Присвячено вирішенню однієї з найактуальніших проблем - запобігання великомасштабним аваріям на бетонних і залізобетонних мережах водовідведення та забрудненню природних середовищ токсичними сполуками. Проведено аналіз надзвичайних ситуацій під час експлуатації мереж водовідведення, наведено методи діагностики їх стану, контролю складу атмосфери підсклепінного простору каналізаційних трубопроводів. Охарактеризовано особливості приладу - корозиметра бетону - для оперативного неруйнуючого контролю стану бетонних трубопроводів водовідведення, експериментально визначено основні коефіцієнти для розрахунку глибини та швидкості корозії бетону. Проведено обстеження ділянок каналізаційних мереж Харкова, кількісно визначено концентрацію сірководню в атмосфері підсклепінного простору двома методами. Визначено ефективність захисних покриттів різного складу в захисті бетону від біогенної сірчанокислотної агресії. Проаналізовано основні причини нещасних випадків на спорудах водовідведення під час ремонтно-відновлювальних робіт.

Визнано, що на сьогодні проблема ремонту та відновленню мереж водовідведення є особливо актуальною у зв’язку з підвищенням вимог до охорони навколишнього середовища. Зазначено, що руйнування на каналізаційних колекторах у багатьох випадках є причиною проникнення стічних вод у грунтові води і в грунт, що призводить до їх забруднення. Зважаючи на те, що значна частина мереж водовідведення проходить через території де відсутні транспортні артерії, через сільськогосподарські угіддя і має незначну глибину залягання, а також те, що, як правило, їх лоткова частина знаходиться у стані, придатному для подальшої експлуатації, доцільним є виконання ремонтно-відновлювальних робіт на них відкритим способом. Досліджено ремонт і відновлення каналізаційних колекторів відкритим способом. Представлено нові конструктивно-технологічні рішення ремонту та відновлення колекторів, а саме створення нової склепової частини із різних матеріалів з використанням пневматичної та інвентарної опалубок. Значну увагу приділено ремонту та відновленню каналізаційних колекторів з застосуванням широко асортименту будівельних матеріалів і конструкцій, які здатні протидіяти агресивному середовищу під час транспортування стічних вод.

Розглянуто диференційні рівняння, які описують рух рідини зі змінною витратою в напірних розподільних і збірних трубопроводах. Запропоновано інженерні методики розрахунку параметрів цих систем. Подано результати експериментальних досліджень гідравлічних характеристик таких труб.

Розроблено та досліджено модель та метод навчання для класифікації контекстів спостереження на кадрах відеоінспекції стічних труб. Об'єкт дослідження - процес виявлення просторово-часового контексту під час інспекцій стічних труб. Предметом дослідження є модель та метод машинного навчання для класифікаційного аналізу кадрів відеоінспекції в умовах обмеженого та незбалансованого набору розмічених навчальних даних. Мета дослідження - розроблення ефективних моделі і методу машинного навчання для класифікаційного аналізу контексту відеокадрів інспекції стічних труб в умовах обмеженого обсягу та незбалансованості розміченого навчального набору даних. Запропоновано чотирьох етапний алгоритм навчання класифікатора. Перший етап полягає у навчанні з нормалізованою триплетною функцією втрат і регуляризуючою складовою, яка штрафує за помилку округлення вихідного сигналу до двійкового подання. Наступний етап полягає у визначенні двійкового коду для кожного класу для реалізації кодів, що виправляють помилки, але з урахуванням внутрішньокласових та міжкласових відношень. Отриманий еталонний двійковий вектор для кожного класу потім використовується як цільова мітка під час наступного етапу навчання з бінарною крос-ентропійною функцією втрат. Останній етап машинного навчання пов'язаний з оптимізацією параметрів правила прийняття рішень за інформаційним критерієм для визначення допустимих меж відхилення двійкового подання спостережень кожного класу від відповідного еталонного вектора. Розглянуто 2D згортковий екстрактор ознак у поєднанні з темпоральною мережею для аналізу міжкадрових залежностей. Розглядаються варіанти з 1D згорткова мережа з дірявими регулярними згортками, 1D згорткова мережа з дірвими причинно-наслідковими згортками, рекурентна мережа LSTM та рекурентна мережа GRU. Порівняння ефективності моделей проводиться на основі мікро-усередненої F1-міри, обчисленої на тестовому наборі даних. Результати, отримані за набором даних, наданим Ace Pipe Cleaning, Inc, підтверджують придатність моделі та методу для практичного використання, оскільки отримана точність дорівнює 92 %. Порівняння результатів навчання із запропонованим методом та традиційним методом показало перевагу на 4 % за мікро-усередненим значенням F1-міри. Подальший аналіз матриці помилок показав, що найбільш суттєве підвищення точності порівняно зі традиційними методами досягається для складних класів, які поєднують як орієнтацію камери, так і особливості конструкції стічної труби. Висновки: наукова новизна роботи полягає у нових моделях та методах класифікаційного аналізу просторово-часового контексту для автоматизації відеоінспекції стічних труб в умовах обмеженого обсягу та незбалансованості розмічених навчальних даних. Результати навчання, отримані за пропонованим методом, порівнюються з результатами, отриманими за допомогою традиційного методу класифікаційного аналізу зображень. Запропонований метод продемонстрував перевагу на 4 % за мікро-усередненим значенням F1-міри. Емпірично було доведено, що темпоральна мережа на основі 1D згорткової мережі з дірявими регулярними згортками є найбільш ефективною для аналізу міжкадрових залежностей.

Досліджено конструктивні рішення та основні вимоги, що пред'являються каналізаційним мережам і спорудам. Проаналізовано сучасний стан комплексу каналізаційних мереж і споруд м. Харкова та визначено основні причини руйнації комплексу каналізаційних мереж і споруд. Досліджено корозійний процес як основний чинник руйнації комплексу каналізаційних мереж та споруд. Оцінено ступінь екологічного ризику на навколишнє природне середовище та на здоров'я людини, а саме побудовано концептуальну схему визначення екологічних ризиків, схему алгоритму ризик-оцінки екологічності техногенних об'єктів, схему алгоритмічного забезпечення аналізу екологічних ризиків експлуатації каналізаційних споруд. Доведено, що у подальшому експлуатація комплексу каналізаційних мереж і споруд буде дедалі збільшувати навантаження на навколишнє середовище і людину. Спрогнозовано виникнення аварійних ситуацій на каналізаційних мережах на основі багатофакторного регресійного аналізу. Визначено, що діяльність шахт каналізаційних тунелів у майбутньому буде збільшувати навантаження на об'єкти НПС. Розроблено новий метод очищення каналізаційних колекторів від різного ступеня засмічень; організаційно-технологічні рекомендації ремонту каналізаційного тунелю методом проштовхування і введення вторинної оброблення із залізобетонних кілець, облицьованих ребристим поліетиленом; технології відновлення камер гасіння з використанням гранітних плит та полімерного облицювання. Розроблено систему організаційно-технологічного моніторингу стійкості функціонування комплексу каналізаційних мереж і споруд на основі індикативних оцінок. З використанням апарату нечіткої логіки на базі програми МАТLАВ створено програмний інструментарій щодо визначення узагальнюючого показника стійкості функціонування комплексу каналізаційних мереж і споруд, за допомогою якого можливо прийняття рішень стосовно впровадження певних заходів щодо коригування експлуатаційних характеристик.

Розроблено багатоетапний метод машинного навчання з попереднім самонавчанням для класифікаційного аналізу дефектів на стінках стічних труб за зображеннями відеоінспекції. Об'єкт дослідження - процес розпізнавання дефектів на стінках стічних труб. Предмет дослідження - метод машинного навчання для класифікаційного аналізу дефетів стічних труб на зображеннях відеоінспекції за умов обмеженого та незбалансованого набору розмічених навчальних даних. Запропоновано п'ятиетапний алгоритм навчання класифікатора. На першому етапі відбувається контрастне навчання з використанням екземпляр-прототипної контрасної функції втрат, де для вимірювання схожості закодованих зразків використовується нормалізована відстань Евкліда. На другому етапі розглядаються два варіанти регуляризованої функції втрат - триплетна функція NCA та контрастно-центрована функція. Регуляризуюча складова на другому етапі навчання використовується для штрафування за помилку округлення вихідного вектора ознак до дискретного виду і забезпечує реалізацію інформаційного пляшкового горла. На наступному етапі здійснюється обчислення двійкового коду кожного класу для реалізації кодів, що виправляють помилки, але з урахуванням структури класів і відношень між їх ознаками. Отриманий еталонний вектор кожного класу є цільовою розміткою зображення для навчання з використанням крос-ентропійної функції втрат. Останній етап навчання здійснює оптимізацією параметрів вирішувальних правил за інформаційним критерієм для врахування дисперсії розподілу класів в двійковому просторі Хеммінга. Для порівняння результатів навчання на різних етапах та в рамках різного підходу використовується мікро-усереднена метрика F1, що обчислюється на тестових даних. Результати, отримані на відкритому наборі даних Sewer-ML, підтверджують придатність запропонованого методу навчання до практичного використання, отримане значення F1-метрики дорівнює 0,977. Показано, що запропонований метод забезпечує збільшення значення мікро-усередненої метрики F1 на 9 % порівняно з результатами, отриманими традиційним методом навчання.

Розроблено та досліджено модель та метод навчання для класифікаційного аналізу рівня води на кадрах відео інспекції стічних труб. Об'єкт дослідження - процес розпізнавання рівня води з урахуванням просторово-часового контексту під час інспекції стічних труб. Предмет дослідження - модель та метод машинного навчання для класифікаційного аналізу рівня води на відеопослідовностях інспекції труб за умов обмеженого та незбалансованого набору навчальних даних. Запропоновано чотирьохетапний алгоритм навчання класифікатора. На першому етапі навчання відбувається навчання з нормалізованою триплетною функцією втрат та регуляризуючою складовою для штрафування за помилку округлення вихідного сигналу мережі до двійкового коду. Наступний етап потрібний для визначення двійкового коду класу відповідно до принципів завадозахищеного кодування з самовиправленням помилок, але з урахуванням внутрікласових і міжкласових відношень. Обчислений еталонний вектор кожного класу використовується як цільова розмітка зразка для подальшого навчання з використанням об'єднаної крос-ентропійної функції втрат. Останній етап машинного навчання пов'язаний з оптимізацією параметрів вирішувальних правил за інформаційним критерієм для врахування меж відхилення двійкового подання спостережень кожного класу від відповідних еталонних векторів. Як модель класифікатора розглядається поєднання 2D згорткового екстрактора ознак кадру з темпоральною мережею для аналізу міжкадрових залежностей. При цьому виконується порівняння різних варіантів темпоральної мережі. Розглядаються 1D регулярна згорткова мережа з дірявими згортками, 1D каузальна згорткова мережа з дірявими згортками, рекурентна LSTM-мережа, рекурентна GRU-мережа. Порівняння ефективності моделей відбувається за мікро-усередненою метрикою F1, що обчислюється на тестовій вибірці. Результати, отримані на наборі даних від компанії Ace Pipe Cleaning (Канзас Сіті, США), підтверджують придатність моделі і методу навчання до практичного використання, отримане значення F1-метрики дорівнює 0,88. При цьому результати навчання за запропонованим методом порівнювалися з результатами, отриманими традиційним методом. Показано, що запропонований метод забезпечує збільшення значення мікро-усередненої метрики F1 на 9 %.

Відеоінспекція часто використовується для діагностики дефектів стічних труб. Для коректного кодування знайдених дефектів згідно існуючих стандартів необхідно враховувати багато контекстної інформації щодо орієнтації та розташування камери в трубі. Запропоновано модель класифікації контекстів спостереження на кадрах відеоінспекції стічних труб та п'ятиетапний метод машинного навчання. Основна ідея запропонованого підходу полягає у поєднанні методів глибокого машинного навчання з принципами максимізації інформації та кодування самокоректуючими кодами Хеммінга. Запропонована модель складається з глибокої згорткової нейронної мережі із сигмоїдним та округлючим вихідними шарами та інформаційно-екстремальних вирішувальних правил. Перші етапи методу полягають в аугментації даних та навчанні екстрактора ознак в складі сіамської моделі з softmax триплетною функцією втрат. Наступні етапи пов'язані з обчислення двійкового коду для кожного класу розпізнавання, що використовується як мітка під час навчання з бінарною крос-ентропійною функцією втрат з метою підвищення компактності розподілу спостережень кожного класу в двійковому просторі Хемінга. На останньому етапі методу навчання передбачається для кожного класу здійснювати оптимізацію параметрів радіально-базисних вирішувальних правил в просторі Хеммінга на основі інформаційного критерію. Інформаційний критерій, виражений як логарифмічна функція точністних характеристик вирішувальних правил, забезпечує максимальну узагальнюючу здатність та достовірність моделі за найскладніших у статистичному розумінні умов. Перевірка ефективності даного підходу здійснювалась на даних, наданих компаніями Ace Pipe Cleaning (Канзас Сіті, США) та MPWiK (Вроцлав, Польша) шляхом порівняння результатів навчання за запропонованою та традиційною моделями та схемами навчання. Отримана модель класифікатора кадрів зображення забезпечує прийнятну для практичного використання точність класифікації на тестовій вибірці, що становить 96,8 % і перевищує результат традиційної схеми навчання з softmaх вихідним шаром на 6,8 %.

Індекс рубрикатора НБУВ: Н761.201-022 + О71-022.8

Рубрики:

Каналізаційна мережа

Магістральні трубопроводи (магістральний трубопровідний транспорт)

Шифр НБУВ: Ж24320 Пошук видання у каталогах НБУВ 

У зв'язку зі станом сучасних каналізаційних колекторів існує велика потреба в швидкому та якісному очищенні для подальшої експлуатації. Для підвищення довговічності розподільчої системи проводять розробки нових технологій їх ремонту та відновлення, що надає змогу забезпечити її стале функціонування, як наслідок - надання послуг безперервного постачання питної води та водовідведення для забезпечення високої якості життя населення. Перспективним є підвищення довговічності розподільчої системи шляхом розробки альтернативних технологій ремонту з економічної точки зору, що надасть змогу забезпечити її стале функціонування за умов обмеженого фінансування. Запропонована конструкція ковша для очищення каналізаційних колекторів надала можливість виявлення оптимального варіанту у разі використання однієї конструкції за різних умов. Запропоновано нову конструкцію ковша, яка надає змогу проводити очищення каналізаційних колекторів як окремо чисто механічним способом, так і з додатковим використанням гідравлічного способу. Завдяки такому комбінованому способу можна очищати засмічення, які окремо кожен із способів не зможе забезпечити з точки зору досягнення якісного очищення за різних технічних та економічних умов. Наведено та обгрунтовано цілеспрямованість використання запропонованого методу очищення каналізаційних колекторів із використанням конструкції ковша з комбінованим способом роботи. Наведено приклади використання нового методу чистки колекторів із використанням нової конструкції ковша. Отримані показники підтверджують якість очищення каналізаційних колекторів під час проведення роботи за різних умов, як технічних (діаметр, довжина та вид матеріалу колектора, ступінь і характер засмічень), так і економічних (тривалість, затрати енергії та води). Завдяки використанню такого метода досягнуто очищення 75 - 85 % каналізаційних колекторів і трубопроводів, що підтверджують його ефективність, і надає можливість економії за тривалістю виконання робіт, а також у ресурсоенергетичних витратах під час проведення даних робіт.

Зазначено, що каналізаційні тунелі великих міст України, що прокладені більше ніж 40 років тому, мають діаметр понад 1500 мм та внаслідок інтенсивної дії руйнівних факторів перебувають в аварійному чи передаварійному стані. Наголошено, що аварії на каналізаційних тунелях, що сталися протягом останніх років, дозволяють зробити висновок, що каналізаційні тунелі, які давно запроектовані та багато років функціонують є "неремонто"- та "неоглядопридатними". Відстань між оглядовими шахтами в період будівництва тунелів не регламентувалася через відсутність на той час будівельних норм і правил, що призвело до розташування шахт на значній відстані одна від одної. В окремих випадках ця відстань сягає понад 1 км і це майже унеможливлює ефективну вентиляцію тунелів та безпечне виконання в цих умовах ремонтно-відновлювальних робіт. Таким чином, цей чинник став одним з основних, що утруднює ремонтно-відновлювальні роботи в тунелях на окремих ділянках, довжина яких, згідно з новими Державними будівельними нормами України, не повинна перевищувати 250-300 м. Це означає, що необхідно додатково побудувати понад 100 оглядових шахт. Вирішення цієї проблеми забезпечує можливість регулярного контролю стану тунелю і своєчасної санації. Зроблено спробу об’єднати наявну на сьогодні інформацію, що стосується проблеми забезпечення безаварійної експлуатації об’єктів, що входять до комплексу споруд каналізаційних тунелів Харкова. Вміщено аналіз стану конструкцій об’єктів; дослідження матеріалів і методів ремонту та відновлення каналізаційних тунелів і оглядових шахт, які на сьогодні з високою ефективністю застосовуються у вітчизняній та зарубіжній практиці. Надано розробку технологічних та організаційний рішень ремонту та відновлення зруйнованих каналізаційних тунелів, зокрема з використанням елементів із вторинних полімерних композиційних матеріалів.

Сформульовано й обгрунтовано наукові основи, сукупність яких можна кваліфікувати як теоретичне узагальнення і вирішення масштабної проблеми, пов'язаної з обгрунтуванням і розробкою системи вибору організаційно-технологічних рішень для подовження експлуатаційного ресурсу каналізаційних колекторів, що враховує їх конструктивні схеми, умови експлуатації та стан, особливості виконання ремонтних робіт. Запропоновано науково обгрунтований механізм, який дозволяє обгрунтовано обирати метод відновлення або ремонту каналізаційного колектора орієнтуючись на більшість параметрів його функціонування, а також з огляду на особливості організаційно-технологічних рішень ремонту. Розроблено математичні моделі: однокритеріальної оптимізації за умови вибору одного методу ремонту ділянки каналізаційного колектора; багатокритеріальної оптимізації за умови вибору кількох методів ремонту ділянки каналізаційного колектора. Розроблено систему обгрунтованого вибору організаційно-технологічних рішень для подовження експлуатаційного ресурсу каналізаційних колекторів, впроваджено на діючій ділянці каналізаційного колектора в Харкові. Надано рекомендації з вибору методів ремонту і відновлення каналізаційного колектора. Запропоновано економіко-математичну модель оцінки економічного ефекту від капітальних вкладень в альтернативні варіанти проведення комплексу ремонтних робіт.

At some sites of the sewage collector in Kharkov concentration of hydrogen sulfide in the underroof space exceeds in thousands of times daily average MPC. As a result the gaseous emissions from the sewage network in the city atmosphere the content of hydrogen sulfide in the atmosphere of residential development area may exceed the MPCd.a. The degasifier, installed above the sewage shaft efficiently rectifies gas releases. Design solutions are developed, which allow to harmonize degasifiers on sewerage nets with urban environment of different application.

Рассмотрена инновационная технология, предназначенная для промышленного производства люков смотровых колодцев из армированных вторичных полимерных композиционных материалов с модифицирующими наполнителями средней и тяжелой серий КС-ВК-60 (В-125 и С-250). Данная продукция может быть использована для повышения экологической безопасности и эксплуатационной надежности сетей водоснабжения и водоотведения.

Досліджено головні причини, що призводять до руйнування каналізаційних тунельних колекторів на прикладі зруйнованого колектора в Харкові, та визначено етапи виконання ремонтно-відновлювальних робіт. Запропоновано методику обліку дійсного напружено-деформованого стану грунтового масиву з використанням компенсуючих температурних навантажень у розрахунках конструкцій кріплення методом кінцевих елементів за моделювання кріплення спільно з грунтовим масивом. Виконано пошук ефективних будівельних матеріалів, конструкцій і технологій, які за своїми властивостями та рішеннями забезпечують міцність, корозійну стійкість і водонепроникність конструкцій, що використовуються для відновлення каналізаційних тунельних колекторів. За допомогою методу кінцевих елементів виконано моделювання спільної роботи конструкцій колектора з грунтовим масивом. З урахуванням цієї моделі вибрано варіанти відновлення колекторів із характеристиками несучої здатності. Розроблено конструктивні, технологічні й організаційні рішення відновлення каналізаційних тунельних колекторів.

Розроблено технологічні та організаційні рішення зведення захищених від корозії шахтних стволів на діючих мережах водовідведення. Висвітлено результати досліджень факторів, що впливають на довговічність мереж водовідведення, виконано теоретичний і експериментальний аналіз конструкцій та матеріалів, що використовуються для будівництва мереж водовідведення. Розроблено рекомендації щодо врахування взаємодії грунтового масиву і вертикальних конструкцій шахт глибокого залягання циліндричної форми. Розглянуто існуючі та розроблено самостійні організаційно-технологічні рішення зведення шахтних стволів мереж водовідведення з урахуванням захисту їх від корозії. Наведено рекомендації щодо гарантування техніки безпеки під час виконання таких робіт.

Розроблено методику фільтраційного розрахунку голкофільтрових установок, що дозволяє визначати її необхідну потужність і кількість голкофільтрів залежно від умов виконання ремонтно-відновлювальних робіт на мережах водовідведення у водонасичених грунтах. Удосконалено установку вакуумного водозниження на основі використання багатоструминного насоса, що підвищує ефективність її роботи. Запропоновано конструктивні рішення, що підвищують надійність роботи кріплення для його застосування в процесі виконання ремонтно-відновлювальних робіт на мережах водовідведення. Розроблено технологічні та організаційні рішення ремонту і відновлення мереж водовідведення у водонасичених грунтах із використанням удосконаленої установки вакуумного водозниження.

Рассмотрены вопросы биохимической коррозии железобетонных канализационных коллекторов. Приведены уравнения реакций образования агрессивных ингредиентов, имеющих место в атмосфере коллекторов, также проведена их термодинамическая оценка. Намечены пути защиты от биохимической коррозии.

Приведены результаты теоретических исследований надежности канализационных трубопроводов, выполнена классификация канализационных коллекторов по степени их потенциальной аварийности, определена вероятность безотказной работы железобетонных трубопроводов с учетом физического износа, техногенных воздействий и дефектов изготовления.

Приведена методика определения качества эксплуатационной среды канализационных коллекторов, позволяющая оценивать степень агрессивности сероводородной среды к бетону и принимать решения по его защите, а также характеризовать загазованность трубопроводов и прогнозировать их долговечность еще на стадии проектирования.