Для мониторинга состояния геологической среды наиболее приспособленными для решения широкого круга задач регионального и локального мониторинга оказались измерительные комплексы «LPC – Логгер» нового поколения, обеспечивающие непрерывные измерения температуры, химизма и уровня подземных вод с использованием беспроводной телеметрии. На базе «LPC – Логгер» могут быть совмещены периферийные датчиковые сети измерений пластового давления, химического состава подземных вод, напряжений и деформаций грунтов, зданий и сооружений. Технические характеристики и программное обеспечение измерительного комплекса удовлетворяют потребности технологий мониторинга ОГП, а экономические показатели делают его наиболее привлекательным.
Логгер – микропроцессорный прибор, ориентированный на долговременную автономную работу. Регистратор с заданной периодичностью производит опрос датчиков и сохраняет результаты в сменном модуле энергонезависимой памяти (накопителе). Питание регистратора осуществляется от аккумуляторной батареи, размещаемой внутри корпуса регистратора. Управление и контроль работы регистратора осуществляется с помощью миниатюрного переносного блока управления-индикации (индикатора) с двумя управляющими кнопками.
Считывание данных с накопителей производится в стационарных условиях с помощью беспроводной телеметрической системы и резервного блока считывания БСН-100. Последний подключается к последовательному порту ПК, не требуя никаких настроек. Данные с помощью прилагаемого программного обеспечения переносятся на диск персонального компьютера для дальнейшего хранения, обработки и систематизации.
Регистратор имеет цилиндрический корпус, изготовленный из нержавеющей стали. Корпус регистратора герметично закрывается крышкой, крепящейся с помощью винтов. Внутри корпуса, под крышкой, расположены разъемы для подключения аккумуляторной батареи, блока управления-индикации и сменного накопителя. Наружу должны быть выведены разъемы для подключения датчика уровня, внешних датчиков температуры, а также патрубок датчика атмосферного давления.
Регистратор включает в себя следующие основные узлы:
- микроконтроллер, реализующий основные функции регистратора;
- часы с отдельным источником питания, выполняющие отсчет даты и времени суток независимо от наличия основного питания;
- узел сопряжения с первичным преобразователем датчика уровня;
- узел питания датчика уровня;
- двенадцатиразрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), используемый для контроля состояния аккумуляторной батареи и преобразования сигнала датчика давления;
- датчик атмосферного давления;
- датчик температуры.
Основной режим работы регистратора повторно-кратковременный. Большую часть времени прибор находится в режиме пониженного энергопотребления (так называемый «спящий» режим). С заданной периодичностью прибор должен включаться, производить опрос датчиков, заносит результаты в накопитель, осуществлять передачу и снова переходить в режим пониженного энергопотребления. В случае, когда накопитель отсутствует или заполнен, либо напряжение питания меньше допустимого предела, прибор возвращается в спящий режим без опроса датчиков.
Программно-математическое обеспечение (ПМО) предназначается для загрузки заданий, хранения, съема, передачи по каналу беспроводной телеметрии и обработки результатов, полученных с измерительных комплексов. Программа обеспечивает:
- топологию датчиковых групп, хранение их в виде информационной базы данных для последующей работы;
- непосредственную работу с логгером: программирование, запуск Логгеpа на проведение сеансовой работы, съем и передачу собранной информации, проведение разовых замеров;
- работу с собранной информацией, обработку ее, получая конкретные физические величины по каждому из подключенных датчиков, просматривать обработанные данные, по желанию сохранять их для дальнейшего использования;
- выполнять некоторые сервисные функции: получать информацию о подключенном к компьютеру Логгеpу, выбирать последовательный порт для подключения Логгеpа из доступных в текущий момент;
- создавать копии базы данных сетей, загрузочных, обработанных и необработанных файлов для резервного хранения или переноса на другой компьютер.
Пользовательское программное обеспечение, поставляемое с устройством LPS на установочном CD диске, работает с операционными системами Windows (95, 98, XP2000, XP), имеет наглядный интерфейс, встроенную справочную систему, возможности экспорта данных в другие приложения (в т.ч. MS Excel) и возможности регулярного обновления.
Аналогичная автоматизированная система наблюдения за опасными природными процессами и техногенными объектами (АСГМ «ЗЕМЛЯ») разработана ОАО «Научно-производственная компания «РИТМ», г.Краснодар совместно с ГУП «Кубанская краевая научно-производственной компания минеральных ресурсов и геоэкологии «Кубаньгеология» при участии Кубанского государственного университета. Система внедрена в Краснодарском крае в рамках краевой целевой программы «Прогнозирование, снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера».
АСГМ «ЗЕМЛЯ» представляет собой территориально распределенный программно-технический комплекс, предназначенный для непрерывного контроля в реальном времени геофизических параметров, позволяющих осуществлять прогнозирование катастрофических паводков, землетрясений средней и большой силы, активизации оползней и др. Модуль сбора данных и управления постом наблюдения осуществляет управление комплексом аппаратных средств пункта наблюдения, накопление измерительной информации и передачу данных.
Автоматическая передача информации производится согласно заданному расписанию на сервер сбора данных по телефонным линиям связи или радиоканалу (в т.ч. по сети GSM) с использованием доступа к серверу сбора данных через сеть Интернет.
Система сбора данных «Кедр-А2» предназначена для автоматизации средне- и долгосрочных наблюдений за уровнем воды в скважинах, водоёмах и т.п.; температурой воды на глубине до 200м, температурой воздуха и атмосферным давлением с периодической регистрацией времени и результатов измерения в энергонезависимой памяти (накопителе), а также для измерений деформаций грунтов зданий и заградительных сооружений (дамб, плотин, насыпей и т.д.).
Информация, сохраненная в накопителе, в дальнейшем переносится на диск персонального компьютера (ПК) для долговременного хранения и последующей обработки. Загрузка данных в ПК выполняется с помощью блока считывания данных, входящего в комплект системы.
Среди зарубежных аналогов имеется система управления гидрогеологической информацией Hydro Manager, построенная на базе приборов TD-Diver, CTD-Diver и OTD-Diver. Эти приборы (производства компании Van Essen Instruments) диаметром 22мм (7/8 дюйма) с внутренним устройством регистрации данных специально разработаны для долгосрочного мониторинга сохранения и передачи данных об уровне и других параметрах подземных вод с беспроводной и проводной телеметрией.
Другой тип приборов – скважинные уровнемеры пузырькового типа с запоминающим устройством ORPHIMEDES и прибор для считывания информации VOTA Германской фирмы OTT MESTLINK.
Программное обеспечение работы измерительных комплексов обеспечивает регистрацию изменений уровня воды с поправкой на атмосферное давление. Высокая точность измерений атмосферного давления обеспечивается устройством регистрации данных Baro-Diver.
Изучение динамики газогидрогеохимического режима ведется на основе измерений легколетучих элементов глубинного генезиса радона и гелия в напорных водах, вскрытых скважинами и в естественных источниках.
В качестве измерительных приборов применяется радиометры альфа-активных газов РГА-01 (для измерения радона). В последнее время им на смену приходят приборы нового поколения серии РРА (радиометр радона портативный), модификации РРА-01М-01 и РРА-01М-03, в комплект которых входит пробоотборное устройство ПОУ-4. Назначение приборов – экспрессное измерение объемной активности радона (ОАР) в воздухе, воде и подпочвенном воздухе, а также плотности потока радона из почвы.
Предприятием «НТМ Защита» также разработана и изготовлена Сейсмическая радоновая станция СРС-01, предназначенная для геофизических исследований околоземного пространства. Эта станция может применяться для автоматизированных непрерывных измерений объемной активности (ОА) радона-222 и торона-220 в почве и контролировать температуру, относительную влажность и давление.
Среди зарубежных аналогов, работающих на этом принципе, фирмой General Instruments < GmbH (Германия) создан радиометр объемной активности радона-222 «Alpha Guard” mod.PQ2000, который занесен в Государственный Реестр РФ под № 14157-94. Радиометр имеет ионизационную камеру, работающую в режиме альфа-спектрометрии, отбор проб в которую осуществляется как за счет диффузии через специальный фильтр, так и с помощью прокачки воздуха. Диапазон измерения от 10 до 2 х 106 Бк/м3 с погрешностью =30 %. Радиометр свободен от «микрофонного» эффекта, что обеспечивается конструктивным решением.
Геотермические измерения проводятся в скважинах на различных глубинах, в изливающихся источниках, в подпочвенном слое. Температурное поле инертно, поэтому измерение температурных аномалий производится высокоточными приборами с измерениями до 0,00010С и погрешностью 0,010С.
В настоящее время ОКБ ИФЗ РАН выпускает температурный датчик КУП-2, совмещенный с LPC-Логгер.
Измерение электромагнитной и акустической эмиссии проводится для контроля разрушающихся сред (массивов или горных пород) и представляет собой регистрацию непрерывного случайного сигнала, в котором выделяются отдельные импульсы. приборная база ориентирована на места установки (дно морей и океанов, штольни и скважины). измерительные устройства преимущественно автоматизированные с непрерывным режимом наблюдений, реже тригерные. для решения геодинамических задач ОКБ ИФЗ РАН разработал приемник для регистрации акустической эмиссии с магнитоупругим преобразователем ПСАК.