Материал: Комплексные проблемы техносферной безопасности. материалы Международной научно-практической конференции. Колодяжный С.А., Небольсин В.А

СЕКЦИЯ 2. АЭРОКОСМИЧЕСКИЕ, РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ, ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ И ДРУГИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ, ГИДРОСФЕРЫ И ЛИТОСФЕРЫ

УДК (550.31:528.88):(504.064.2:551.3)

П.И. Пигулевский 1, А.Т. Азимов 2

СОВРЕМЕННЫЙ КОМПЛЕКС ГЕОФИЗИЧЕСКИХ И АЭРОКОСМОГЕОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

НА ТЕРРИТОРИИ Г. КРИВОЙ РОГ

В докладе рассмотрена актуальность применения современного комплекса геофизических и дистанционных аэрокосмических методов исследования процессов интенсивного проседания (проваливания) земной поверхности на территории г. Кривой Рог (Украина). В настоящее время данные экзогенные геологические процессы являются опасными для жизнедеятельности населения. Анализируются основные задачи, которые могут решаться предложенным комплексом. Кратко наводятся исходные геолого-геофизические и аэрокосмические данные, необходимые для выполнения исследований

Ключевые слова: опасные геологические процессы, проседание, провалы, пустоты, дистанционные аэрокосмические методы, геофизические методы

Введение. Для территории г. Кривой Рог (прежде всего его, Центрально-Городского района) Днепропетровской области Украины в настоящее время характерно развитие различных опасных для жизнедеятельности населения экзогенных геологических процессов, среди которых выделяется интенсивное проседание (проваливание) земной поверхности [1- 3]. Провальные воронки (рис. 1, [2]) являются результатом многолетней хозяйственной деятельности человека в сфере добычи полезных ископаемых подземным способом, поэтому они называются шахтными провальными воронками или шахтными провалами земной поверхности. На современном этапе изучения общая площадь провалов Кривбасса составляет более 3,4 тыс. га, а всего в городе известны как минимум 26 зон обрушения.

Рис. 1. Космоснимок провала земли над шахтой «Юбилейная»

Актуальной проблемой является исследование этих зон в мониторинговом режиме, выявление еще не закартированных зон, прогнозирование их дальнейшего развития для принятия структурами государственной (городской) власти управленческих решений. Существенное место в исследованиях, на наш взгляд, могут занимать дистанционные аэрокосмические методы, которые позволяют значительно дополнить результаты изучения процессов проседания (воронкообразования) комплексом современных геофизических методов и дан-

46

ные предыдущих исследований. Отметим основные решаемые этим комплексом задачи и необходимые исходные данные для выполнения исследований.

Решаемые задачи:

-верификация методических приемов уточнения структурной модели территории Центрально-Городского района г. Кривой Рог относительно ее ландшафтно-геологических условий на основе применения комплекса разновременных данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и имеющихся материалов геолого-геофизических исследований (на примере тестовых площадей/эталонных локальных объектов) – решение прямой задачи;

-оценка пространственно-временного развития аномальных экзогенных процессов в пределах территории работ;

-уточнение и детализация особенностей современного разломно-блокового строения территории Центрально-Городского района г. Кривой Рог в связи с локализацией в ее пределах участков потенциального развития процессов интенсивного проседания (проваливания) земной поверхности, а также участков с наличием в их недрах пустот:

-выделение предполагаемых и пространственная корректировка известных разноранговых разрывных нарушений;

-выявление областей (зон) аномального геодинамического влияния дизъюнктивов;

-тектонофизическая интерпретация результатов структурно-геодинамических исследований:

-уточнение морфологических особенностей и прогнозирование кинематических характеристик разрывных нарушений;

-определение направлений и интенсивностей новейших и современных тектонических вертикальных и горизонтальных движений в пределах образованных разрывными нарушениями блоков;

-определение (картирование) пространственного распределения локальных областей доминирующего развития деформаций сжатия и растяжения на молодом и современном этапах тектогенеза;

-выявление современных геодинамически активных субвертикальных дизъюнктивных, трещиноватых, разуплотненных, неоднородных зон, зон напряженно-деформационного состояния горных пород, зон повышенной геофлюидопроницаемости, которые могут определять пути миграции к земной поверхности разных по составу флюидов (в частности, установление прямых тепловых и, вероятно, газовых индикаторов), а следовательно, существенно влиять на условия формирования участков развития процессов интенсивного проседания/ проваливания поверхности земли, а также участков с наличием в их недрах пустот – решение обратной задачи;

-определение возможных закономерностей и прогнозирование зон/участков развития процессов интенсивного проседания/проваливания земной поверхности, а также участков/зон с наличием в их недрах пустот;

-картографирование нестабильных участков (блоков/зон) района работ, наиболее опасных относительно проседания поверхности земли, а также тех из них, которые могут иметь в недрах разнообразные пустоты;

-составление цифровых тематических картосхем территории Центрально-Городского района г. Кривой Рог масштаба 1:5 000/1:10 000 (по комплексу наземных, дистанционных и геоинформационных данных) с вынесением известных и предполагаемых участков развития процессов интенсивного проседания/ проваливания поверхности земли, а также вероятных участков с наличием в их недрах пустот, которые требуют незамедлительной инженерной защиты;

-построение вероятных 3D-пространственных геолого-геофизических моделей площадей, наиболее опасных относительно интенсивного проседания/проваливания земной поверхности;

-внедрение (передача) основных результатов НИР в заинтересованные структурные

47

подразделения Заказчика для информационно-аналитической поддержки системы принятия управленческих решений по предотвращению и устранению чрезвычайных ситуаций, связанных с развитием процессов интенсивного проседания земной поверхности под влиянием негативной нагрузки техногенных факторов, а также поддержки системы прогнозирования сценариев их развития.

Необходимые для выполнения исследований данные:

-данные ДЗЗ высокого пространственного, спектрометрического и радиометрического разрешения:

-полученные оптическими системами съемки (в частности, в дальнем инфракрасном (тепловом) диапазоне спектра электромагнитных волн);

-полученные радиолокационными системами съемки (в частности, результаты интерферометрии);

-архивные топогеодезические и ландшафтные данные с детальным отображением особенностей природных компонентов ландшафта территории г. Кривой Рог вообще и его Центрально-Городского района в частности:

-гипсометрии рельефа земной поверхности;

-гидро- и эрозионной сети;

-почв и поверхностных отложений;

-наличные геологические данные по тестовым площадям/эталонным локальным объектам – по участкам/зонам интенсивного проседания/проваливания поверхности земли, а также по участкам с наличием в их недрах пустот:

-разрезы шурфов;

-разрезы скважин;

-геологические разрезы по профилям;

-материалы по физико-механическим параметрам горных пород осадочного чехла;

-априорные гидрогеологические данные по территории исследований:

-относительно уровней залегания грунтовых вод по площади и их минерализации;

-материалы по гидрогеофильтрационным параметрам горных пород осадочного чехла на тестовых площадях/эталонных локальных объектах;

-имеющиеся данные детализационных геохимических исследований:

-относительно газово-изотопного состава грунтовых и подземных вод (в частности, о содержании гелия);

-относительно радон-тороновых эманаций;

-относительно минеральных включений в почвах и поверхностных отложениях;

-априорные данные площадных/профильных детализационных геофизических исследований:

-гравиметрических (в частности, данные ∆glok, Vzz);

-электрометрических (ВЭЗ-ВП, СЭП и т.п.; в частности, данные относительно кажущегося сопротивления геологического разреза);

-мониторинговых сейсмологических (в частности, трехкомпонентные);

-магнитометрических (∆Ta, ∆Za, ∆Ha и их трансформаций, которые также представлены материалами аналитического продолжения в нижнее полупространство);

-радиометрических (в частности, данные гамма-спектрометрии);

-другие материалы.

Выводы. Анализ основных задач, которые необходимо решать при изучении развития различных опасных для жизнедеятельности населения г. Кривой Рог экзогенных геологических процессов (интенсивное проседание земной поверхности) показывает, что их можно эффективно решать при помощи комплексирования геофизических и дистанционных аэрокосмических методов.

48

Литература

1.Пигулевский П.И., Пахомов С.П., Лазебник В.П. О возможностях геофизических методов при выявлении пустот в массивах горных пород / Геомеханические аспекты и экологические последствия отработки рудных залежей: Матер. II межд. конф.: Кривой Рог, 21-22 декабря 2012 г. – Кривой Рог, 2012. – С. 46-48.

2.Пигулевский П.И., Свистун В.К., Кирилюк А.С. О необходимости комплексных исследований геоэкологических проблем Криворожского железорудного бассейна Украины / Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях: материалы IX Междунар. науч.- практ. конф. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (г. Воронеж, 18 декабря 2013 г.). Воронеж, 2013, Часть III. С. 4-8

3.О возможностях геофизических методов при выявлении пустот в массивах горных пород (на примере Кривбасса) / П.И. Пигулевский, В.К. Свистун, С.П. Пахомов, А.С. Кирилюк // Комплексные проблемы техносфеорной безопасности. Научное издание. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. – Часть II.

–С. 118-122.

1Институт геофизики имени С.И. Субботина НАН Украины, г. Киев, Украина 2Научный центр аэрокосмических исследований Земли ИГН НАН Украины, г. Киев, Украина

P.I. Pigulevskiy1, O.Т. Azimov2

MODERN COMPLEX OF GEOPHYSICAL AND AEROSPACE GEOLOGICAL METHODS FOR THE PREDICTION OF DANGEROUS GEOLOGICAL PROCESSES WITHIN THE CITY OF KRYVYI RIH

The report highlights the actuality of application of the modern complex of geophysical and aerospace methods to study the processes of intensive land surface subsidence (falling) within the city of Kryvyi Rih (Ukraine). Nowadays the exogenous geological processes are dangerous for the livelihoods of population. The main problems, which may be overcome by the proposed complex, are analyzed. The basic geological, geophysical and aerospace data for implementation of the research are briefly presented

Key words: Kryvyi Rih basin, cavity, crater

1S.I. Subbotin Institute of Geophysics of NAS of Ukraine, Kiev, Ukraine 2Scientific Centre for Aerospace Research of the Earth of IGS of NAS of Ukraine, Kiev

УДК 629.76

В.А. Саечников, А.А. Спиридонов, И.А. Шалатонин, Д.Н. Гринь, В.В. Домбровский

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ ПО ОТРАБОТКЕ ОБОРУДОВАНИЯ СВЕРХМАЛОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Рассматривается тестирование технологий для повышения надежности и живучести системы в экспериментах по отработке оборудования сверхмалого космического аппарата

Ключевые слова: сверхмалый космический аппарат, надежность, резервирование

При разработке бортовой и научной аппаратуры сверхмалого комического аппарата (СМКА) важным является вопрос повышения надежности и живучести в экспериментах по отработке оборудования. При эксплуатации реального космического аппарата (КА) это достигается резервированием основных бортовых систем, программного обеспечения, каналов управления, каналов передачи телеметрической и целевой информации, конструкторскими решениями, применением специальных материалов. Для проведения экспериментов по отра-

49

ботке бортового оборудования СМКА и аппаратуры целевой нагрузки, бортового программ- но-математического обеспечения, оборудования комплекса управления, в том числе отработки надѐжности, работоспособности и живучести, в Белорусском государственном университете разработаны программно-аппаратные средства для лабораторной отработки (ПАС ЛО) бортовой аппаратуры нано и пикоспутников. Кроме того они используются в учебном процессе при подготовке специалистов аэрокосмической отрасли. ПАС ЛО позволяют работать как с реальными КА (прогнозировать движение КА, планировать сеансы радиосвязи, принимать и обрабатывать их телеметрию, анализировать работу бортовых систем и датчиков), реальной аппаратурой и программным обеспечением наземного комплекса управления, так и с аппаратурой и ПО имитирующей работу КА (имитатор КА), наземного комплекса управления (основной и резервный модули комплекса дистанционного управления) с помощью которых можно проводить отработку аппаратуры платформы и полезной нагрузки КА. ПАС ЛО включают в состав: комплекс дистанционного управления (КДУ) космическим аппаратом; имитатор КА; АРМ оператора навигационно-баллистического обеспечения (НБО) полета КА; АРМ оператора технической поддержки, АРМ оператора обработки информации телеметрии и целевой аппаратуры КА; программный комплекс обработки и разборчивого озвучивания текстовых фрагментов с единицами измерения для АРМ обработки информации телеметрии и целевой аппаратуры КА; программное обеспечение (ПО) ПАС ЛО. КДУ решает задачи оперативно-технического руководства работами по приему и обработке телеметрической и научной информации, как реальных КА, так и имитатора КА; управления имитатором; проведения обучения студентов в режиме имитации в различных временных масштабах, отработки и испытаний аппаратных и программных средств управления полетами, бортовой аппаратуры и научных приборов. Для повышения надежности и живучести всей системы в экспериментах по отработке оборудования СМКА разработаны два модуля КДУ, выполненные с одинаковой аппаратной реализацией, но работающие на различных операционных системах (ОС) - основной модуль КДУ на основе ОС Linux и резервный модуль КДУ на основе ОС Windows.

Имитатор КА выполнен на нерадиационно-стойкой элементной базе и включает в себя все основные бортовые системы реального СМКА: корпус; систему управления, сбора и обработки данных на основе промышленного компьютера СМ-720 (основной бортовой компьютер) и микроконтроллера STM32F429 (резервный бортовой компьютер); систему связи на основе приемопередатчика TE-СС430F51-433 (два идентичных для дублирования - основной канал управления и передачи информации от имитатора к КДУ)), приемника DVB-T RTL2832, коммуникационного модуля стандарта PC/104-Plus GPS-GLONASS / GSM (позволяющего продублировать канал передачи информации от имитатора к КДУ); систему электроснабжения на основе источника питания PS351 с возможностью питания от внешней сети, аккумуляторных и солнечных батарей; систему ориентации и стабилизации (датчики ориентации и навигации), как показано на рис. 1. Как видно на рис. 1 оборудование основных бортовых систем: системы управления, сбора и обработки данных, системы связи, системы электроснабжения для обеспечения надежности продублировано и имеет возможность удаленного управления, включение, отключения, а программного переключения взависимости от состояния бортовых систем имитатора КА и программного управления с помощью пользовательских команд.

Было протестирована возможность удаленного управления бортовыми системами и отрабатываемым оборудованием имитатора КА в различных режимах его работы при переключении каналов управления между основным и резервным модулем КДУ. Основной и резервный модуль КДУ последовательно переключали режимы работы имитатора КА и одновременно принимали телеметрию от имитатора. После загрузки программного обеспечения имитатора КА, КДУ и резервного модуля КДУ имитатор КА переходил в режим работы с минимальным энергопотреблением. На управляющие компьютеры КДУ и резервного модуля КДУ приходили пакеты телеметрической информации (ТМИ). В окне содержимого пакетов

50