Metodyka oceny stanu powierzchni betonowej budowli piętrzącej na podstawie analizy spektralnej wyników naziemnego skanowania laserowego

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 oraz 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 zastosowania tego typu danych radiometrycznych w Technicznej Kontroli Zapór (TKZ). W toku prac, na podstawie badań literaturowych oraz szeregu licznych eksperymentów pomiarowych opisanych w niniejszej pracy, zaproponowano wykorzystanie wyników skanowania w postaci obrazów intensywności do oceny stanu powierzchni betonu. Ważnym elementem opisanej metodyki jest proponowany sposób wyznaczania pól jednorodnych, w zakresie których można porównywać chmury punktów rejestrowane okresowo w czasie kolejnych pomiarów kontrolnych. Określenie klas zobrazowania i porównywanie ze sobą fragmentów sceny tak samo sklasyfikowanych pozwala 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 syntetycznie opisane w pracy. Zastosowanie klasyfikacji rastrowych obrazów intensywności do oceny stanu powierzchni betonowej jest rozwiązaniem unikalnym, niewykorzystywanym do tej pory w ocenie stanu technicznego konstrukcji betonowych. Ponieważ w ostatnich latach można zauważyć ogromny postęp w rozwoju technik geoinformacyjnych i pomiarowo-kontrolnych, łączących w sobie techniki terenowych metod pozyskiwania danych geoprzestrzennych, a także nowoczesne techniki przetwarzania, analizowania, zarządzania, modelowania i wizualizacji informacji o obiektach, tematyka niniejszej monografii w pełni wpisuje się w ten kierunek rozwoju geodezji inżynieryjnej. Decyzja o wyborze danej technologii pomiarowej poprzedzona jest zazwyczaj analizą efektywności osiągnięcia zamierzonego celu. Wiąże się to zwykle z dostępem do odpowiednich urządzeń pomiarowych, oprogramowania do obróbki i analizy danych, a także koniecznością uzyskania wyniku z wymaganą precyzją i dokładnością. Istotny jest także czas niezbędny 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 podczas eksploatacji). Specyfika budowli piętrzących sprawia, że obiekty te powinny być szczególnie starannie monitorowane, a pozyskiwane w czasie pomiarów kontrolnych dane wykorzystywane do oceny stanu bezpieczeństwa obiektu, do oceny jego stanu technicznego 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 istotnie wzrasta, a jednocześnie rosnące zagrożenia są lekceważone przez 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 użytkowania konstrukcja tej największej w stanie Kalifornia zapory o wysokości 235 m powinna już przejść wiele bieżących napraw konserwacyjnych oraz remont główny połączony z modernizacją. Do czasu awarii władze stanowe uważały, że stosowany do tej pory minimalny plan konserwacyjny jest zupełnie wystarczający. Już w 2005 roku ostrzegano przed czarnym scenariuszem, eksperci, delegowani przez kilka organizacji ekologicznych, a w ostatnich latach także eksperci ICOLD – Międzynarodowej Komisji Wielkich Zapór – nie zostali wysłuchani. Naziemne skanowanie laserowe umożliwia wykonywanie kompleksowych opracowań i analiz, jakie nie były dotąd dostępne dla żadnej z technik pomiarowych stosowanych w budownictwie i hydrotechnice. Pozwala ono na sporządzanie opracowań prawie dowolnego fragmentu obiektu bez konieczności wykonywania dodatkowych prac terenowych i bezpośredniego kontaktu z obiektem. Umożliwia to sposób rejestracji danych, w wyniku którego otrzymywana jest chmura punktów reprezentujących geometrię skanowanych obiektów oraz dodatkowe informacje radiometryczne w formie rejestrowanej w czasie pomiaru wartości intensywności odbicia promienia laserowego od powierzchni mierzonego obiektu. Szczególnie istotnymi zaletami metody skaningu laserowego jest szybkość rejestracji ogromnej ilości danych 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 przez ograniczenie do niezbędnego minimum prac wysokościowych wykonywanych przez pracowników, łatwość powtarzania pomiarów, ich porównywania i prezentacji wyników pod warunkiem zastosowania odpowiednich metod filtracji i analizy chmur punktów, w tym metod opisanych w tej monografii.