Safety in TechnosphereSafety in TechnosphereБезопасность в техносфере1998-071X207610.12737/3667Контроль и мониторингControl and monitoringКонтроль и мониторингResearch of Adequacy of Digital Technologies Related to Technosphere Objects’ Safety MonitoringИсследование адекватности цифровых технологий мониторинга безопасности объектов техносферыХлыстуновМихаил СергеевичKhlystunovMikhail Сергеевичmcxmgsu@mail.ruПодувальцевВ. В.PoduvaltsevV. В.vvpoduval@mail.ruМогилюкЖанна ГеннадиевнаMogilyukZhanna Геннадиевнаintdginni@mail.ru2504201425042014321417https://zh-szf.ru/en/nauka/article/2076/view
В статье рассматриваются проблемы формирования ложных спектральных отображений динамических нагрузок в информационно-измерительных
системах контроля безопасности объектов техносферы. Анализируется
процесс формирования опасных спектральных, амплитудных и фазовых искажений в результате применения цифровых технологий преобразования,
передачи и первичной обработки исходной физической информации. Представлены результаты сравнительного анализа спектров исходных аналоговых и цифровых отображений динамических параметров безопасности объектов техносферы. Показано наличие аналогичных фантомных эффектов как
в цифровых системах многоканального мониторинга, так и в программных
комплексах проектного и научного моделирования полей динамических нагрузок в пространстве объектов техносферы.
Problems related to formation of false spectral images of dynamic loadings in information and measuring monitoring
systems of technosphere objects’ safety are considered in this paper. A process related to formation of dangerous spectral,
amplitude and phase distortions as a result of application of digital technologies related to initial physical information
transformation, transfer and preprocessing is analyzed. Results of comparative analysis related to spectra for initial analog
and digital images of technosphere objects’ safety dynamic parameters have been presented. An existence of similar
phantom effects both in digital systems of multichannel monitoring, and in program complexes of design and scientific
modeling related to fields of dynamic loadings in space of technosphere objects has been shown.
1. Введение в проблемуВ настоящее время цифровые технологии измерения, передачи и обработки физической информации и виртуального моделирования заняли доминирующие позиции в информационно-измерительных системах безопасности объектов техносферы. Самым ответственным, в метрологическом плане, направлением внедрения цифровых технологий стали многоканальные системы измерения полей распределения динамических нагрузок в пространственных конструкциях объектов техносферы. Эта ответственность возрастает в силу последствий [1–3], в результате метрологического «сбоя» применяемого инструмента. В многоканальных системах мониторинга метрологические «сбои» проявляются в виде амплитудных и фазовых искажений в широкой полосе частот, которые не позволяют восстановить истинные значения направления и модуля векторных нагрузок.Самым сложным и ответственным этапом применения цифровых систем и инструментов является процесс дискретизации. На этом этапе многоканального мониторинга существенно возрастает риск формирования опасных спектральных искажений. Следует отдать должное основоположникам цифровых технологий, которые тщательно анализировали сопутствующие метрологические проблемы применения цифровых технологий [4].2. Спектральный анализ процесса дискретизации контролируемых параметров.Рассмотрим ряд важных проблем, связанных с «рождением» спектральных «фантомов» на этапе дискретизации аналоговых или непрерывных функций, которые имеют место как при дискретизации функции нагрузки во времени [5], так и при построении сетки контрольных точек пространственного контроля параметров динамических нагрузок на объектах техносферы, или сетки узлов в конечно-элементных и конечно-разностных методах проектного моделирования, или сетки мониторинга природных или техногенных трехмерных процессов [6]. Теория рождения спектральных фантомов имеет непосредственное отношение к теории построения решетчатых функций или отображения аналоговых (непрерывных) функций. Не обнаруживая явных проблем в амплитудно-временом представлении решетчатых отображений оригиналов «аналоговых» функций, в спектральных Фурье-образах этих функций проявляется существенное отличие спектра оригинала от спектра решетчатого представления.
Подувальцев В.В. О метрологической экспертизе и наиболее насущных проблемах метрологического обеспечения // Наука и Образование: электронное научно-техническое издание. - 2012. Выпуск 2. - http://technomag.edu.ru/doc/327076.html.Poduval´tsev V.V. O metrologicheskoy ekspertize i naibolee nasushchnykh problemakh metrologicheskogo obespecheniya. Nauka i Obrazovanie: elektronnoe nauchno-tekhnicheskoe izdanie. - 2012. Vypusk 2. - http://technomag.edu.ru/doc/327076.html.Киселёв М.И., Подувальцев В.В., Хлыстунов М.С. Проблемы метрологического обеспечения объектов техносферы, строительной науки и практики // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. - 2011. - Выпуск 12. - http://technomag.edu.ru/doc/ 252086.html.Kiselev M.I., Poduval´tsev V.V., Khlystunov M.S. Problemy metrologicheskogo obespecheniya ob´´ektov tekhnosfery, stroitel´noy nauki i praktiki. Nauka i obrazovanie: elektronnoe nauchno-tekhnicheskoe izdanie. - 2011. - Vypusk 12. - http://technomag.edu.ru/doc/ 252086.html.Исаев Л.К. и др. Метрологическое обеспечение систем промышленной безопасности потенциально опасных объектов // Измерительная техника. - 2011. - № 8. - С. 57-60.Isaev L.K. i dr. Metrologicheskoe obespechenie sistem promyshlennoy bezopasnosti potentsial´no opasnykh ob´´ektov. Izmeritel´naya tekhnika. - 2011. - № 8. - S. 57-60.Nyquist H. Certain topics in telegraph transmission theory. N.-Y.: Trans. AIEE. - Vol. 47, Apr. 1928. - Р. 617-644.Nyquist H. Certain topics in telegraph transmission theory. N.-Y.: Trans. AIEE. - Vol. 47, Apr. 1928. - R. 617-644.Савостьянов В.Н., Немчинов В.В., Хлыстунов М.С., Могилюк Ж.Г. Оценка динамической погрешности разностных схем численного моделирования в решениях задач механики твердого тела // Вестник МГСУ. - №2, т. 2. - С. 184.Savost´yanov V.N., Nemchinov V.V., Khlystunov M.S., Mogilyuk Zh.G. Otsenka dinamicheskoy pogreshnosti raznostnykh skhem chislennogo modelirovaniya v resheniyakh zadach mekhaniki tverdogo tela. Vestnik MGSU. - №2, t. 2. - S. 184.Хлыстунов М.С., Могилюк Ж.Г. Проектная оценка, мониторинг и прогноз эволюции геодеформационных рисков неравномерных осадок зданий и сооружений методами динамической теории упругости с использованием программно-алгоритмического комплекса «Композит-7» // Труды Международной конференции «Повышение безопасности зданий и сооружений в процессе строительства и эксплуатации», 9-10 июня 2009 г. - С. 36-40.Khlystunov M.S., Mogilyuk Zh.G. Proektnaya otsenka, monitoring i prognoz evolyutsii geodeformatsionnykh riskov neravnomernykh osadok zdaniy i sooruzheniy metodami dinamicheskoy teorii uprugosti s ispol´zovaniem programmno-algoritmicheskogo kompleksa «Kompozit-7». Trudy Mezhdunarodnoy konferentsii «Povyshenie bezopasnosti zdaniy i sooruzheniy v protsesse stroitel´stva i ekspluatatsii», 9-10 iyunya 2009 g. - S. 36-40.Козлов Е.А., Гогоневков Г.Н., Лернер Б.Л. и др. Цифровая обработка сейсмических данных. - М.: Недра, 1976.Kozlov E.A., Gogonevkov G.N., Lerner B.L. i dr. Tsifrovaya obrabotka seysmicheskikh dannykh. - M.: Nedra, 1976.Хаттон Л., Уердингтон М., Мейкин Дж. Обработка сейсмических данных. Теория и практика / Пер. с англ. - М.: Мир, 1989.Khatton L., Uerdington M., Meykin Dzh. Obrabotka seysmicheskikh dannykh. Teoriya i praktika / Per. s angl. - M.: Mir, 1989.Хлыстунов М.С., Подувальцев В.В., Могилюк Ж.Г. Проблемы достоверности и метрологический анализ спектральных фантомов цифровых технологий // Измерительная техника. Приложение «Метрология». - 2013. - № 7. - С. 8-17.Khlystunov M.S., Poduval´tsev V.V., Mogilyuk Zh.G. Problemy dostovernosti i metrologicheskiy analiz spektral´nykh fantomov tsifrovykh tekhnologiy. Izmeritel´naya tekhnika. Prilozhenie «Metrologiya». - 2013. - № 7. - S. 8-17.Подувальцев В.В. Законодательная метрология: учебное пособие. - М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012.Poduval´tsev V.V. Zakonodatel´naya metrologiya: uchebnoe posobie. - M.: Izd. MGTU im. N.E. Baumana, 2012.Подувальцев В.В. Об учебном пособии и первом опыте преподавания законодательной метрологии / МГТУ им. Н.Э. Баумана // XII Всероссийская научно-техническая конференция «Состояние и проблемы измерений». Сборник материалов, 2013. - С. 207-210.Poduval´tsev V.V. Ob uchebnom posobii i pervom opyte prepodavaniya zakonodatel´noy metrologii / MGTU im. N.E. Baumana. XII Vserossiyskaya nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya «Sostoyanie i problemy izmereniy». Sbornik materialov, 2013. - S. 207-210.