MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA ZMIAN INTENSYWNOŚCI ODBICIA PROMIENIA LASEROWEGO DO OCENY STANU KONSTRUKCJI BETONOWEJ

Transkrypt

1 MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA ZMIAN INTENSYWNOŚCI ODBICIA PROMIENIA LASEROWEGO DO OCENY STANU KONSTRUKCJI BETONOWEJ Janina ZACZEK-PEPLINSKA *), Katarzyna OSIŃSKA-SKOTAK *), Klaudia GERGONT **) *) Wydział Geodezji i Kartografii, Politechnika Warszawska **) Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej, Uniwersytet Jagielloński Okresowe pomiary konstrukcji betonowych w ramach monitoringu geodezyjnego mogą być wykonywane skanerami laserowymi. Skaner, tak jak tachimetr, wyznacza współrzędne przestrzenne (X, Y, Z) mierzonych punktów, określając odległość i kąty. Parametrem najbardziej odróżniającym skaner od tachimetru, oprócz szybkości pracy, jest rejestracja czwartej współrzędnej siły odbicia powracającego sygnału świetlnego wysłanego przez skaner. Analiza zarejestrowanych wartości tej czwartej, dodatkowej współrzędnej może mieć zastosowanie w diagnozowaniu stanu konstrukcji. W referacie przedstawiono analizę możliwości zastosowania wyników skanowania laserowego do określania stanu powierzchni zewnętrznych konstrukcji betonowej zapory wodnej - zmiany porowatości i wytrzymałości betonu. Przeanalizowano wyniki pomiarów doświadczalnych - skanowanie powierzchni odpowietrznej zapory betonowej Besko (Polska) wykonane różnymi skanerami. Wyniki pomiarów opracowano m.in. przy użyciu metod i algorytmów analizy obrazów cyfrowych takich, jak algorytm ISODATA, czy algorytmy stosowane do klasyfikacji obrazów wielospektralnych. 1. WSTĘP Problem uszkodzeń spowodowanych starzeniem się zapór dotyczy większości obiektów piętrzących, rozpatrywanych w raportach Ośrodka Technicznej Kontroli Zapór. Spośród obiektów ocenianych ponad połowa przekroczyła 50 lat eksploatacji, a ponad 10% - 25 lat swego funkcjonowania, co w warunkach polskich, z uwagi na niski poziom wykonawstwa w okresie ich budowy, jest równoznaczne z wejściem w okres intensywnych prac remontowych, spowodowanych starzeniem się budowli i ich elementów. Podkreślenia wymaga fakt, że niezależnie od trudnych warunków wykonywania i eksploatacji tego typu konstrukcji ich stan ma zwykle duże znaczenie dla bezpieczeństwa otoczenia, jak również konstrukcje te silnie wpływają na otoczenie. Stąd wynika potrzeba dokładnego i bieżącego rozpoznania stanu

2 konstrukcji w powiązaniu ze stanem oraz zjawiskami zachodzącymi w jej otoczeniu. 2. STARZENIE SIĘ MASYWNYCH KONSTRUKCJI BETONOWYCH Beton w dużych, masywnych konstrukcjach hydrotechnicznych narażony jest na wiele czynników, które mogą prowadzić do przyspieszonego zużycia konstrukcji. Należą do nich m.in.: skurcz plastyczny, naprężenia pochodzące od zróżnicowania wilgotności i temperatury w twardniejącej mieszance betonowej oraz od zmian temperatury i wilgotności w otoczeniu. W dojrzałym betonie czynnikami tymi mogą być: naprężenia wywołane zmianą temperatury oraz skurczem betonu, nierównomierne osiadanie podłoża, ruchy tektoniczne i sejsmiczne podłoża, zmiany wysokości piętrzenia wody, zmiany parametrów podłoża gruntowego oraz wiele oddziaływań następujących w trakcie eksploatacji obiektu, jak: agresja chemiczna wód powierzchniowych, gruntowych lub opadowych, ruch wody, parcie wody, parcie lodu, ciśnienie wywierane przez wodę zamarzającą w kapilarach masywu betonowego, transport masy wewnątrz materiału, dyfuzja zawartego w powietrzu CO 2, zmiany temperatury, szok termiczny, wilgotność powietrza, mgła, opady atmosferyczne, czynniki powodujące ścieranie i kawitację, mikroorganizmy, rośliny, zwierzęta, nadmierne lub zmienne obciążenia użytkowe. Łączne działanie wymienionych czynników powoduje zazwyczaj w okresie kilku do kilkunastu lat wystąpienie pierwszych oznak uszkodzenia materiału lub konstrukcji. Mogą nimi być zarysowania masywu betonowego, zwiększona filtracja lub wystąpienie przecieków w korpusie konstrukcji, destrukcja powierzchniowa betonu, nadmierne odkształcenia konstrukcji i inne objawy [2]. 3. METODY BADAŃ STANU BETONU Wśród metod badania betonu można wyróżnić trzy grupy: metody niszczące, polegające w ogólności na obciążaniu aż do zniszczenia próbek betonu celowo przygotowanych lub pobranych z konstrukcji, najczęściej w postaci odwiertów cylindrycznych o różnej średnicy i długości, metody mało niszczące, polegające na określaniu parametrów betonu na podstawie próby wyrywania lub odrywania zakotwionego lub przyklejonego elementu z przypowierzchniowych warstw konstrukcji, metody nieniszczące, stanowiące zespół metod pozwalających określić jakość badanego obiektu bez zmniejszania jego własności użytkowych, są to

3 m.in.: metody sklerometryczne (np. test młotkiem Schmidta), ultradźwiękowe, sejsmiczne (wykorzystujące uderzenie jako czynnik wyzwalający drgania), radarowe, tomografia akustyczna i radarowa. Uzasadnieniem wykonania badań niszczących jest ich duża dokładność, lecz uciążliwości w fazie pozyskiwania próbek wynikające z uwarunkowań technicznych, czasochłonność, z uwagi na dwuetapowość badań, a przede wszystkim ograniczenia związane z niebezpieczeństwem obniżenia nośności osłabianych elementów [3], skłaniają do wykorzystywania mniej dokładnych, lecz znacznie efektywniejszych czasowo, metod pomiarowych. Powszechnie stosowane od lat metody nieniszczące umożliwiają oznaczenie jakości i wytrzymałości betonu w zrealizowanej konstrukcji. Najpopularniejszym sposobem klasyfikowania parametrów zrealizowanych elementów konstrukcji betonowych i żelbetowych jest nieniszcząca metoda badań jakości betonu przy wykorzystaniu młotka Schmidta, w której wytrzymałość i jednorodność betonu określa się za pomocą pomiaru liczby odbicia (pomiaru lokalnych twardości powierzchniowych), a następnie statystycznej analizy wyników pomiarów na podstawie zależności empirycznych. Dla sklerometrów Schmidta jest to zależność pomiędzy liczbą odbicia a wytrzymałością na ściskanie (fc-l) [5]. 4. MONITORING GEODEZYJNY PROWADZONY INSTRUMENTAMI SKANUJĄCYMI Geodezyjnym monitoringiem przemieszczeń zmian geometrii konstrukcji są objęte wszystkie zapory betonowe klasy I i II w kraju. Okresowe pomiary w ramach monitoringu geodezyjnego mogą być prowadzone nowoczesnymi instrumentami geodezyjnymi tzw. instrumentami skanującymi, tj. tachimetrami i skanerami laserowymi, które pozwalają uzyskiwać modele punktowe (o charakterze quasi-ciągłym) łatwe do obróbki i analizy. Skaner, tak jak tachimetr, wyznacza współrzędne przestrzenne (X, Y, Z) mierzonych punktów, określając odległość i kąty. Bardzo zbliżone do wyników klasycznego pomiaru geodezyjnego są dokładności realizowanych przez skaner czynności pomiarowych. Parametrem najbardziej odróżniającym instrumenty skanujące od tachimetru, oprócz szybkości pracy, jest rejestracja czwartej współrzędnej siły odbicia od powierzchni skanowanej powracającego sygnału świetlnego (intensywność odbicia) wysłanego przez skaner. Wielkość ta przypisana jest do każdego punktu pomiarowego jako intensywność, a interpolowana na regularną siatkę daje obraz intensywności. Obraz intensywności odbicia dla zapory z wizualizacją kolorystyczną przedstawia rysunek 1. Prezentowane wyniki pomiarów zostały wykonane przez Zakład Geodezji Inżynieryjnej i Pomiarów Szczegółowych Politechniki Warszawskiej

4 oraz Leica Geosystems Polska w dniach Wykorzystano skaner laserowy Leica ScanStation2. a) b) Rys. 1. Zapora Besko kolorystyka punktów pomiarowych odpowiada zarejestrowanej wartości 4 współrzędnej pomiary przeprowadzono w dn instrumentem Leica Scanstation2, a) widok zapory od strony odpowietrznej, b) zbliżenie zaznaczonego fragmentu [7]. Analiza zarejestrowanych wartości tej czwartej, dodatkowej współrzędnej może mieć zastosowanie w diagnozowaniu stanu konstrukcji, znane są przypadki, kiedy stwierdzano na podstawie pobieżnej analizy, że elementy konstrukcji wykonane są z innych materiałów. Nie próbowano do tej pory diagnozować stanu konstrukcji wykonanej z tego samego materiału, starzejącej się i podlegającym zmiennemu obciążeniu. Na podstawie wykonanych pierwszych pomiarów doświadczalnych wydaje się, że ta technologia mogłaby z powodzeniem być stosowana od oceny wilgotności zewnętrznych warstw betonu oraz oceny stanu/wytrzymałości/twardości zewnętrznych powierzchni betonowych zapory, głównie od strony odpowietrznej (wody dolnej).

5 Wykonane zostały następujące pomiary doświadczalne z wykorzystaniem specjalnie przygotowanych próbek betonu o różnych właściwościach twardości, uziarnieniu i porowatości: pomiary wstępne w laboratorium doświadczalnym Zakładu Budownictwa Wodnego i Hydrauliki Politechniki Warszawskiej, obejmujące badania liczby odbicia (metoda nieniszcząca) sklerometrem Schmidta. Sposób wykonania pomiaru sklerometrem Schmidta ilustruje rysunek 2. Rys. 2. Sposób wykonania pomiaru sklerometrem Schmidta zdjęcie wykonano w trakcie pomiarów Zapory Besko, kwiecień pomiary doświadczalne w Zakładzie Geodezji Inżynieryjnej Pomiarów Szczegółowych, obejmujące skanowanie próbek czterema skanerami o różnych cechach technicznych: Leica ScanStation C10, FARO Focus3D (rys. 3), Riegl VZ-400, Optech ILRIS-3D; pomiary doświadczalne na obiekcie Zapora Besko w Sieniawie na rzece Wisłok skanowanie strony odpowietrznej konstrukcji przy wykorzystaniu skanerów: Leica ScanStation 2 (2009), Riegl VZ-400 (2011). Rys. 3. Wyniki skanowania powierzchni próbek 1, 2, 3, 4, 5, 6 skanerem FARO Focus 3D. 5. OPRACOWANIE NUMERYCZNE WYNIKÓW POMIARÓW DOŚWIADCZALNYCH Badane próbki zostały zeskanowane jednym instrumentem w tym samym czasie, w takich samych warunkach zewnętrznych. Przeprowadzone

6 pomiary doświadczalne i opracowanie wyników skanowania próbek betonu o różnych właściwościach skanerami Leica ScanStation C10 oraz Riegl VZ- 400 opisano w [7]. W tej publikacji zamieszczamy tylko opis skrócony. Na skanowanej powierzchni każdej badanej próbki wydzielono pola kontrolne koła o zadanym promieniu (rys. 4). Zarejestrowane wartości czwartej współrzędnej I podzielono na 14 przedziałów. Dla każdego pola wykonano histogram obrazujący liczbę zarejestrowanych w każdym przedziale wartości I. Przebadano 15 próbek wykonanych z betonu o różnych właściwościach. Cechę materiałową próbki określono na podstawie wykonanego w warunkach laboratoryjnych badania wytrzymałości betonu za pomocą sklerometru (młotka) Schmidta.. Rys. 4. Wydzielone pola kontrolne na tle wyników pomiaru próbki 15 skanerem Riegl VZ-400 [7]. Zestawienie otrzymanych wyników skanowania instrumentem Leica C10 dla wybranej próbki nr 6 przedstawia tabela 1. Odpowiednie wykresy przedstawiają rysunki 5 i 6 [7]. Tab 1. Zestawienie częstości występowania zarejestrowanych wartości I dla pól kontrolnych próbki 6 [7]. Nr Liczba Częstość występowania zarejestrowanych wartości I próbki odbicia 6 36,9 Przedział Wartoś ci granicz ne Pole 1 Pole 2 Pole 3 Pole 4 Pole , Średnia

7 , , , , , , Rys. 5. Rys. 8. Wykresy częstości występowania wartości I w różnych polach dla próbki 6 (skaner Leica C10) [7]. Rys. 6. Histogram średniej częstości występowania wartości I dla próbki 6 (skaner Leica C10) [7]. Na podstawie wyników przeprowadzonych pomiarów można zauważyć, że w ramach jednego skanera i pojedynczej próbki zachodzi zgodność częstości występowania wartości I w różnych polach. Ponadto, w ramach jednego skanera i różnych próbek występuje zróżnicowanie histogramów, co pozwala żywić nadzieję, że opracowanie odpowiednich metod analizy pozwoli na wyznaczenie korelacji pomiędzy zarejestrowanymi wartościami intensywności odbicia a właściwościami materiału czyli na identyfikację właściwości powierzchniowej betonu. W ramach tej samej próbki różne skanery dają różny kształt histogramu Oznacza to, że bez dalszych badań i opracowania odpowiednich algorytmów nie można porównywać bezpośrednio danych uzyskanych z pomiarów różnymi skanerami. Można przypuszczać, że różnice te są spowodowane różną długością fali emitowanej przez lasery wykorzystywane w skanerach różnych producentów instrumentów geodezyjnych.

8 6. METODY AUTOMATYCZNEGO ROZPOZNAWANIA OBRAZÓW W OPRACOWANIU WYNIKÓW POMIARÓW INTENSYWNOŚCI ODBICIA Wychodząc z założenia, że wartość intensywności odbicia promieni laserowych pozwala na diagnozę stanu konstrukcji betonowych [6],[7],[8] przeprowadzono eksperyment mający na celu analizę możliwości wykorzystania technik automatycznego rozpoznawania obrazów takich, jak np. metoda ISODATA (ang. Iterative Self- Organizing Data Analysis Technique), stosowana m.in. w klasyfikacji teledetekcyjnych obrazów wielospektralnych metodą nienadzorowaną [1],[4]. Technika ta pozwala na uzyskanie klas (grup) pikseli o podobnych właściwościach odbicia promieniowania. Do opracowania wybrano zdjęcie cyfrowe strony odpowietrznej zapory Besko wykonane aparatem NIKON D5000 (rys. 10) i rastrową reprezentację wyników pomiarów intensywności odbicia (I) wykonaną instrumentem Leica ScanStation C10 (laser zielony) w dniach 8-9 czerwca 2009 r. (rys. 11). Oba zdjęcia przedstawiają widok zapory z tej samej perspektywy. Wszystkie przetworzenia cyfrowe zostały wykonane przy użyciu programowania ERDAS Imagine. Rys. 7. Widok zapory Besko od strony odpowietrznej wykonane aparatem NIKON D5000.

9 Rys. 8. Wyniki pomiarów zapory Besko od strony odpowietrznej wizualizacja kolorystyczna czwartej współrzędnej I uzyskane skanerem Leica ScanStation C10. Zdjęcie cyfrowe oraz rastrowa reprezentacja intensywności odbicia zostały najpierw poddane transformacji geometrycznej tak, aby uzyskały wspólną orientację przestrzenną. Dopasowanie obu obrazów oraz wynik wstępnej klasyfikacji przedstawiono na rys. 9 i 10. Rys. 9. Wyniki wspólnej orientacji zdjęcia cyfrowego i wizualizacji kolorystycznej wyników pomiarów (I). Rys. 10. Wyniki wstępnej klasyfikacji metodą nienadzorowaną. Po analizie otrzymanych wyników zdecydowano: - wybrać obszary na powierzchni konstrukcji, dla których zastosowany zostanie algorytm klasyfikacyjny ISODATA (rys. 11), - wykonać klasyfikację nienadzorowaną metodą ISODATA tylko dla rastrowej reprezentacji intensywności odbicia (wyróżniono 5 klas),

10 - dokonać analizy wyników klasyfikacji dla próbek wybranych fragmentów powierzchni betonu o znanej charakterystyce (ocena opisowa stanu i badanie sklerometrem Schmidta) (rys. 12), - wykonać klasyfikację nadzorowaną wskazując jako próbki (obszary) referencyjne fragmenty dobrze rozpoznanej powierzchni betonowej. Rys. 11. Wybrane obszary powierzchni do klasyfikacji Rys. 12. Wybrane próbki (obszary) referencyjne do klasyfikacji nadzorowanej. Analiza wyników działania algorytmu ISODATA dla rastrowej reprezentacji intensywności odbicia wykazała bardzo dużą zmienność w obszarach próbek referencyjnych o znanych właściwościach (Rys. 13). Wynika to z natury odbicia promieni laserowych i ich dużej czułości na różne właściwości skanowanej powierzchni, m.in. na chropowatość powierzchni poddanej różnym czynnikom zewnętrznym. Zależy to również od rozdzielczości

11 skanowania, co uwidoczniło się przy analizie obrazów intensywności odbicia, zarejestrowanych w dwóch terminach (2009 Leica ScanStation C10 i 2011 Riegl VZ-400). Aby obraz intensywności charakteryzował się mniejszą zmiennością przetestowano dwa podejścia. W pierwszym dokonano analizy obrazów poddanych działaniu filtrów uśredniającego i medianowego o różnych wymiarach okna filtra (3 3, 5 5, 7 7 pikseli), natomiast w drugim podejściu zmniejszono (zdegradowano) rozdzielczość źródłowego obrazu intensywności (testowano różny stopień degradacji rozdzielczości). Na tak przygotowanych danych przeprowadzona została klasyfikacja za pomocą algorytmu ISODATA. Przykładowe wyniki klasyfikacji dla obu prezentowanych podejść prezentują rysunki 14 i 15. Na rysunkach tych widać wyraźnie zwiększenie jednorodności klas w obrębie próbek referencyjnych, w szczególności w odniesieniu do próbek I, II i V. Właściwy dobór okna filtra jest tutaj bardzo istotnym elementem przetwarzania danych. Nie mniej jednak informacja o zróżnicowaniu wartości intensywności również niesie informacje o właściwościach obiektu, co można wykorzystać np. obliczając odchylenie standardowe w oknie o takim samym wymiarze, jak w przypadku działania filtru uśredniającego. Rys. 13. Wynik działania algorytmu ISODATA (5 klas) dla rastrowej reprezentacji intensywności odbicia oraz pola referencyjne o znanych właściwościach betonu.

12 Rys. 14. Wynik działania algorytmu ISODATA (5 klas) dla rastrowej reprezentacji intensywności odbicia po uśrednieniu wartości w oknie 7 7 oraz pola referencyjne o znanych właściwościach betonu. Rys. 15. Wynik działania algorytmu ISODATA (5 klas) dla rastrowej reprezentacji intensywności odbicia po degradacji wielkości piksela oraz pola referencyjne o znanych właściwościach betonu. Wyniki uzyskane za pomocą algorytmu ISODATA wskazują na możliwość wykorzystania technik analizy obrazowej do wydzielenia klas powierzchni betonowych o różnych właściwościach. Dość duża zgodność rezultatów klasyfikacji tą metodą z obrazem próbek referencyjnych pozwala na wysnucie takiego wniosku. W związku z tym kolejną testowaną metodą była klasyfikacja nadzorowana, w której jako wzorce klas wykorzystano próbki o znanej charakterystyce właściwości betonu. Wydzielono 5 klas betonu o różnych właściwościach (rys. 12). Charakterystyka statystyczna próbek wzorcowych zestawiona została w tabeli 2. Tab 2. Zestawienie parametrów statystycznych charakteryzujących poszczególne próbki. Próbka ref. I minimum maksimum średnia odchylenie standardowe Klasa 1 * I śr σ **

13 Klasa 2 I śr σ Klasa 3 I śr σ Klasa 4 I śr σ Klasa 5 I śr σ * Wartość średnia intensywności w oknie 7 7 ** Wartość odchylenia standardowego intensywności w oknie7 7 Analiza tabeli 2 pokazuje znaczne zróżnicowanie wartości intensywności (po filtracji uśredniającej 7 7) w poszczególnych próbkach wzorcowych, widoczna jest również duża zmienność odchylenia standardowego intensywności w oknie 7 7. Niższe wartości średnie dla obrazu odchylenia standardowego obliczonego w oknie 7 7 występują dla próbek I, II i III, zaś wyższe dla próbek IV i V. Rozkłady próbek w przypadku obrazu wartości średniej intensywności były zbliżone do rozkładu normalnego, co warunkuje prawidłowe działanie algorytmu największego prawdopodobieństwa. Przykładowy wynik klasyfikacji obrazu intensywności metodą największego prawdopodobieństwa przedstawia rysunek 16. Rys. 16. Wynik działania algorytmu klasyfikacji nadzorowanej metodą największego prawdopodobieństwa (5 klas) dla rastrowej reprezentacji intensywności odbicia po degradacji wielkości piksela oraz pola referencyjne o znanych właściwościach betonu. W kolorze czarnym przedstawiono te fragmenty powierzchni betonowej konstrukcji zapory, które nie mogą zostać przypisane do żadnej z klas ze względu na niskie prawdopodobieństwo ich przynależności do wskazanych klas). Wstępne wyniki przeprowadzonych prac badawczych wskazują na możliwość wykorzystania automatycznych technik rozpoznawania obrazów do określenia obszarów konstrukcji betonowych o podobnych właściwościach. Analogiczne analizy przeprowadzono dla pomiarów zapory z roku 2011, które zostały przeprowadzone za pomocą skanera Riegl VZ-400, pracującego

14 w zakresie bliskiej podczerwieni. Uzyskane wyniki również potwierdziły skuteczność proponowanej metodyki do określenia obszarów zapory o podobnych właściwościach. Nie mniej jednak konieczne jest przeprowadzenie dodatkowych eksperymentów, które pozwolą na jej zweryfikowanie oraz określenie wpływu różnych czynników (m.in. długości fali, w jakiej pracuje skaner, jego rozdzielczość, warunków pogodowych) na jakość uzyskiwanych wyników. 7. PODSUMOWANIE - MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA ZMIAN INTENSYWNOŚCI ODBICIA PROMIENIA LASEROWEGO DO OCENY STANU KONSTRUKCJI BETONOWEJ Autorzy pracy koncentrują się na zastosowaniu wyników pomiaru skanerem laserowym do oceny stanu zewnętrznych warstw betonu konstrukcji zapory w dwóch aspektach: oceny wilgotności oraz oceny stanu powierzchni. Zaznaczyć należy, że ze względu na powierzchniowy charakter skanowania laserowego przy zastosowaniu analizy zmian intensywności odbicia sygnału świetlnego ocenie można poddać tylko cienką zewnętrzną warstwę betonu. Wynik pomiaru skanerem pojedynczego punktu po odpowiedniej obróbce numerycznej połączeniu, orientacji skanów w układzie lokalnym obiektu oraz filtracji pod kątem tzw. błędów grubych (skaning obiektów przypadkowych np. przelatujące ptaki, rozbryzgi wody, elementy znajdujące się przed obiektem na drodze wiązki światła) odpowiada współrzędnym punktu X,Y,Z oraz I (Intensity intensywności odbicia - ilość energii promienia laserowego powracającej do urządzenia rejestrującego). Na wartość czwartej współrzędnej I wpływ mają głównie następujące czynniki: właściwości fizyczne i topografia skanowanej powierzchni, wykorzystany w instrumencie laser (długość fali), czynniki atmosferyczne (energię źródła i ewentualne jej fluktuacje można pominąć, jeśli rozpatrujemy pojedyncze skany wykonane tym samym instrumentem). Prace nad przygotowaniem odpowiedniego algorytmu oceny stanu technicznego ściany odpowietrznej zapory betonowej obejmują: dobór instrumentu geodezyjnego (skaner, tachimetr skanujący), opracowanie sposobu wyboru pól kontrolnych, sposobu wykonania pomiaru, opracowanie algorytmów filtracji wyników pomiaru (wykrywanie błędów pomiarowych, dobór punktów z chmury punktów pomierzonych skanerem do reprezentatywnej próby odpowiadającej ocenianej powierzchni) oraz dobór sposobów przeprowadzania obliczeń i analiz numerycznych, interpretacja wyników przygotowanie

15 wstępnej oceny stanu obiektu, wskazanie miejsc do kontroli szczegółowej (prace wysokościowe na sekcji zapory, wykonywane przez pracowników zewnętrznych przeszkolonych do wykonania zadania). W badaniach diagnostycznych eksploatowanych konstrukcji budowlanych należy uwzględnić niebezpieczeństwo popełnienia trudnego do oszacowania błędu w ocenie cech materiałów budowlanych. Badania wytrzymałości przy wykorzystaniu metod niszczących mogą być realizowane z wykorzystaniem ograniczonej liczby odwiertów pobranych z miejsc o zróżnicowanej jednorodności betonu. Badania nieniszczące, umożliwiają kontrolę jakości betonu w użytkowanej konstrukcji praktycznie bez ingerencji w samą konstrukcję czyli bez jej osłabienia w każdym wskazanym do kontroli obszarze. Opracowywana metoda oceny stanu betonu jest metodą nieniszczącą, prostą do zastosowania wykorzystującą dostępne instrumenty geodezyjne. Wydaje się, że wystarczy pobranie jednej próbki lub wyznaczenie pola/pól referencyjnych na obiekcie w celu porównania stanu wyznaczonych na ścianie konstrukcji powierzchni kontrolnych ze stanem powierzchni pól kontrolowanych. Jednoczesne zastosowanie badań metodami niszczącymi i nieniszczącymi (w tym skanowania laserowego) pozwoli zwiększyć dokładność i wiarygodność wykonywanych ocen stanu konstrukcji. LITERATURA 1. Jensen J.R.: Introductory Digital Image Processing - A Remote Sensing Perspective, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, second edition, Kilian W.: Współczesne metody diagnostyki masywnych konstrukcji betonowych. Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich. Polska Akademia Nauk, Nr 4/2/ Krentkowski J., Tribiłło R.: Badania wytrzymałości betonu w konstrukcjach inżynierskich z uwzględnieniem normatywów europejskich. Przegląd Budowlany 12/ Liu W., Hung CH.-CH., Kuo B.-CH., Coleman T.: An adaptive clustering algorithm based on the possibility clustering and ISODATA for multispectral image classification, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B7. Beijing, Runkiewicz L.: Ocena wytrzymałości betonu w konstrukcji za pomocą sklerometrów Schmidta. Prace Naukowe ITB, seria monografie, rok: XXXVIII. Warszawa, 1983.

16 6. Zaczek-Peplinska J., Adamek A., Popielski P.: Analiza możliwości wykorzystania wyników skanowania laserowego w technicznej kontroli zapór. Monografia Bezpieczeństwo zapór nowe wyzwania, IMGW, Warszawa, Zaczek-Peplinska J., Falaciński P.: Evaluation of possibilities to apply laser scanning for estimation of conditions of concrete. Reports on Geodesy, No. 1 (91)/2011, ss.: ; 8. Zaczek-Peplinska J., Adamek A., Gergont K.: Analysis of Possibilities to Utilise Results of Laser Scanning in Technical Inspection of Water Dams. FIG Working Week 2012, Rzym, Włochy, PN-EN : 2002 Badania betonu w konstrukcjach Część 2: Badania nieniszczące oznaczanie liczby odbicia. POSSIBILITIES TO UTILIZE VARIATIONS IN INTENSITY OF REFLECTANCE OF A LASER BEAM FOR EVALUATION OF CONDITIONS OF A CONCRETE STRUCTURE Summary Periodical surveys of concrete structures, performed within geodetic monitoring, may be implemented using laser scanners. Similarly to a tacheometer, the scanner determines spatial co-ordinates (X, Y, Z) of surveyed points, specifying the distance and angles. Besides the speed of operations, the parameter, which mostly differentiates the scanner from the tacheometer, is registration of the 4 th co-ordinate an intensity of reflectance of the returning light signal, emitted by the scanner. The analysis of recorded values of that additional, 4 th co-ordinate may be applied in diagnosis of conditions of structures. The paper presents evaluation of possibilities to utilise results of laser scanning for determination of conditions of outer surfaces of construction of a water dam variations in porosity and resistance of concrete. Results of experimental measurements - scanning of the downstream face of the Besko (Poland) water dam using various scanners - have been analysed. Results of measurements were analysed using methods and algorithms of digital image analysis, as the ISODATA algorithm, or the algorithms applied to classification of multispectral images. Dane autorów: dr inż. Janina Zaczek-Peplinska j.peplinska@gik.pw.edu.pl telefon:

17 dr hab. inż. Katarzyna Osińska-Skotak telefon: