Συλλογή και ανάλυση δεδομένων στην συντήρηση και στην λειτουργία θαλασσίων κατασκευών (10.2.1)

Transcript

1 Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση Πρόγραμμα ια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης Συλλογή και ανάλυση δεδομένων στην συντήρηση και στην λειτουργία θαλασσίων κατασκευών (10.2.1) Γιάννης Ξενίδης Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ.

2 Περίπτωση εφαρμογής: Σύστημα αισθητήρων παρακολούθησης πλωτών κυματοθραυστών στον Νέο Μαρμαρά, Χαλκιδικής 1. Αισθητήρες 2. Σύστημα συλλογής, μετάδοσης και αποθήκευσης των δεδομένων

3 Περίπτωση εφαρμογής: Σύστημα αισθητήρων παρακολούθησης πλωτών κυματοθραυστών στον Νέο Μαρμαρά, Χαλκιδικής Οκτώ αισθητήρες μέτρησης της επιτάχυνσης (επιταχυνσιογράφοι) Ένας σε κάθε γωνία κάθε πλωτήρα πακτωμένος επί της πλατφόρμας από σκυρόδεμα. Καταγράφει την επιτάχυνση στις τρεις διευθύνσεις Χ (διαμήκης), Y (εγκάρσια), Z (βαρύτητας). Ικανότητα μέτρησης: 50m/sec 2 Βάρος: 68gr Επίπεδο θορύβου: 0,002 m/sec 2 /Hz 0,5

4 Περίπτωση εφαρμογής: Σύστημα αισθητήρων παρακολούθησης πλωτών κυματοθραυστών στον Νέο Μαρμαρά, Χαλκιδικής Τέσσερις αισθητήρες μέτρησης σχετικής μετακίνησης Ανάμεσα στους δύο πλωτήρες, δύο επί του σκυροδέματος και δύο στο ύψος της σύνδεσης των δύο πλωτήρων με τα χαλύβδινα συρματόσχοινα.

5 Περίπτωση εφαρμογής: Σύστημα αισθητήρων παρακολούθησης πλωτών κυματοθραυστών στον Νέο Μαρμαρά, Χαλκιδικής Τέσσερις αισθητήρες μέτρησης πρόσκρουσης κυματισμών Στην υπήνεμη και προσήνεμη πλευρά των πλωτήρων. Μετρούν την πίεση που ασκείται στην κατασκευή από την πρόσκρουση των κυματισμών. ιαστάσεις: 250Χ500Χ4mm Ικανότητα παραλαβής φορτίου: 22,24kN/σένσορα.

6 Περίπτωση εφαρμογής: Σύστημα αισθητήρων παρακολούθησης πλωτών κυματοθραυστών στον Νέο Μαρμαρά, Χαλκιδικής Οκτώ αισθητήρες μέτρησης της δύναμης στις καλωδιώσεις αγκύρωσης (δυναμόμετρα) Ένας σε κάθε αλυσίδα πρόσδεσης κάθε πλωτήρα. Υλικό: Ανθρακούχος χάλυβας υψηλής αντοχής Βάρος: 25Kgr Αξονική ικανότητα παραλαβής φορτίου: 55t

7 Περίπτωση εφαρμογής: Σύστημα αισθητήρων παρακολούθησης πλωτών κυματοθραυστών στον Νέο Μαρμαρά, Χαλκιδικής ύο κυματογράφοι τύπου SEABIRD Ένας στην προσήνεμη και ένας στην υπήνεμη πλευρά των πλωτήρων. Μετρούν την συνολική πίεση (υδροστατική και υδροδυναμική) του νερού. Βάθος: 23,5m (προσήνεμα) 20,0m (υπήνεμα) Ακρίβεια: 0,1%, υνατότητα δειγματοληψίας: 4Hz Ανάλυση: 0,4mm

8 Περίπτωση εφαρμογής: Σύστημα αισθητήρων παρακολούθησης πλωτών κυματοθραυστών στον Νέο Μαρμαρά, Χαλκιδικής Ένας κυματογράφος GLOBAL WATER Ένας στην προσήνεμη πλευρά των πλωτήρων. Μετρά την συνολική πίεση (υδροστατική και υδροδυναμική) του νερού. Καταγράφει επίσης και αφαιρεί την ατμοσφαιρική πίεση από την μέτρηση (καθαρή συνολική πίεση ) Βάθος: 23,5m (προσήνεμα) Ακρίβεια: 0,1%,

9 Περίπτωση εφαρμογής: Σύστημα αισθητήρων παρακολούθησης πλωτών κυματοθραυστών στον Νέο Μαρμαρά, Χαλκιδικής Μετεωρολογικός σταθμός μέτρησης θερμοκρασίας, σχετικής υγρασίας, ταχύτητας και διεύθυνσης ανέμου.

10 Επεξεργασία δεδομένων Τεχνικές επεξεργασίας των δεδομένων για την αύξηση της αξιοπιστίας τους: Εύρεση φάσματος συχνοτήτων Αφαίρεση θορύβου

11 Επεξεργασία δεδομένων - Εύρεση φάσματος συχνοτήτων ιάστημα δειγματοληψίας (Sampling period, T s ): To πεπερασμένο χρονικό διάστημα λήψης τιμών μιας συνεχούς στο χρόνο μεταβολής μιας φυσικής παραμέτρου. Αν το T s επιλεγεί σωστά τότε η διακριτοποίηση μπορεί να οδηγήσει σε αποτέλεσμα πολύ κοντά στην πραγματικότητα

12 Επεξεργασία δεδομένων - Εύρεση φάσματος συχνοτήτων f s > 2f max όπου: f s = 1 / T s είναι η συχνότητα δειγματοληψίας και f max είναι η μέγιστη συχνότητα που περιέχεται στο σήμα που θέλουμε να μετρήσουμε και να επεξεργαστούμε

13 Επεξεργασία δεδομένων - Εύρεση φάσματος συχνοτήτων Έστω μια φυσική παράμετρος με ημιτονοειδή μεταβολή στον χρόνο και συχνότητα 3Hz που μετράται σε χρόνο t = 10sec. Η εξίσωσή της είναι: sin(2πft), f=3hz, t ο χρόνος Για f s = 10sec, ικανοποιείται η συνθήκη f s > 2f max, αφού: 2f max = 2 Χ 3 = 6 < 10 = f s n = t/t s = 10/0,1 = 100 μετρήσεις

14 Επεξεργασία δεδομένων - Εύρεση φάσματος συχνοτήτων Με μετασχηματισμό Fourier (ΜΑΤLAB) προκύπτει το φάσμα και η χρονοσειρά κύματος (εντοπίζονται δηλαδή οι συχνότητες που περιέχει ένα σήμα).

15 Επεξεργασία δεδομένων - Εύρεση φάσματος συχνοτήτων Με την ίδια διαδικασία, αλλά αλλάζοντας την συχνότητα δειγματοληψίας (από 10Hz στα 12.8Hz) προκύπτει βελτιωμένο φάσμα και η χρονοσειρά κύματος

16 Επεξεργασία δεδομένων Αφαίρεση θορύβου Θόρυβος είναι η επιρροή διαφόρων παραγόντων στο συλλεγόμενο σήμα που, τελικά, αλλοιώνει την πληροφορία που αυτό περιλαμβάνει. Ο θόρυβος οφείλεται: 1. Στα ίδια τα όργανα και στα ηλεκτρονικά τους μέρη (π.χ. στην θερμοκρασία τους). 2. Στις επιρροές των παραγόντων του εξωτερικού περιβάλλοντος (π.χ. ηλεκτρομαγνητικά κύματα, ταλαντώσεις, ρεύματα αέρα, κλπ.). 3. Σε σφάλματα κατά την διακριτοποίηση (π.χ. σφάλμα στρογγυλοποίησης). Γενικά ο θόρυβος δεν εξαλείφεται, αλλά μειώνεται

17 Επεξεργασία δεδομένων Αφαίρεση θορύβου Η αφαίρεση του θορύβου μπορεί να στηριχτεί στην παραδοχή της ύπαρξης συσχέτισης μεταξύ μετρήσεων από γειτονικούς αισθητήρες. Ο θόρυβος (σφάλμα μετρήσεων) μπορεί, γενικά, να θεωρηθεί ως το πηλίκο του μέσου όρου προς την τυπική απόκλιση του σήματος SN = μ / σ Μια άλλη διατύπωση της εξίσωσης υπολογισμού του θορύβου είναι: SN = P σήματος / P θορύβου Όπου P σήματος είναι η ισχύς του σήματος (χρήσιμη πληροφορία) και P θορύβου είναι η ισχύς του θορύβου των λήψεων (ανεπιθύμητη πληροφορία) Ο θόρυβος μειώνεται όσο αυξάνεται το πλήθος των μετρήσεων

18 Επεξεργασία δεδομένων Αφαίρεση θορύβου Ο θόρυβος μειώνεται με την χρήση φίλτρων που αφαιρούν μέρος της ανεπιθύμητης πληροφορίας από την καταγραφή Τα φίλτρα μπορεί να είναι: Γραμμικά ή μη-γραμμικά Χρονικά ανεξάρτητα ή εξαρτημένα Αναλογικά ή ψηφιακά ιακριτά ή συνεχή Παράδειγμα: Φίλτρο κινητού μέσου όρου Όσο μεγαλύτερος είναι ο μέσος όρος διαδοχικών τιμών, τόσο μεγαλύτερη είναι η αφαίρεση του θορύβου

19 ιαχείριση δεδομένων Οι λειτουργίες που εκτελούνται με τα δεδομένα που λαμβάνονται είναι: 1. Ανάκτηση 2. Επισκόπηση 3. Ταξινόμηση 4. Επεξεργασία 5. Σχεδιασμός διαγραμμάτων 6. Εξαγωγή 7. αποθήκευση

20 ιαχείριση δεδομένων Οργάνωση σε βάση δεδομένων (MySQL, PostgreSQL, dbase, Oracle, κλπ.)

21 Βιβλιογραφία Τσερανίδης, Σ. (2014). Ανάλυση και αξιολόγηση δεδομένων συστήματος αισθητήρων σε πλωτούς κυματοθραύστες, ιπλωματική Εργασία, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ.