Metodyka oceny stanu powierzchni betonowej budowli piętrzącej na podstawie analizy spektralnej wyników naziemnego skanowania laserowego (Janina Zaczek-Peplińska)

zasadniczym celem pracy było przedstawienie wypracowanej w ciągu prawie 10 lat badań metodyki oceny stanu powierzchni masywnej konstrukcji betonowej. Bazując na wcześniejszych własnych doświadczeniach zawodowych, a także na rozpoznaniu w czasie licznych spotkań i konferencji potrzeb środowiska hydrotechnicznego, określono szczegółowy cel pracy, jakim było zbadanie podstawowych własności rejestrowanej w czasie naziemnego skanowania intensywności odbicia promienia laserowego od powierzchni betonowej, będącej częścią konstrukcji eksploatowanej budowli piętrzącej, i określenia możliwości wykorzystania tego typu informacji radiometrycznych w technicznej Kontroli Zapór (TKZ).

W toku prac, na podstawie badań literaturowych i szeregu licznych eksperymentów pomiarowych opisanych w niniejszej pracy, zaproponowano użycie wyników skanowania w postaci obrazów intensywności do oceny stanu powierzchni betonu.

Ważnym elementem opisanej metodyki jest proponowany sposób wyznaczania pól jednolitych, w zakresie których można porównywać chmury punktów rejestrowane okresowo w czasie kolejnych pomiarów kontrolnych.

Określenie klas zobrazowania i porównywanie ze sobą fragmentów sceny równie sklasyfikowanych zezwala na uzyskanie wyników np. W postaci map deformacji powierzchni obarczonych w niewielkim, zaniedbywalnym stopniu wpływami instrumentalnymi związanymi z lokalizacją stanowiska skanera względem ocenianych powierzchni.

Sposób określania klas zobrazowania i obszarów jednorodnych opisany w pracy jest własnym osiągnięciem autorki, przy czym należy zauważyć, iż klasy zobrazowania zostały określone na podstawie badań literaturowych i pomiarów doświadczanych, których wyniki zostały plastikowie opisane w pracy.

zastosowanie klasyfikacji rastrowych obrazów intensywności do oceny stanu powierzchni betonowej jest rozwiązaniem niepowtarzalnym, niewykorzystywanym do tej pory w ocenie stanu technologicznego konstrukcji betonowych.

Ponieważ w ostatnich latach można zauważyć ogromny postęp w rozwoju technik geoinformacyjnych i pomiarowo-kontrolnych, łączących w sobie techniki terenowych metod pozyskiwania informacji geoprzestrzennych, a także innowacyjne techniki przetwarzania, analizowania, zarządzania, modelowania i wizualizacji danych o obiektach, tematyka niniejszej monografii w pełni wpisuje się w ten kierunek rozwoju geodezji inżynieryjnej.

Decyzja o wyborze danej technologii pomiarowej poprzedzona jest typowo analizą efektywności osiągnięcia zamierzonego celu. Scala się to najczęściej z dostępem do odpowiednich urządzeń pomiarowych, oprogramowania do obróbki i analizy oraz koniecznością uzyskania wyniku z wymaganą precyzją i skrupulatnością.

istotny jest także czas potrzebny do wykonania danego opracowania i koszty z tym związane. Bywają także prace, w których brane są pod uwagę ograniczenia w dostępie do inwentaryzowanego obiektu, podyktowane dużą odległością, brakiem widoczności (przesłonięcia, brak oświetlenia) lub względami bezpieczeństwa (przewody pod napięciem, obiekt w trakcie eksploatacji).

Specyfika budowli piętrzących powoduje, iż obiekty te powinny być bardzo precyzyjnie monitorowane, a pozyskiwane w czasie pomiarów kontrolnych dane stosowane do oceny stanu bezpieczeństwa obiektu, do oceny jego stanu technologicznego i wspomagania decyzji dotyczących utrzymania budowli.

Oceny stanu technicznego zapór wodnych nabierają obecnie szczególnego znaczenia, gdyż większość z polskich zapór przekroczyła już okres eksploatacji, po którym zagrożenie ich bezpieczeństwa bardzo wzrasta, a równocześnie rosnące zagrożenia są lekceważone poprzez właścicieli i użytkowników obiektów.

Niestety, podobnie dzieje się na całym świecie, przykładem może być awaria zapory Oroville (Kalifornia, USA) w lutym 2017 roku. W ciągu prawie 50 lat używania budowa tej największej w stanie Kalifornia zapory o wysokości 235 m powinna już przejść mnóstwo bieżących napraw konserwacyjnych, a także remont główny połączony z modernizacją.

Do czasu awarii władze stanowe uważały,wykorzystywany do tej pory mały plan konserwacyjny jest zupełnie wystarczający. Już w 2005 roku ostrzegano przed czarnym scenariuszem, eksperci, delegowani poprzez kilka organizacji ekologicznych, a w ostatnich latach także eksperci ICOLD – Międzynarodowej Komisji sporych Zapór – nie zostali wysłuchani.

Naziemne skanowanie laserowe umożliwia realizowanie kompleksowych opracowań i analiz, jakie nie były dotąd przystępne dla żadnej z technik pomiarowych używanych w budownictwie i hydrotechnice. Pozwala ono na sporządzanie opracowań prawie dowolnego fragmentu obiektu bez konieczności wykonywania dodatkowych prac terenowych i bezpośredniego kontaktu z obiektem.

zezwala na to sposób rejestracji danych, w wyniku którego otrzymywana jest chmura punktów reprezentujących geometrię skanowanych obiektów oraz dopełniające informacje radiometryczne w formie rejestrowanej w czasie pomiaru wartości intensywności odbicia promienia laserowego od powierzchni mierzonego obiektu.

wyjątkowo znacznymi zaletami metody skaningu laserowego jest prędkość rejestracji ogromnej ilości informacji i niskie koszty realizacji pomiaru. Naziemny skaning laserowy jest metodą badawczą bezdotykową, nieinwazyjną i nieniszczącą.

Niewątpliwymi atutami naziemnego skaningu laserowego są: możliwość wykonywania analiz dla dowolnego miejsca budowli w miarę pojawiania się takich potrzeb, bezpieczeństwo pracy przy wykonywaniu oceny poprzez ograniczenie do koniecznego minimum prac wysokościowych realizowanych poprzez pracowników, łatwość powtarzania pomiarów, ich porównywania i prezentacji wyników pod warunkiem wykorzystania odpowiednich metod filtracji i analizy chmur punktów, w tym metod opisanych w tej monografii.