Dr hab. inż. Krzysztof Tajduś, prof. IMG PAN Kraków, Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk ul. Reymonta Kraków

Transkrypt

1 Dr hab. inż. Krzysztof Tajduś, prof. IMG PAN Kraków, Instytut Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk ul. Reymonta Kraków RECENZJA Rozprawy doktorskiej mgr inż. Michała Witkowskiego p.t.: Ocena wpływu wieloletnich oddziaływań górniczych na intensywność uszkodzeń tradycyjnej zabudowy LGOM Recenzję niniejszej pracy wykonano na zlecenie Rady Wydziału Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska AGH w Krakowie z dnia stosownie do wymagań Ustawy z dnia 14 marca 2003r Ocena wyboru tematu pracy: Obiekty budowlane znajdujące się w rejonie wpływów działalności górniczej poddawane są różnym szkodliwym zjawiskom związanym zarówno z deformacjami ciągłymi, nieciągłymi, jak i wstrząsami górniczymi. Przez lata zjawiska te oraz ich wpływ na obiekty budowlane były przedmiotem wielu badań naukowych. W wyniku tych prac powstały m.in. kategorie terenów górniczych, kategorie odporności obiektów budowlanych, metody prognozowania wskaźników deformacji, metody oceny odporności obiektów na oddziaływania statyczne i dynamiczne. Doktorant w podjętym temacie pracy postanowił poddać ocenie wpływ wieloletnich oddziaływań górniczych na intensywność uszkodzeń budynków o konstrukcji tradycyjnej dla wybranych rejonów Legnicko-Głogowski Okręgu Miedziowego. Przeanalizował, relacje pomiędzy strukturą zgłoszonych szkód górniczych, a cechami konstrukcyjno-materiałowymi, utworzył modele klasyfikacyjne służące do oceny ryzyka powstania szkód dla oddziaływań górniczych w postaci wysokoenergetycznych wstrząsów oraz zjawisk parasejsmicznych o słabszej intensywności i poziomych odkształceń terenu. Badania te Doktorant prowadził z wykorzystaniem metod z zakresu statystyki matematycznej oraz uczenia maszynowego (Machine Learning). Swój koncept i zamierzenia Autor pracy formułuje bardzo wyraźnie już na początku doktoratu. Wg mojej opinii temat podjętej rozprawy jest ciekawy, a wykorzystane przez Doktoranta nowoczesne metody analiz i powiązanie ich ze wskaźnikiem intensywności uszkodzeń pozwoliło na ocenę ryzyka powstania szkód oraz oszacowanie kosztów ich usunięcia dla wybranego pola doświadczalnego obejmującego grupę budynków mieszkalnych zlokalizowanych w mieście Polkowice. 1 Ustawa z dnia 14 marca 2003r o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U Nr 65, poz. 595, z późniejszymi zmianami wprowadzone ustawą z dnia 18 marca 2011r o zmianie ustawy Prawo o szkolnictwie wyższym, ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki oraz o zmianie niektórych innych ustaw (Dz. U. Nr 84, poz. 455) w brzmieniu obowiązującym od dnia 1 października 2011r. Strona 1 z 7

2 2. Ogólna charakterystyka konstrukcji i treści rozprawy: Recenzowana praca doktorska, której promotorem jest dr hab. inż. Janusz Rusek, zawiera 105 stron tekstu zredagowanego w 10 rozdziałach wraz z podrozdziałami, w tym spisem 81 pozycji wykorzystanych materiałów źródłowych. Rozdział pierwszy stanowi wprowadzenie do problemu wpływu eksploatacji podziemnej na powierzchnię terenu ze szczególnym uwzględnieniem wstrząsów pochodzenia górniczego. Doktorant przedstawił skrócony opis wysoko energetycznych wstrząsów górniczych w analizowanym rejonie oraz zarysował ogólny stan prawny związany z odpowiedzialnością i dochodzeniem odszkodowań za szkodę górniczą. W rozdziale drugim Autor w punktach przedstawia cele swojej pracy do których zalicza: analizę relacji w zgromadzonej bazie danych pomiędzy strukturą zgłoszonych szkód górniczych, a cechami technicznymi zabudowy, utworzenie modeli opisujących wpływ wysokoenergetycznych wstrząsów oraz zjawisk parasejsmicznych o słabszej intensywności i poziomych odkształceń terenu na uszkodzenia tradycyjnej zabudowy terenu górniczego LGOM, oraz utworzenie modelu do szacowania nakładów finansowych, które zakład górniczy powinien zabezpieczyć na usunięcie spodziewanych szkód. Na bazie wstępnych analiz oraz zakładanych celów pracy Doktorant sformułował tezę swojej pracy ujętej następująco: Zastosowanie metod Machine Learning oraz wykorzystanie do opisu szkód górniczych wskaźnika intensywności uszkodzeń pozwala na budowę modelu oceny ryzyka powstania szkód oraz kosztów ich usuwania. Rozdział trzeci zawiera ogólny opis oddziaływań górniczych na powierzchnię terenu i obiekty budowlane. Autor rozróżnił w podrozdziałach oddziaływania deformacji ciągłych (3.1) oraz wstrząsów górniczych (3.2). Natomiast, podrozdział 3.3 skrótowo opisuje charakterystyczne oddziaływania prowadzonych eksploatacji w Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM). Rozdział czwarty został podzielony na dwa podrozdziały. Pierwszy poświęcony jest ogólnemu opisowi wpływów oddziaływań górniczych na budynki. Autor przywołuje w nim podstawowe kryteria oceny wpływu eksploatacji na budynki takie jak: stopnie uciążliwości, zużycie techniczne obiektów budowlanych, oraz przypisane im kategorie stanu technicznego. W drugim podrozdziale Autor szerzej opisuje zagadnienia związane z wyceną nieruchomości. Przedstawił zagadnienia związane z określeniem wartości nieruchomości przy zastosowaniu podejścia kosztowego, prognozowaniu kosztów szkód górniczych, oraz wpływu zużycia elementów budynku na wartość możliwych odszkodowań. W rozdziale piątym Autor przedstawił charakterystykę zabudowy osiedli mieszkaniowych miasta Polkowice, które stanowiły bazę dla prowadzonych analiz. Doktorant wyróżnił grupę 256 budynków jednorodzinnych o funkcji mieszkalnej (bądź mieszkalnousługowej), wzniesionych w okresie od 1980 do 2002 roku. Dla każdego obiektu budowlanego Autor posiadał informacje o jego konstrukcji, geometrii i wieku. Informacje te zostały przedstawione w tabelach zawartych w niniejszym rozdziale. Dodatkowo Doktorant Strona 2 z 7

3 wykazał, że z grupy budynków przeznaczonych do analiz 78,9% stanowią budynki nie posiadające zabezpieczeń na wstrząsy górnicze, natomiast pozostałe obiekty zostały zabezpieczone zgodnie z wydaną przez Okręgowy Urząd Górniczy decyzją uwzględniającą wpływ eksploatacji górniczej na planowaną inwestycję. Rozdział szósty stanowi opis zastosowanych metod badawczych z zakresu statystyki matematycznej oraz uczenia maszynowego. W celu określenia zależności pomiędzy cechami obiektów budowlanych, a szkodami górniczymi Doktorant zastosował test zgodności Chi-kwadrat, oraz jako alternatywę dla tej metody, Autor posłużył się korelacjami: liniową r-pearsona oraz rang Spearmana. Natomiast w celu utworzenia modelu do oceny ryzyka wystąpienia szkody dla dużej grupy budynków zlokalizowanych w obszarze oddziaływań parasejsmicznych, Doktorant zdecydował o wykorzystaniu probabilistycznych sieci neuronowych PNN (Probabilistic Neural Network). Kolejnym zadaniem jaki postawił sobie Doktorant było utworzenie modeli klasyfikacyjnych umożliwiających ocenę wpływu zarówno wstrząsów górniczych, jak i ciągłych deformacji terenu na intensywność uszkodzeń obiektów, a także na wypłacone kwoty odszkodowań. W tym celu Autor wykorzystał metodę wektorów podpierających (Support Vector Machine - SVM) w ujęciu klasyfikacyjnym. W rozdziale siódmym Autor pracy przedstawił charakterystykę trzech wysokoenergetycznych wstrząsów, oraz związanych z nimi zgłoszeń o ewentualnych szkodach górniczych w obiektach budowlanych. Dane te były przedmiotem dalszych analiz, gdzie w celu zbadania struktury zgłoszonych szkód po ww. wstrząsach w zależności od opisanych i skategoryzowanych cech technicznych zabudowy posłużono się testem zgodności Chi-kwadrat. Otrzymane przez Doktoranta rezultaty pozwoliły na stwierdzenie, iż występują istotne w sensie statystycznym zależności pomiędzy strukturą zgłoszonych przez właścicieli uszkodzeń, a kształtem rzutu bryły budynku, rodzajem zabudowy, zastosowanymi rozwiązaniami konstrukcyjno-materiałowymi ścian nośnych nadziemia oraz występowaniem zróżnicowanego poziomu stropów. W innych przypadkach nie stwierdzono zależności pomiędzy badanymi zmiennymi. Dodatkowo w rozdziale tym Doktorant posługując się metodą PNN zbudował model oceny ryzyka powstania szkód górniczych oraz przedstawił analizę wpływu wysokoenergetycznych wstrząsów na zabudowę z zastosowaniem wskaźnika intensywności uszkodzeń budynków wykorzystując metodę wektorów podpierających SVM. Pozwoliło to na dokładniejsze ustalenie zakresu potencjalnych szkód w analizie dużych grup budynków zlokalizowanych w obszarze oddziaływań parasejsmicznych, Rozdział ósmy dotyczył analizy wpływ wstrząsów górniczych o słabszej intensywności oraz ciągłych deformacji terenu na analizowaną tradycyjną zabudowę LGOM w oparciu o wskaźnik intensywności uszkodzeń budynków w okresie od 2007 do 2012 roku. Doktorant posługując się metodami przedstawionymi w poprzednich rozdziałach dokonał określenia relacji pomiędzy: wyznaczonymi w poprzednim rozdziale kategoriami wskaźników intensywności uszkodzeń dla analizowanej zabudowy, a ustalonymi wpływami górniczymi z uwzględnieniem lokalizacji obiektów oraz wypłaconymi kwotami odszkodowań za szkody górnicze, ustalonymi wpływami górniczymi dla każdego obiektu budowlanego w latach oraz wyznaczoną kategorią wskaźnika intensywności uszkodzeń budynku. Strona 3 z 7

4 W rozdziale dziewiątym Doktorant podjął się wykonania analizy kosztów szkód górniczych w oparciu o wartości wskaźnika intensywności uszkodzeń budynków. Analizy prowadzono zarówno korelacjami Pearsona, gdzie wykazano korelację pomiędzy ustaloną wartością wskaźnika intensywności uszkodzeń, a ujednoliconą kwotą wypłaconego odszkodowania za szkody górnicze, oraz metodą klasteryzacji k-średnich. Opierając się na szczegółowych danych uzyskanych w wyniku inwentaryzacji stanu technicznego analizowanych obiektów budowlanych zbudowano model sieci klasyfikacyjnej SVM. Umożliwił on oszacowanie nakładów finansowych na odszkodowanie będące rezultatem szkód górniczych. Zakończeniem prac jest rozdział dziesiąty, w którym zamieszczono wnioski wynikające ze zrealizowanych badań. I. Ocena merytoryczna pracy. Podjęty przez Doktoranta temat oceny wpływu wieloletnich oddziaływań górniczych na intensywność uszkodzeń tradycyjnej zabudowy LGOM jest problemem złożonym i bardzo trudnym. Dlatego w celu pozytywnego rozwiązania problemu Autor pracy posłużył się metodyką rzadko stosowaną dotychczas w zagadnieniach budownictwa na terenach górniczych. W tym celu, w pierwszej kolejności zebrał informacje dotyczące cech konstrukcyjno-materiałowych, oraz wieku budynków mieszkalnych lub usługowomieszkalnych charakterystycznych dla trzech osiedli miasta Polkowice. Następnie, na podstawie przeprowadzanych przez Zespół pracowników Katedry Geodezji Inżynieryjnej i Budownictwa AGH, inwentaryzacji architektoniczno-budowlanej oraz uszkodzeń analizowanych obiektów budowlanych stworzył bazę zgłoszeń oraz bazę szkód górniczych. Przeprowadzone przez Doktoranta wstępne oceny polegały na analizie relacji pomiędzy strukturą zgłoszonych szkód górniczych, a cechami konstrukcyjno-materiałowymi tradycyjnej zabudowy. W dalszej kolejności Autor pracy zbudował modele klasyfikacyjne do oceny ryzyka powstania szkód górniczych zarówno dla wstrząsów górniczych, jak i poziomych odkształceń terenu. Analizy te przeprowadził z wykorzystaniem metod z zakresu statystyki matematycznej oraz uczenia maszynowego m.in. probabilistycznych sieci neuronowych PNN, metodę wektorów podpierających SVM. Recenzowana praca ma prawidłową konstrukcję i czytelny układ logiczny. Przy wsparciu promotora, Doktorant przeprowadził rzeczową analizę wykorzystując nowoczesne metody obliczeniowe stwierdzając na ich bazie, m.in. że: istnieją istotne zależności pomiędzy uszkodzeniami w obiekcie budowlanym, a rodzajem zabudowy, geometrią budynków, zastosowanymi rozwiązaniami konstrukcyjno-materiałowymi ścian nośnych oraz poziomem oparcia stropów, dla dużej grupy obiektów budowlanych probabilistyczne sieci neuronowe PNN mogą być skutecznym narzędziem do oceny ryzyka powstania szkód górniczych ponieważ zbudowane modele klasyfikacyjne umożliwiają ujęcie wyniku w notacji probabilistycznej stanowiącej powszechną miarę ryzyka, istnieje wyraźna tendencja polegająca na wzroście ryzyka powstania szkody górniczej wraz z następstwem kolejnych wstrząsów górniczych (modele PNN), występuje korelacja pomiędzy wartością wskaźnika intensywności uszkodzeń budynku, kwotami wypłaconych odszkodowań za szkody górnicze (w analizowanym okresie), do oszacowania nakładów finansowych potrzebnych na usuwanie szkód górniczych można z powodzeniem korzystać z modeli klasyfikacyjnych sieci SVM. Model ten można również stosować w celu ustalenia zakresu ewentualnych Strona 4 z 7

5 szkód górniczych poddanych łącznym oddziaływaniom ciągłych deformacji terenu oraz licznych wstrząsów o mniejszej intensywności, wskaźnik intensywności uszkodzeń budynku może być skutecznym kryterium do szacowania nakładów finansowych, jakie zakład górniczy powinien zabezpieczyć w celu ich usunięcia, ciągłe deformacje terenu mają większy wpływ na zakres i intensywność uszkodzeń w obiektach budowlanych niż pojawiające się liczne wstrząsy o niskiej intensywności. Badania te oraz wnioski stanowią ważny element prezentowanej rozprawy. Uważam, że wachlarz prac przeprowadzonych przez Doktoranta związanych z oceną wpływu wieloletnich oddziaływań górniczych na intensywność uszkodzeń tradycyjnej zabudowy LGOM jest bardzo duży i świadczy o dogłębnej analizie problemu. Do oryginalnych i cennych osiągnięć Doktoranta należy zaliczyć przede wszystkim wykorzystanie metod uczenia maszynowego umożliwiających analizę w szerszym zakresie danych niż dotychczas stosowane metody. Recenzowana praca zawiera wszystkie niezbędne elementy świadczące o umiejętności projektowania i realizowania pracy naukowej przez Kandydata, przy wykorzystaniu dostępnych metod oraz programów. Układ tekstu jest przejrzysty, rysunki są jasne i czytelne. Lista literatury, jak na mało rozpoznany temat jest odpowiednia i obejmuje 81 pozycji krajowych i zagranicznych (w tym ze źródeł internetowych). II. Uwagi krytyczne Podczas lektury pracy nasunęło się kilka uwag o charakterze merytorycznym oraz pytań, które zamieszczam poniżej. Ilość przedstawionych uwag merytorycznych i komentarzy świadczy o zainteresowaniu recenzenta tą problematyką i jego przekonaniu o celowości realizacji pracy, a także kontynuacji dalszych badań w tym zakresie. Uwagi o charakterze merytorycznym, oraz pytania do Doktoranta: [1]. W niektórych miejscach pracy doktorskiej podana przez Doktoranta literatura nie odpowiada zawartości treści. Należało by ją dostosować do powszechnie dostępnej wiedzy i opublikowanych prac naukowych. [2]. Recenzent uważa że przedstawiony opis rysu historycznego powstawania Rudnych Zakładów Górniczych Dolnego Śląska zawarty w rozdziale 3, jest niepotrzebny. Informacje te w żaden sposób nie zostały wykorzystane w dalszej części pracy. [3]. W jaki sposób Doktorant wykorzystał w rozdziałach 7 i 9 (w zagadnieniach szacowania kosztów szkód górniczych w obiektach budowlanych) informacje opisane w rozdziale 4 dotyczącym wyceny nieruchomości? [4]. Podrozdział Autor zawarł miarę bezwzględną nakładów ponoszonych na obiekty budowlane w zależności od kategorii terenu górniczego, natomiast wskazane by było aby miara ta była relatywna uwzględniająca odporność obiektów budowlanych. Strona 5 z 7

6 [5]. Podrozdział Autor pracy stwierdził, że prace remontowe przeprowadzone po wstrząsie z lutego 2002r były na tyle skuteczne że 89% właścicieli budynków wyremontowanych nie zgłosiło ponownie uszkodzeń. Na jakiej podstawie Doktorant z góry założył że zgłoszenia z dnia r i r pokrywają się? [6]. Podrozdział Doktorant brak zależności pomiędzy technicznymi i konstrukcyjno-materiałowymi cechami zabudowy, a wzrostem ryzyka powstania szkody wyjaśnił subiektywizmem właścicieli obiektów budowlanych. Wg recenzenta terminem szkody górniczej określa się uszkodzenia uznane przez przedsiębiorcę górniczego dlatego warto również uwzględnić subiektywność oceny pracowników kopalni. [7]. Podrozdział Proszę o uściślenie czy tabela 7.14 dotyczy zgłoszeń uszkodzeń obiektów budowlanych czy też zakwalifikowanych szkód górniczych? [8]. Proszę o komentarz dotyczący różnicy w określonej przez Doktoranta gęstości prawdopodobieństwa dla wskaźnika intensywności uszkodzeń (rys. 7.2 oraz 9.2), a kwotą wypłaconego odszkodowania za szkody górnicze (rys. 7.3 oraz 9.3). Uwagi drobne i sugestie recenzenta: [1]. Wg recenzenta w podrozdziale 4.3 Doktorant mógł skorzystać z doświadczeń niemieckich w kwestii wyceny nieruchomości na terenach górniczych (m.in. prace dr inż. A. Romańskiej). Być może doświadczenia te dodatkowo wzbogaciłyby wnioski uzyskane na bazie analiz przeprowadzonych w rozdziale 9. [2]. Podrozdział wg recenzenta sugestia Doktoranta o możliwości wystąpienia uszkodzeń w budynkach w których, odporność na wpływy górnicze jest wyższa od kategorii terenu powoduje zaniżenie wyników opartych na analizach Lejczaka (et al. 1969) a nie ich zawyżenie. [3]. Wykonanie przez Doktoranta dodatkowych map prezentujących lokalizację obiektów w których zgłoszono uszkodzenia budowlane lub ustalonych szkód górniczych byłaby pomocna w analizie wyników i uzyskanych wniosków. [4]. Recenzent sugeruje zmodyfikować zdanie znajdujące się w podrozdziale : Badania przeprowadzone w oparciu o ustalony przez autora wskaźnik intensywności uszkodzeń budynków, na Badania przeprowadzone w oparciu o ustalone przez autora wartości wskaźnika intensywności uszkodzeń budynków. Pierwotna forma zdania mogła by błędnie sugerować że Doktorant przypisuje sobie autorstwo w utworzeniu wskaźnika opisanego w pracy Firka (Archive of Mining Science 2009), co zapewne nie było jego intencją. III. Wniosek końcowy Recenzowana praca doktorska, pomimo kilku krytycznych uwag, jest oryginalnym rozwiązaniem zaprezentowanego w niej zagadnienia naukowego. Autor podjął się problemu, który ma istotne znaczenie z punktu widzenia poznawczego i praktycznego. Przeprowadzając analizy Doktorant wykazał się dobrą znajomością ogólnej wiedzy praktycznej i teoretycznej Strona 6 z 7

7