Логгеры производства РУСГЕОТЕХ для передачи данных термометрии скважин

Многолетняя мерзлота составляет 85% территории Арктической зоны РФ. Постройка гражданских и промышленных зданий и сооружений в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов привела к необходимости проведения мониторинга состояния грунтов оснований, на которых они возводятся.

Стоит заметить, что территория Крайнего Севера - хрупкая экосистема, которая максимально уязвима к последствиям антропогенного влияния на слои «вечной мерзлоты» при строительстве промышленных и гражданских объектов. Высокие темпы освоения региона оказывают негативное влияние на многолетнюю мерзлоту и приводят к её деградации, что проявляется в потере несущей способности грунтов оснований зданий и сооружений. В такой ситуации повреждение зданий, просадки дорожного полотна и рельс, деформация нефтегазопроводов и коммуникаций фактически вопрос времени, если не будут приняты неотложные меры.

Задача контроля и управления температурным режимом грунтов является приоритетной для успешного развития российских северных территорий.

Температурный мониторинг многолетнемерзлых грунтов

Для температурного мониторинга грунтов применяются термометрические скважины различной глубины, вплоть до 600 м, оборудованные измерителями температуры (термокосами) и устройствами сбора и передачи данных термометрии (логгерами). Передача данных с логгеров на удалённый сервер осуществляется через блоки сбора данных, оснащённые базовыми станциями или промышленными компьютерами/контроллерами. На удалённом сервере результаты термометрии записываются в базу данных. В дальнейшем инженер-геотехник с рабочего места через специализированное ПО для визуализации и аналитики получает доступ к серверу и работает с полученными значениями термометрии. Перечисленное оборудование образует систему мониторинга температурного состояния грунтов, которая работает в непрерывном или дискретном режиме.

Устройства сбора и передачи данных с термокос (логгеры) работают в широком диапазоне температур от -60 °С до +50 °С, что позволяет использовать их круглогодично в любых погодных условиях. Логгер осуществляет сбор данных, измеренных цифровыми датчиками термокосы, о температуре грунтов с различных глубин с заданной периодичностью и сохраняет результаты измерений во внутреннем модуле памяти, интегрированном в плату. Такая организация обеспечивает максимальную надежность и сохранность массива данных объёмом до 45000 измерений.

Логгеры от РУСГЕОТЕХ с различными вариантами передачи данных

Сбор данных с логгеров осуществляется в ручном, проводном и беспроводном режимах. Они обеспечивают фактическую передачу данных с помощью различных технологий, выбор которых обусловлен техническими, инфраструктурными или природными условиями.

Беспроводные:

РГТ-ЛС-03 - передача данных по радиосетям свободного пользования NB-Fi и LoRaWAN;
РГТ-ЛС-04 - передача данных по сетям сотовой связи NB-IoT, LTE/pLTE, а также по спутниковым сетям связи оператора Iridium.

Проводные:

РГТ-ЛС-02 - передача данных по промышленным сетям RS-485;

При проводном режиме дальность передачи данных составляет максимум 1200 м, а при беспроводном режиме дальность будет варьироваться в пределах 3 – 10 км. Расстояние зависит от типа беспроводной связи, плотности городской или малоэтажной застройки и складок местности.

Логгеры позволяют передавать значения температуры, измеренные термокосами, непрерывно в режиме 24/7. При этом, время автономной работы достигает нескольких лет. Например, логгеры РУСГЕОТЕХ при съеме данных 1 раз день могут работать без замены батареи при передаче по радиоканалу 5 лет, а по мобильной связи 5 лет (NB-IoT) или 4 года (LTE). Стоит заметить, что и при ручном съеме данных время работы логгера составляет 5 лет.

На больших объектах, как правило, создаются автоматизированные системы мониторинга температуры многолетнемерзлых грунтов, где логгеры являются составной частью системы, передающей данные для последующей обработки и выстраивания прогнозов по поведению «вечной мерзлоты» на этом участке.

Система геотехнического мониторинга, разработанная РУСГЕОТЕХ состоят из термокосы РГТ-ИТМ2 различной длины и с различным количеством термодатчиков, стационарных логгеров температуры с поддержкой беспроводной и проводной передачи данных на удаленный сервер, и цифровой платформы SmartGTM, обеспечивающей обработку данных и построение прогнозов температурных полей.

Самый распространённый способ передачи данных

На сегодняшний день наиболее востребованным способом организации передачи данных являются радиосети нелицензируемого диапазона частот NB-Fi и LoRaWAN, а устройствами - логгеры РУСГЕОТЕХ РГТ-ЛС-03(NB-Fi) и РГТ-ЛС-03(LoRaWAN). Путём установки блоков сбора данных РУСГЕОТЕХ, оснащённых базовыми станциями, на объекте разворачивается радиосеть, позволяющая обеспечить бесперебойную связь со всеми термометрическими скважинами, оборудованными термокосами и логгерами.

Для достижения наилучшей дальности и работоспособности антенно-фидерные компоненты блоков сбора данных устанавливаются на крышах зданий, мачтах, башнях и других сооружениях, имеющих наибольшую высоту. Передача данных о температуре грунтов в термометрических скважинах при помощи логгера по радиосетям свободного пользования используется на таких объектах, как массивы жилой застройки, месторождения полезных ископаемых, ТЭЦ, насосные станции и т.д.

Второй по востребованности способ передачи данных

Второй технологией по массовости применения является сотовая связь стандартов NB-IoT и LTE, которая применяется в моделях логгеров РГТ-ЛС-04(NB-IoT) и РГТ-ЛС-04(LTE). Необходимым условием для организации передачи данных по технологиям NB-IoT и LTE является покрытие операторами сотовой связи в местах расположения термометрических скважин, оборудованных логгерами РГТ-ЛС-04. Вариант передачи данных по сотовой связи превосходит радиосети свободного пользования ввиду отсутствия необходимости устройства базовых станций. При этом, требуется абонентская плата за услуги связи.