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.
safety monitoring, multichannel monitoring, numerical design modeling, scientific computer modeling, multidimensional processes, multidimensional objects, fields of loadings, trellised functions, window functions, discrete Fourier transformation, amplitude distortion, frequency’s phantom modulation, phase distortion.
1. Введение в проблему
В 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.
1. 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.
2. 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.
3. Isaev L.K. i dr. Metrologicheskoe obespechenie sistem promyshlennoy bezopasnosti potentsial´no opasnykh ob´´ektov. Izmeritel´naya tekhnika. - 2011. - № 8. - S. 57-60.
4. Nyquist H. Certain topics in telegraph transmission theory. N.-Y.: Trans. AIEE. - Vol. 47, Apr. 1928. - R. 617-644.
5. 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.
6. 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.
7. Kozlov E.A., Gogonevkov G.N., Lerner B.L. i dr. Tsifrovaya obrabotka seysmicheskikh dannykh. - M.: Nedra, 1976.
8. Khatton L., Uerdington M., Meykin Dzh. Obrabotka seysmicheskikh dannykh. Teoriya i praktika / Per. s angl. - M.: Mir, 1989.
9. 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.
10. Poduval´tsev V.V. Zakonodatel´naya metrologiya: uchebnoe posobie. - M.: Izd. MGTU im. N.E. Baumana, 2012.
11. 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.
