема отложений в периоды между метелями и снегопадами.
Результаты расчетов для одного из зимних периодов представлены на
рис. 5, объемы снегонакоплений совмещены с данными по скорости ветра и
температуре воздуха. Разница между объемами снега, рассчитанными с учетом
и без учета потерь от термического и ветрового воздействия с течением времени возрастает и достигает максимума к концу зимнего сезона.
В табл. 3 приведены результаты расчетов объемов снега на подветренных
откосах и в кюветах нераскрытой выемки в конце каждого из шести зимних периодов наблюдения. В отдельные годы потери снега, рассчитанные на конец
зимнего периода, превышают 60% от общего объема снегонакоплений.
11
Рис. 5. Динамика снегонакоплений с учетом влияния погодных факторов:
- количество дней с порывами ветра более 5 м/с;
- среднесуточная и
- максимальная температура воздуха днем, 0С;
- полная снегоемкость нераскрытой выемки, соответствующей глубины, м3/м;
- объем снегонакоплений с учетом воздействия погодных факторов, м3/м;
- объем накоплений без учета воздействия погодных факторов, м3/м
Таблица 3
Влияние погодных факторов на объем снежных отложений
Параметр
Значение параметра
без учета влияния поОбъем
25,43 76,44 35,59 49,36 41,34 47,53
годных факторов
снежных
отложений, с учетов влияния по13,72 33,78 14,04 34,73 15,70 19,66
м3/м
годных факторов
Потери снега, %
46,0 55,8 60,5 42,1 62,0 58,6
12
Рассчитано уравнение регрессии, описывающее зависимость потерь снега
на откосах и в кюветах нераскрытых выемок от превышения температуры воздуха над климатической нормой ( Т в ):
Pr os  0,6Tв2  3,267Т в  3,974
(10)
Влияние факториального признака на результативный   0,95 , что говорит
о тесной корреляционной зависимости. Коэффициент детерминации составляет:    2  0,906 , следовательно превышение температуры воздуха над климатической нормой является доминирующим фактором (90,6 % потерь снега обусловливается температурным фактором, остальные 9,4 % - влиянием ветра).
Проверка адекватности регрессионной модели проведена по критерию Фишера.
Проведено исследование влияния объемов снегоуборочных работ на процессы накопления снега на откосах и в кюветах нераскрытых выемок.
При расчетах учтен объем снега, выпавший на покрытие во время снегопадов при условии его размещения на откосах и в кювете выемки. К концу зимнего периода объем снега от снегоуборки не превышает 3,3 % от общего объема. Однако, при интенсивных и продолжительных снегопадах их доля в общем
объеме отложений может иметь значительную величину. Это может привести к
тому, что снегоемкость откосов и кюветов выемок с учетом и без учета объемов
снега от патрульной снегоочистки будут исчерпаны в разные сроки.
Результатов численных экспериментов по расчету даты достижения полной снегоемкости с учетом всех факторов приведены в табл. 4.
Таблица 4
Даты достижения полной снегоемкости нераскрытых выемок,
рассчитанные с учетом всех факторов
Дата достижения полной снегоемкости
Глубина выемки, м
в различные годы
1,0
15/11 12/11 23/11 20/12 23/11
19/11
2,0
19/11 05/12 30/11 24/12 29/11
19/11
3,0
23/11 16/12 18/01 24/12 29/11
19/11
4,0
24/11 18/12 18/01 30/12 11/12
07/12
5,0
24/11 09/01 18/01 21/01 28/12
07/12
6,0
нд*
09/01 20/01 26/01 20/02
16/02
7,0
нд
09/01
нд
29/01
нд
16/02
8,0
нд
12/01
нд
22/03
нд
нд
9,0
нд
13/02
нд
нд
нд
нд
10,0
нд
23/02
нд
нд
нд
нд
11,0
нд
нд
нд
нд
нд
нд
Примечание: * нд - полная снегоемкость не достигнута
Разработанная динамическая модель для оценки объемов снегоотложений
в нераскрытых выемках и обработка данных метеостанции позволили рассчитать количество снега, откладывающегося на дорожном покрытии для двух
случаев:
13
- для снегонезаносимого участка,
- для участка дороги, проходящего в нераскрытой выемке.
Результаты расчетов для нераскрытой выемки глубиной 5 м представлены на рис. 6.
Анализ результатов расчета показывает, что объемы снега и частота его
отложений на проезжей части снегозаносимого участка в выемке значительно
превышают те же показатели для снегонезаносимого участка дороги.
а)
б)
Рис. 6. Динамика отложения снега на проезжей части и обочинах дороги
а - на снегонезаносимом участке, б - на участке, проходящем в нераскрытой выемке
глубиной 5 м ;
- объем снега на дорожном покрытии, м3/м;
- максимально допустимая толщина снега, согласно требованиям к уровню содержания, м
До момента достижения полной снегоемкости нераскрытой выемки объемы сопоставимы для двух участков. После достижения полной снегоемкости
откосов и кюветов выемок количество случаев отложения снега на проезжей
части выемки и объемы снега значительно превышают эти же параметры по
сравнению со снегонезаносимым участком. При этом объемы от снегопадов на
участках совпадают, а во время метелей в нераскрытой выемке принесенный к
дороге снег выходит на покрытие. Таким образом, цикличность работ по снегоочистке на участках нераскрытых выемок значительно превышает цикличность
работ на снегонезаносимых участках.
В четвертой главе приведены практические рекомендации по мониторингу снегозаносимости нераскрытых выемок.
Представлены информационные ресурсы, необходимые для мониторинга,
даны рекомендации по пополнению существующих баз данных для решения
задач мониторинга и выбора технологии работ по снегоочистке. Разработана
14
схема информационного обмена при мониторинге снегозаносимости нераскрытых выемок.
Разработан алгоритм обработки погодной и дорожной информации для
расчета остаточной снегоемкости нераскрытой выемки в течение зимнего сезона, прогнозирования объема снега на дорожном покрытии и выбора технологии
работ по снегоочистке.
Рассчитана экономическая эффективность от внедрения презлагаемых
решений в практику зимнего содержания дорог. Экономический эффект достигается за счет:
- повышения скорости движения при правильном выборе технологии работ по снегоочистке,
- исключения перерывов в движении при снежных заносах за счет своевременного прогноза снегозаноимости при мониторинге нераскрытых выемок.
Экономический эффект зависит от интенсивности движения и временного фактора и может быть определен по номограммам, приведенным на рис. 8.
а
б
Рис. 8. Экономический эффект предлагаемых решений
а - за счет повышения скорости движения при своевременной снегоочистке,
б - за счет предотвращения перерывов движения.
- 50 авт/ч;
- 150 авт/ч;
- 300 авт/ч;
- 650 авт/ч
ВЫВОДЫ
1.
Впервые предложена система мониторинга снегозаносимых участков
дорог, включающая математическую модель и алгоритм определения текущего
и прогнозируемого эксплуатационного состояния участков дорог в выемках,
блоки принятия решений по выбору технологии работ по снегоочистке и их
реализации. Предложенная система позволяет организовать работы по зимнему
содержанию участков дорог, проходящих в выемках.
2. Установлен перечень приоритетных природных факторов, погодных и дорожных параметров - геометрические параметры выемки, направление
участка дороги, температурный и ветровой режим зимнего периода, для мониторинга снегозаносимости участков автомобильных дорог в выемках.
3.
Впервые предложена математическая модель баланса для расчета
накопления снега на откосах и в кюветах выемок от метелей, снегопадов, снегоочистки и его потери от воздействия погодных факторов (температуры воз15
духа и скорости ветра), позволяющая оценивать остаточную снегоемкость выемки в течение зимнего периода и прогнозировать объемы работ по снегоочистке. Экспериментально подтверждена адекватность предложенной модели,
сходимость результатов расчета и фактически измеренных объемов снега составляет от 82 до 90 %.
4.
В результате статистической обработки данных метеостанций, получены показательные законы распределения основных погодных величин, определяющих процессы снегонакоплений в выемках – температуры воздуха при
выпадении твердых осадков, объемов снегопереноса при метелях, интенсивности
и количества выпавших осадков при снегопадах, подтверждающие случайный
характер указанных параметров и необходимость мониторинга участков дорог в
выемках;
5.
По результатам вычислительных экспериментов выявлена динамика снегонакопления в выемках различной глубины, на основании которой возможен прогноз даты достижения полной снегоемкости и объемов снега на дорожном покрытии, что позволяет принимать решения по выбору технологии
работ по снегоочистке.
6.
Результаты исследований могут быть внедрены в практику зимнего
содержания дорог в виде информационной подсистемы мониторинга, которая
включает в себя погодные и дорожные информационные ресурсы, алгоритмы
расчета и прогноза снегозаносимости выемок. Внедрение результатов
исследований позволит получить эффект в экономике государства за счет
повышения скорости движения и исключении перерывов в движении при
снежных заносах. Количественное значение экономического эффекта зависит
от интенсивности движения и может быть определено по номограммам.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Статьи в изданиях, входящих в Перечень ВАК
1. Алимова, Н. Ю. Динамика накопления снега на откосах и в кюветах
нераскрытых выемок [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. - № 3
(23). – С. 109–116. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3)
2. Алимова, Н. Ю. Учет воздействия погодных факторов на динамику
снегонакоплений в нераскрытых выемках [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В.
Гладышева, Н.Ю.Алимова//Вестник ТГАСУ.– 2011. № 4 (33). – С. 198–208.
(Количество страниц, выполненных лично соискателем - 5.)
3. Алимова, Н. Ю. Мониторинг накопления снега на снегозаносимых
участках автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н.
Ю. Алимова // Сборник «Дороги и мосты». – 2012. – Вып. 27. – С. 87–101. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 7)
4. Алимова, Н. Ю. Проверка адекватности моделей для оценки снегозаносимости автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева,
Н. Ю. Алимова, С.М. Ширяева // Научный вестник Воронежского ГАСУ.
16
Строительство и архитектура. – 2013. – № 1 (29). – С. 66–74. (Количество страниц, выполненных лично соискателем - 3.)
Статьи в других изданиях
1. Козлова, Н. Ю. Базы данных метеорологической информации при
оценке безопасности движения в зимний период [Текст] / Т. В. Самодурова, П.
А. Наумов, Козлова Н. Ю. // Математика. Компьютер. Образование: тезисы 11й междунар. конф. - Дубна, 2004, - С. 65. .(Количество страниц, выполненных
лично соискателем – 0,5 стр.)
2. Козлова, Н. Ю. Использование программного комплекса КРЕДО для
построения дорожных климатических моделей [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В.
Гладышева, П. А. Наумов, Козлова Н. Ю. // Автоматизированные технологии
изысканий и проектирования. – 2004. - № 15. - С. 41-43. (Количество страниц,
выполненных лично соискателем -1 стр.)
3. Козлова, Н. Ю. Климатические модели для решения задач зимнего содержания автомобильных дорог [Текст] / Т. В. Самодурова, Н. Ю. Козлова //
Актуальные проблемы современной науки: труды 5-й междунар. конф. молодых ученых и студентов, Самара, 7-9 сентября 2004 г. - Самара, 2004. - С. 34-37.
(Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.)
4. Козлова, Н. Ю. Картографирование климатической информации о параметрах метелевой деятельности [Текст] / О. В. Гладышева, Н. Ю. Козлова //
Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержания автомобильных дорог: материалы междунар. науч.-техн. конф., Могилев, 17–18
февраля 2005 г. – Могилев, 2005. – С. 32-33. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)
5. Алимова, Н. Ю. Модели распределения параметров метелевой деятельности по территории [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю.
Алимова // Математика. Экономика. Образование: тезисы 12-й междунар. конф.
– Ростов-на-Дону, 2005, - С. 184-185. (Количество страниц, выполненных лично
соискателем – 1 стр.)
6. Алимова, Н. Ю. Динамика снегоотложений на дорожных покрытиях
[Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Математика.
Компьютер. Образование: тезисы 13-й междунар. конф. – Дубна, 2006, - С. 111112 (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)
7. Алимова, Н. Ю. Модели для оценки адаптивности технологий снегоочистки к погодным воздействиям [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева,
Н. Ю. Алимова // Математика. Экономика. Образование: тезисы XIV междунар.
конф. – Ростов-на-Дону, 2006, - С. 178-179. (Количество страниц, выполненных
лично соискателем – 1 стр.)
8. Алимова, Н. Ю. Моделирование динамики снегоотложений на дорожном покрытии [Текст] / Т. В. Самодурова, О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова //:
тезисы науч.-техн. конф. 3-и Луканинские чтения «Решение энергоэкологических проблем в автотранспортном комплексе», Москва, 30-31 января 2007г. /
17
МАДИ. – Москва, 2007. – С. 104-107. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)
9. Алимова, Н. Ю. Снегозаносимость участков автомобильных дорог с
различным типом поперечного профиля [Текст] / О. В. Гладышева, Н. Ю. Алимова // Современные технологии, машины и материалы для зимнего содержания автомобильных дорог: материалы междунар. науч.-техн. конф., Могилев,
18–19 февраля 2010 г. – Могилев, 2010. – С. 23-24. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1 стр.)
10. Алимова, Н. Ю. Инженерный мониторинг в системе управления работами по зимнему содержанию автомагистралей [Электронный ресурс] / Т.В.
Самодурова, Н.Ю. Алимова, И.В. Черней // Электронный сборник тезисов научно-образовательного форума "Инновации в сфере науки, образования и высоких технологий. Малое инновационное предпринимательство (INNOV-2012)"
– Электрон. дан. – Воронеж, 2012. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM); 12 см.
(Количество страниц, выполненных лично соискателем – 1,5 стр.)
11. Alimova, N. Y. 2D and 3D road climatic models [Текст] / T. V.
Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova, S. M. Shiryaeva //16th International
road weather conference SIRWEC, Proceedings, 23-25 May 2012. - Helsinki, Finland, 2012. - 7 pp. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.)
12. Alimova, N. Y. Snowdrifts formation on road embankments [Текст] / T. V.
Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova, S. M. Shiryaeva // Proceedings of the
7th International conference «Snow engineering VII», 6-8 June 2012. - Fukui, Japan,
2012. - P. 442-449. (Количество страниц, выполненных лично соискателем – 2 стр.)
13. Alimova, N. Y. Snow accumulation dynamics on slopes and ditches for unsolved groove [Текст] / T. V. Samodurova, O. V. Gladisheva, N. Y. Alimova // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. – 2012. - № 4(16). – P. 58-68. (Количество
страниц, выполненных лично соискателем – 5 стр.)
АЛИМОВА НАТАЛЬЯ ЮРЬЕВНА
МОНИТОРИНГ СНЕГОЗАНОСИМОСТИ ВЫЕМОК
НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Подписано в печать 14.05.2013. Формат 60×84 1/16. Бумага писчая.
Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 234.
________________________________________________________________________
Отпечатано: отдел оперативной полиграфии
Издательства учебной литературы и учебно-методических пособий
Воронежского государственного архитектурно-строительного университета
394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
18
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
7
Размер файла
708 Кб
Теги
мониторинг, выемок, автомобильная, снегозаносимости, дорога, алимов
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа