1 Cel, zakres i teza pracy

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica

Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska

Katedra Geodezji Inżynieryjnej i Budownictwa

Rozprawa doktorska

BEZKONTAKTOWE METODY

WYZNACZANIA PRZEMIESZCZEŃ I DEFORMACJI

ŚCIAN OPOROWYCH

mgr inż. Olga Kuras

Promotor:

dr hab. inż. Edward Preweda, prof. AGH

Promotor pomocniczy:

dr inż. Elżbieta Jasińska

Kraków 2015

1

Pragnę w szczególny sposób podziękować

Panu Profesorowi Edwardowi Prewedzie,

opiekunowi niniejszej rozprawy,

który wspierał mnie merytorycznie

w realizacji tej pracy

niczym mur oporowy wzmacniający grunt.

Dziękuję również

Pani Doktor Elżbiecie Jasińskiej

za pomoc i praktyczne uwagi.

Dziękuję Pani Profesor Alinie Wróbel

oraz Panu Profesorowi Janowi Gocałowi,

moim wcześniejszym opiekunom,

za pomoc, zaufanie

i stworzenie podwalin pracy naukowej.

Serdecznie dziękuję Panu Krzysztofowi Langemu,

Zastępcy Kierownika Wydziału ds. Budowy Autostrady A4,

Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad,

Oddziału w Krakowie,

za życzliwość i ubogacenie tej pracy

swoim wieloletnim doświadczeniem.

Autorka niniejszej pracy była stypendystką projektu „Doctus – Małopolski fundusz stypendialny dla doktorantów”,

współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

2

SPIS TREŚCI

1. Cel, zakres i teza pracy ...............................................................................................

5

2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych .......... 8

2.1. Zapobieganie osuwiskom .................................................................................. 8

2.2. Osuwiska w ustawodawstwie i projektach rządowych ..................................... 11

2.3. Rodzaje ścian oporowych .................................................................................. 12

2.4. Oddziaływania na ściany oporowe .................................................................... 17

2.5. Kategorie geotechniczne ................................................................................... 19

2.6. Monitorowanie ścian oporowych według prawa i norm ................................... 20

2.7. Awarie i zniszczenia ścian oporowych .............................................................

22

3. Współczesne techniki pomiarów dla potrzeb wyznaczania przemieszczeń ............... 28

3.1. Pomiary kontrolne jako element monitoringu przemieszczeń .......................... 28

3.2. Klasyfikacja przemieszczeń i metody ich wyznaczania ................................... 30

3.3. Naziemne skanowanie laserowe ........................................................................ 32

3.3.1. Podstawy skanowania laserowego ….................................................... 32

3.3.2. Wpływ intensywności odbicia i kąta padania wiązki dalmierczej ....... 34

3.3.3. Aspekty praktyczne pomiarów skanerowych ....................................... 35

3.3.4. Skanowanie w wyznaczaniu przemieszczeń ........................................ 37

3.4. Naziemna interferometria radarowa .................................................................. 40

3.4.1. Elementy technik radarowych .............................................................. 40

3.4.2. Podstawy działania systemu IBIS ......................................................... 42

3.4.3. Charakterystyka sygnału i anten systemu IBIS .................................... 44

3.4.4. System IBIS w wyznaczaniu przemieszczeń ........................................ 46

3.4. Pomiary ścian oporowych w literaturze ............................................................

48

4. Pomiar klasyczny ścian oporowych ............................................................................ 51

4.1. Obiekt testowy ................................................................................................... 51

4.1.1. Opis obiektu .......................................................................................... 51

4.1.2. Przebieg pomiaru .................................................................................. 52

4.1.3. Przemieszczenia punktów mierzonych klasycznie ............................... 56

4.1.4. Wyznaczenie przemieszczeń i obrotów bloków ................................... 61

4.1.5. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej .................................................. 63

4.2. Obiekt wdrożeniowy ......................................................................................... 65

4.2.1. Opis obiektu .......................................................................................... 65

4.2.2. Przebieg pomiaru .................................................................................. 68

4.2.3. Pomiar i badanie stałości punktów sieci ............................................... 72

4.2.4. Przemieszczenia punktów mierzonych klasycznie ............................... 78

4.2.5. Wyznaczenie przemieszczeń i obrotów bloków ................................... 84

4.2.6. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej ..................................................

87

5. Zastosowanie skanowania laserowego do pomiaru ścian oporowych ........................ 89

5.1. Przebieg pomiaru ............................................................................................... 89

5.2. Łączenie chmur punktów .................................................................................. 91

5.3. Analiza dokładności naziemnego skanowania laserowego ............................... 92

5.4. Porównanie chmur punktów .............................................................................. 95

5.4.1. Podstawy teoretyczne ........................................................................... 95

3

5.4.2. Dobór rozmiaru siatki grid ................................................................... 97

5.4.3. Porównanie chmur obiektu testowego .................................................. 99

5.4.4. Porównanie chmur obiektu wdrożeniowego ........................................ 102

5.5. Znaczenie gęstego skanowania i zmiany koloru powierzchni .......................... 107

5.6. Analiza tworzenia siatki TIN w programach Cyclone i CloudCompare …...... 108

5.7. Przekroje przez obiekt ....................................................................................... 111

5.7.1. Zastosowanie średniej kroczącej .......................................................... 111

5.7.2. Przekroje przez obiekt testowy ............................................................. 112

5.7.3. Przekroje przez obiekt wdrożeniowy ....................................................

114

6. Zastosowanie systemu IBIS-L do pomiaru ścian oporowych ……............................. 116

6.1 Dobór stanowiska obserwacyjnego ................................................................... 116

6.2. Precyzyjne odtworzenie stanowiska radaru ...................................................... 119

6.3. Wykonanie obserwacji radarowych .................................................................. 120

6.4. Selekcja pikseli .................................................................................................. 124

6.5. Analiza składowych obserwowanego przemieszczenia .................................... 126

6.6. Wyznaczenie przemieszczeń ściany .................................................................. 127

6.7. Ograniczenie liczby pikseli ............................................................................... 130

7. Podsumowanie i wnioski ............................................................................................

132

Bibliografia ........................................................................................................................

138

Spis rysunków ...................................................................................................................

145

Spis tabel ...........................................................................................................................

149

Spis załączników ...............................................................................................................

149

Załączniki .......................................................................................................................... 150

4

WYKAZ AKRONIMÓW

ALS Airborne Laser Scanning, lotnicze skanowanie laserowe

ATR automatic target recognition, system automatycznego celowania na reflektor

CDoT California Department of Transportation CW continuous wave, fala ciągła

DFT discrete Fourier transform, dyskretna transformata Fouriera

D-InSAR differential InSAR, różnicowy InSAR

ETSI European Telecommunications Standards Institute, Europejski Instytut Norm

Telekomunikacyjnych

FFT fast Fourier transform, szybka transformata Fouriera

GBSAR ground-based SAR, naziemny SAR

GLAS Geoscience Laser Altimeter System (nazwa systemu)

GNSS Global Navigation Satellite System, Globalny Sateliarny System Nawigacyjny

GPR ground penetrating radar, radar do sondowań podpowierzchniowych

GPS Global Positioning System, Globalny System Pozycjonowania

HPBW half power beam width, kąt połowy mocy

IBIS Image by Interferometric Survey (nazwa systemu)

ICESat Ice, Cloud and Land Elevation (nazwa systemu)

IDFT inverse DFT, odwrotna DFT

InSAR (IfSAR) interferometric SAR, interferometria SAR

ITB Instytut Techniki Budowlanej

ISOK Informatyczny System Osłony Kraju

LiDAR Light Detection and Ranging, pozycjonowanie za pomocą światła widzialnego

LVDT linear variable differential transformer, transforamtorowy czujnik przemieszczeń

liniowych

MTLS Mobile Terrestrial Laser Scanning, mobilne naziemne skanowanie laserowe

MSE Mechanically Stabilized Earth, grunt stbilizowany mechanicznie

NMT Numeryczny Model Terenu

PIG-PIB Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy

OTPBW one-tenth half power beam width, kąt 10% mocy

PN Polska Norma

SAR synthetic aperture radar, radar z aperturą syntetyzowaną

SFCW stepped frequency continuous wave, fala ciągła o skokowo modulowanej

częstotliwości

SNR signal-to-noise power ratio, stosunek mocy sygnału do szumu

SOPO System Osłony Przeciwosuwiskowej

SLS Satellite Laser Scanning, satelitarne skanowanie laserwe

STLS Stationary Terrestrial Laser Scanning, stacjonarne naziemne skanowanie la-

serowe

TIN Triangulated Irregular Network

TLS Terrestrial Laser Scanning, naziemne skanowanie laserowe

TOF time of flight, czas przebiegu

UAS Unmanned Aerial Systems, bezzałogowy system latający

5

1 Cel, zakres i teza pracy

Konstrukcje oporowe zapewniają bezpieczeństwo ludzi i mają kluczowe znaczenie w za-

pewnieniu stabilności gruntu. Szczególnie na południu Polski, gdzie teren górzysty z nieko-

rzystnymi formacjami geologicznymi, np. fliszem karpackim, sprzyja powstawaniu osuwisk

ziemnych, są one wyjątkowo istotne. Ściany oporowe stosowane są najczęściej w dwóch sy-

tuacjach. Pierwszą z nich jest zabezpieczenie użytkowników dróg, zwłaszcza krajowych,

przed osunięciem się ziemi znad lub spod jezdni. Drugą jest ochrona przed osunięciem bu-

dynków posadowionych na zabudowanych zboczach. Akty prawne, normy techniczne oraz

przykłady awarii i katastrof ścian oporowych, jakie miały miejsce w przeszłości, wskazują na

konieczność pomiaru i kontroli tych obiektów.

Kształt i wielkość konstrukcji oporowych oraz ich lokalizacja w pobliżu często ruchli-

wych dróg, sprawiają, że ich pomiar klasycznymi metodami geodezyjnymi jest trudny i cza-

sochłonny. Niekorzystna geometria sieci obserwacyjnej, wymuszona trudnymi warunkami

terenowymi, negatywnie wpływa na dokładność pomiarów. Ponadto dyskretny charakter ob-

serwacji klasycznych ogranicza informacje o zachowaniu obiektu oraz o powstawaniu lokal-

nych odkształceń. Pozyskanie większej ilości danych wymaga większej liczby mierzonych

punktów, co znacząco wydłuża czas pomiaru klasycznego. Wobec powyższego postanowiono

poszukać nowych rozwiązań pomiarowych, dostępnych dzięki rozwojowi nowoczesnych

technologii.

Naziemne skanowanie laserowe jest dynamicznie rozwijaną techniką pomiarową, znajdu-

jącą coraz szersze zastosowanie również w badaniach przemieszczeń. Według producentów

sprzętu pomiarowego, dzięki wykorzystaniu najlepszych dalmierzy bezreflektorowych, moż-

liwy jest pomiar współrzędnych chmur punktów z niepewnością rzędu 2÷3 mm. Duża liczba

punktów umożliwia dokładną aproksymację skanowanych powierzchni, a powtarzanie pomia-

rów pozwala analizować zmiany w ich kształcie oraz położeniu. Natomiast naziemna interfe-

rometria radarowa jest nowoczesną techniką pomiarową, która została wykorzystana np.

w urządzeniu IBIS-L produkcji włoskiej firmy IDS. Głównym przeznaczeniem tej wersji sys-

temu IBIS jest pomiar przemieszczeń obiektów wielkopowierzchniowych, takich jak osuwi-

ska skalne czy zapory wodne. Niepewność wyznaczenia przemieszczeń, określona na pozio-

mie 0,1 mm, umożliwia wychwycenie niewielkich ruchów obserwowanych powierzchni.

Można powiedzieć, że geodezja jest sztuką – sztuką wyboru odpowiedniej metody pomia-

rowej, właściwego sprzętu oraz odpowiedzialnego zespołu, który zrealizuje prace pomiarowe

i ich opracowanie z należytą starannością. Celem niniejszej rozprawy jest sprawdzenie uży-

teczności nowoczesnych, bezinwazyjnych technik pomiarowych w kontroli geometrii kon-

strukcji oporowych. Nowoczesne techniki, takie jak naziemne skanowanie laserowe oraz na-

ziemna interferometria radarowa, umożliwiają wykonanie stosunkowo szybkiego pomiaru

z wysoką dokładnością. Cel niniejszej rozprawy został zrealizowany poprzez zweryfikowanie

dokładności wspomnianych technik na drodze porównania wyników pomiarów konstrukcji

oporowych, otrzymanych przy użyciu nowoczesnych instrumentów, z wynikami precyzyj-

nych pomiarów geodezyjnych.

1. Cel, zakres i teza pracy

6

Praca składa się z siedmiu rozdziałów. Pierwszy z nich stanowi wprowadzenie definiujące

cel, zakres i tezę pracy.

Rozdział drugi niniejszej pracy jest poświęcony znaczeniu ścian oporowych oraz pomia-

rom przemieszczeń w kontroli ich geometrii. Mury oporowe stanowią mechaniczne wzmoc-

nienie zboczy i zapobiegają powstawaniu osuwisk albo unieruchamiają osuwiska będące

w ruchu. Skutki aktywności osuwisk mają duże znaczenie dla gospodarki kraju, dlatego ich

zabezpieczanie jest istotnym zagadnieniem. Różne rodzaje ścian oporowych stosuje się od-

powiednio do warunków geologicznych. Wprowadzane w Polsce normy europejskie, szcze-

gólnie Eurokod 7, a także polskie ustawodawstwo wskazują na istotną rolę pomiarów prze-

mieszczeń w kontroli ścian oporowych. Również uszkodzenia i awarie tych obiektów pokazu-

ją, że powinny być one monitorowane w trakcie budowy i eksploatacji.

Tematem trzeciego rozdziału są współczesne techniki pomiarów przemieszczeń. W roz-

dziale zdefiniowano pojęcie pomiarów przemieszczeń, a także przemieszczeń względnych

i bezwzględnych. Przedstawiono różnice pomiędzy pomiarami kontrolnymi a monitoringiem

oraz omówiono zagadnienie monitoringu geotechnicznego i metrologicznego. Ponadto zapre-

zentowano przykłady pomiarów ścian oporowych znane z literatury. Istotną część rozdziału

poświęcono omówieniu metod pomiarowych, które zostały zastosowane w badaniach, z wy-

różnieniem metody naziemnego skanowania laserowego oraz naziemnej interferometrii rada-

rowej. Opisano sprzęt użyty w pracach terenowych: precyzyjne instrumenty geodezyjne, ska-

ner laserowy oraz naziemny radar interferometryczny, ze zwróceniem uwagi na ich możliwo-

ści istotne z punktu widzenia obserwacji ścian oporowych.

Rozdział czwarty opisuje klasyczny pomiar geodezyjny ścian oporowych wykonany

w ramach badań. Pomiarami objęto dwa mury oporowe. Pierwszy z nich (Mce), niewielka

ściana oporowa, był obiektem testowym. Drugi to zespół ścian oporowych (Lub), na którym

wdrażano opracowaną metodykę pomiarową. Pomiary klasyczne obu obiektów wykonano

metodą wcięć kątowych w przód. Na potrzeby pomiaru, dla każdego obiektu założono lokalną

sieć pomiarową, której punkty stanowiły bazy do wcięć. Oprócz tego wykonano niwelację

reperów znajdujących się na obiektach. Na podstawie wyników pomiarów wyznaczono prze-

mieszczenia pionowe i poziome punktów w kolejnych epokach pomiarowych.

W rozdziale piątym opisano wykonane w ramach pracy pomiary z wykorzystaniem na-

ziemnego skanera laserowego oraz opracowanie wyników pozyskanych tą techniką. Zwróco-

no uwagę na odpowiednie planowanie stanowisk skanera oraz geometrię rozmieszczenia tarcz

służących do łączenia chmur punktów z różnych stanowisk, istotne dla uzyskania jak najwyż-

szej dokładności położenia punktów. Kluczową część piątego rozdziału stanowi empiryczna

ocena dokładności danych pozyskanych naziemnym skanerem laserowym. Analizę wykonano

wyznaczając odległości punktów pomierzonych klasycznie od płaszczyzn wpasowanych

w odpowiadające im fragmenty chmur punktów ze skanowania. W rozdziale przedstawiono

również możliwość porównania chmur punktów z różnych pomiarów tego samego obiektu.

Przedstawiono zalety zastosowania obiektów typu grid w opracowaniu danych z naziemnego

skanowania laserowego oraz problematykę tworzenia wiarygodnych przekrojów.

Możliwość wykorzystania naziemnej interferometrii radarowej do pomiaru ścian oporo-

wych przedstawiono w rozdziale szóstym. Ze względu na przeznaczenie systemu IBIS-L do

pomiaru przemieszczeń obiektów wielkopowierzchniowych z wysoką dokładnością, spraw-

dzono wykorzystanie tego urządzenia w pomiarach ścian oporowych obiektu Lub. Z powodu

ukształtowania terenu oraz lokalizacji ścian w pasie drogowym trwała stabilizacja stanowiska

radaru była niemożliwa. Dlatego w pomiarze powtórnym zastosowano przybliżone ustawienie

radaru względem lokalizacji pierwotnego stanowiska. Wykorzystując metody geodezyjne

wyznaczono przemieszczenie stanowiska radaru, które uwzględniono w obliczeniach. W roz-

1. Cel, zakres i teza pracy

7

dziale opisano metodykę wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych przy użyciu systemu

IBIS-L oraz opracowanie wyników pomiarów z uwzględnieniem niestałości stanowiska rada-

ru.

Rozdział siódmy stanowi zbiorcze podsumowanie wyników pomiarów przemieszczeń

obiektów Mce i Lub, a także wnioski, wyciągnięte na podstawie badań doświadczalnych i ich

opracowania, ze wskazaniem zalet i wad zastosowanych technik pomiarowych i ich ograni-

czeń, występujących podczas obserwacji ścian oporowych.

Badania przedstawione w niniejszej pracy oraz analiza wyników mają na celu uzasadnie-

nie następujących tez badawczych:

Techniki naziemnego skanowania laserowego i naziemnej interferometrii rada-

rowej, dzięki wysokiej dokładności i rozdzielczości pomiaru, pozwalają na pozy-

skanie istotnych danych do badania przemieszczeń i odkształceń ścian oporowych.

Dla uzyskania wiarygodnych wyników wartości przemieszczeń i odkształceń

ścian oporowych, pozyskanych technikami skanowania laserowego i interferometrii

radarowej, niezbędne jest precyzyjne wyznaczenie położenia stanowisk obserwa-

cyjnych przy zastosowaniu klasycznych metod geodezyjnych.

8

2 Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń

ścian oporowych

2.1. ZAPOBIEGANIE OSUWISKOM

Warunkiem bezpiecznej eksploatacji każdego obiektu inżynierskiego jest stabilność pod-

łoża gruntowego. Niewielkie przemieszczenia są zagrożeniem dla konstrukcji, a kilkucenty-

metrowe mogą spowodować katastrofę. Dlatego „osuwiska należą do najniebezpieczniejszych

zjawisk geotechnicznych. Zagadnienie osuwisk jest związane ze statecznością zboczy, skarp

i konstrukcji geotechnicznych” (Wolski, 2001).

Osuwiska, a szczególnie skutki ich aktywności, mają duże znaczenie dla gospodarki, bu-

downictwa i użytkowania obszaru naszego kraju. Powodują szkody w drzewostanie, rolnic-

twie, na liniach komunikacyjnych i mogą zagrażać zbiornikom wodnym (Bzówka i in., 2012).

Jednym z głównych rejonów osuwiskowych naszego kraju jest rejon karpacki. Budowa Kar-

pat fliszowych (naprzemianległość skał piaskowcowych i łupkowych) stwarza sprzyjające

warunki do powstawania osuwisk. Praktycznie każda budowla liniowa w Karpatach przecho-

dzi przez tereny osuwiskowe (Kleczkowski, 1955; Książkiewicz, 1959).

Osuwiska należą do zjawisk ruchu mas skalnych. Kleczkowski (1955) wyróżnia cztery za-

sadnicze grupy tych ruchów:

ruchy tektoniczne,

trzęsienia ziemi,

osuwiska,

osiadania.

W literaturze geologicznej można znaleźć inne podziały powyższych zjawisk, w których np.

osuwiska i osiadania tworzą jedną grupę ruchów. Przytoczenie powyższego podziału jest uza-

sadnione ze względu na jego przejrzystość dla specjalistów z innych dziedzin niż geologia.

Drugim atutem tego podziału jest rozróżnienie osuwisk i osiadań jako różnych od siebie zja-

wisk, co jest znaczące dla specjalistów z zakresu geodezji inżynieryjno-przemysłowej.

Termin osuwisko ma szerokie znaczenie i obejmuje zróżnicowane ruchy mas skalnych na

terenie zboczy, stoków i skarp. W terminologii geotechnicznej zbocza to powierzchnie nachy-

lone pod pewnym kątem do poziomu, wymodelowane przez procesy geomorfologiczne. Te

same powierzchnie w terminologii geologicznej określa się stokami (Glazer i Malinowski,

1991). Skarpy natomiast to powierzchnie nachylone będące wynikiem pracy człowieka.

W danym momencie zbocze może być nieruchome albo poruszać się ku dołowi. Aby było

ono nieruchome, musi się znajdować w stanie naprężeń. Wtedy wypadkowa sił przeciwdziała-

jących ruchowi jest większa niż wypadkowa sił, które mogłyby wywołać ruch masy tworzącej

zbocze (Kowalski, 1988).

Ocena stateczności zbocza w danym momencie i w danych warunkach wymaga określenia

wszystkich sił, które mogą wywołać ruch oraz wszystkich sił, które mogą przeciwdziałać te-

mu ruchowi. Aby móc je wyznaczyć, należy podczas badań inżyniersko-geologicznych ozna-

czyć:

2. Znaczenie kontroli geometrii i wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych

9

kąt nachylenia zbocza (lub kąty każdej z płaszczyzn, jeśli zbocze jest załamane),

ciężar objętościowy gruntu tworzącego zbocze,

spadek hydrauliczny oraz ciężar właściwy wody, jeśli grunty znajdują się pod po-

wierzchnią przepływającej wody gruntowej,

kąt tarcia wewnętrznego gruntu,

spójność gruntu w możliwej powierzchni ścięcia i poślizgu,

istnienie możliwych stref lub powierzchni o osłabionej wytrzymałości.

Obliczanie wiarygodnych warunków granicznej stateczności zbocza wymaga uwzględnie-

nia rzeczywistej budowy zbocza – jego geologii, morfologii, występowania procesów geody-

namicznych i inżyniersko-geologicznych. Zaniedbanie powyższych czynników często prowa-

dzi do wyników, które znacząco różnią się od zjawisk obserwowanych w rzeczywistości

i przewidywanych w przyszłości (Kowalski, 1988).

Na podstawie obserwacji terenowych oraz licznych badań powstało wiele klasyfikacji

osuwisk – w większości bardzo rozbudowanych. Uwzględniają one m.in. rodzaj ruchu, jego

prędkość, przemieszczany materiał, wilgotność czy zasięg. Jednak dla potrzeb geotechnicz-

nych wystarczająca jest klasyfikacja Kleczkowskiego (1955) – powszechnie stosowana

w Polsce (Glazer i Malinowski, 1991). Opracowana przez Kleczkowskiego (1955) klasyfika-

cja osuwisk wyróżnia:

spływy,

zsuwy,

obrywy.

Obszar, w którym występują osuwiska lub w którym panują warunki sprzyjające ich po-

wstawaniu, to obszar osuwiskowy. Osuwiska są zjawiskami złożonymi ze względu na swoją

genezę oraz ze względu na przebieg ruchu i jego zmiany. Rzadko występują czyste typy osu-

wisk. Najczęściej osuwiska rozpoczynają się jako jeden typ ruchu, a następnie przebiegają

w innej formie (Kleczkowski, 1955).

Aby skutecznie zapobiegać osuwiskom oraz opanowywać je w ruchu, konieczne jest po-

znanie ich przyczyn. Wiele klasyfikacji osuwisk opiera się na przyczynach powstawania ru-

chu. Kleczkowski (1955) wyróżnił dwie główne grupy czynników wywołujących osuwiska:

podstawowe i aktywne.

Do czynników (warunków) podstawowych należą:

budowa geologiczna (materiał skalny, jego ułożenie, wody gruntowe, źródła),

ukształtowanie terenu (głównie kąt nachylenia zboczy),

warunki klimatyczne (opady, wietrzenie, mróz, temperatura, nasłonecznienie).

Warunki podstawowe to te, w których osuwiska powstają i w których mogą zadziałać czynni-

ki wpływające na ruch, czyli aktywne.

Do czynników (warunków) aktywnych (bezpośrednich) należą:

woda (opadowa, powierzchniowa – płynąca i stojąca, podziemna),

zmiany temperatury, nasłonecznienia i inne czynniki klimatyczne wpływające na wie-

trzenie i budowę wewnętrzną skał,

użytkowanie gruntu (rolnicze, leśne, budowlane, szata roślinna),

zmiany nachylenia i wysokości zbocza (naturalne lub sztuczne),

obciążenia zbocza (dodatkowe obciążenia statyczne – naturalne i sztuczne),

wstrząsy (naprężenia dynamiczne – naturalne i sztuczne).

Warunki podstawowe wykazują dużą stałość, niezmienność w czasie i swoim zasięgiem

obejmują duży obszar. Czynniki aktywne są bardziej zmienne i mają charakter lokalny.


10

W ostatecznym efekcie suma sił wywołujących ruch przewyższa sumę sił oporu w zboczu

i zostaje naruszona jego stateczność (Kleczkowski, 1955).

Jak wynika z powyższej klasyfikacji, na powstawanie osuwisk składa się zespół różno-

rodnych czynników, często powiązanych ze sobą. Aby zapobiegać ich powstawaniu albo

unieruchamiać osuwiska będące w ruchu, należy przeciwdziałać przyczynom, uniemożliwia-

jąc ich działanie, dlatego metody zapobiegania osuwiskom wiążą się z przyczynami ich po-

wstawania. Kleczkowski (1955) wyróżnia kilka grup sposobów przeciwdziałania osuwiskom.

Po pierwsze osuwiskom można zapobiegać przez odpowiednie użytkowanie powierzchni

oraz eliminację dodatkowych czynników mogących wywołać ruch zbocza. Gdzie osuwiskom

może zapobiegać las, tam należy stosować zalesienie, gdzie pomocne będą uprawy odpo-

wiednich roślin utrzymujących materiał zbocza, tam należy zasadzić odpowiednią szatę ro-

ślinną. Jak podaje Glinicki (1990) na osłabionych zboczach należy w pierwszej kolejności

posadzić trawę, następnie krzewy o szerokim i głębokim zakorzenieniu, a na końcu drzewa

liściaste. Zgodnie z pierwszą grupą zapobiegania osuwiskom, na terenach osuwiskowych na-

leży unikać dodatkowego obciążenia stoku robotami inżynierskimi.

Druga grupa metod zabezpieczania osuwisk odnosi się do wody. Nie jest możliwe całko-

wite wyeliminowanie oddziaływania wody na zbocze. Jednak poprzez odpowiednie uszczel-

nienie powierzchni zbocza oraz ujęcie wód opadowych i powierzchniowych za pomocą ście-

ków, sączków czy drenaży, możliwe jest jej szybkie odprowadzenie i zminimalizowanie jej

wnikania w głąb zbocza. Podobne zabiegi ujęcia źródeł lub obniżenie poziomu wód grunto-

wych zapobiegają osuwiskom. Gdy zbocza są podcinane przez wody powierzchniowe należy

zastosować zabezpieczenia oraz umocnienia brzegów i ich regulacje.

Trzecią grupę stanowi mechaniczne wzmacnianie zboczy przez budowę murów oporo-

wych, palowanie i inne techniki budowlane (Kleczkowski, 1955).

Czwartą grupę stanowią czynności poprawiające własności mechaniczne skał tworzących

zbocze takie jak np. osuszanie, bitumizacja, cementacja, elektropetryfikacja czy mrożenie.

W literaturze można znaleźć inne podziały metod zapobiegania osuwiskom jak np. u Ko-

walskiego (1988), który wyróżnia tylko dwie grupy: bierną i czynną, oraz w Instrukcji Insty-

tutu Techniki Budowlanej (ITB) nr 424/2011, która wyróżnia trzy rodzaje zabezpieczeń: natu-

ralne, konstrukcyjne (m.in. konstrukcje oporowe masywne i ażurowe, mury kamienne, kaszy-

ce, palościanki, kotwie, gwoździe i gabiony) i geosyntetyczne.

Osuwiska stanowią skomplikowane zagadnienie geologiczne. Skuteczne zapobieganie im

wymaga dokładnego zbadania gruntów i odpowiedniego zabezpieczenia zbocza, wynikające-

go z rodzaju czynnika, który wywołuje zagrożenie osuwiskowe (Bzówka i in., 2012). Zabez-

pieczanie osuwiska jest kompleksową budowlą geotechniczną, która naprawia skutki i elimi-

nuje przyczyny (Kessler i Trzpis, 2009). Obejmuje ono konstrukcje oporowe oraz przypory,

kotwienia, iniekcje, odwodnienia, zabezpieczenia antykorozyjne itp. Według Wiłuna (2010)

osuwiska towarzyszące procesom budowlanym oraz eksploatacji budowli są najtrudniejszymi

zagadnieniami geotechnicznymi.

Ze względu na budowę geologiczną Polski, szczególnie regionu karpackiego, znaczna

część infrastruktury komunikacyjnej jest zagrożona osuwiskami i ich skutkami. Według In-

strukcji ITB nr 424/2011 90% osuwisk zaobserwowanych w Polsce występuje na tym obsza-

rze. W rejonie Karpat fliszowych występuje ponad 9000 osuwisk, a 300 z nich zagraża bezpo-

średnio obiektom budowlanym – drogom, liniom kolejowym, budynkom (Bzówka i in.,

2012). Przywołując dane podane przez Grzywacza (2009), na terenie samej Małopolski było

zarejestrowanych 91 osuwisk lub zjawisk podobnych. Na liczbę tę składało się: 39 osuwisk

aktywnych o corocznych zmianach, 24 osuwiska o małej aktywności (co kilka lat) oraz 28

osuwisk ustabilizowanych naturalnie lub sztucznie. Jedną z najniebezpieczniejszych dróg pod


11

względem osuwiskowym jest droga krajowa nr 7 (Jędrzejów – Kraków – Rabka – Chyżne –

Granica Państwa), gdzie według przywołanych danych jest zarejestrowanych 20 osuwisk,

w tym 5 aktywnych i 5 mało aktywnych. Ze względu na skalę osuwisk, która dotyka infra-

struktury komunikacyjnej, geotechnika komunikacyjna zapewnia znaczną część zabezpieczeń

terenów osuwiskowych. Drugą znaczącą grupę stanowią zabezpieczenia zboczy zabudowa-

nych.

2.2. OSUWISKA W USTAWODAWSTWIE I PROJEKTACH RZĄDOWYCH

W 2002 roku, wskutek katastrofalnych powodzi, opadów i uaktywnienia się osuwisk z lat

1997, 2000 i 2001, wprowadzono liczne zmiany w ustawach dotyczących m.in. ochrony

i zarządzania środowiskiem (Grabowski i in., 2009).

Według ustawy z dnia 18 kwietnia 2002 r. o stanie klęski żywiołowej osuwiska są katastro-

fami naturalnymi, czyli zdarzeniami związanymi z działaniem sił natury. Ich skutki mogą być

powodem wprowadzenia stanu klęski żywiołowej.

Ustawa z dnia 27 marca 2003 r. o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym oraz

ustawa z dnia 3 lutego 1995 r. o ochronie gruntów rolnych i leśnych wskazują na konieczność

rozpoznania i wskazania obszarów osuwiskowych.

O metodach, zakresie oraz częstotliwości prowadzenia obserwacji terenów, na których

występują ruchy masowe oraz terenów nimi zagrożonych, mówi rozporządzenie Ministra

Środowiska z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie informacji dotyczących ruchów masowych

ziemi. Na terenach osuwiskowych, na których ruchy mas ziemnych mogą spowodować albo

powodują bezpośrednie zagrożenie dla życia ludzi, infrastruktury komunikacyjnej lub tech-

nicznej, należy prowadzić regularne obserwacje powierzchniowe osuwiska i, w uzasadnio-

nych przypadkach, obserwacje wgłębne. Rozporządzenie określa powyższe obserwacje jako

monitoring, który powinien być prowadzony ze szczególnym wykorzystaniem metod geode-

zyjnych. Według rozporządzenia monitoring należy prowadzić dwa razy w roku: na wiosnę

(marzec-kwiecień) oraz na jesień (wrzesień-październik), oraz dodatkowo po wystąpieniu

ekstremalnych zjawisk przyrodniczych, które mogą wywołać ruchy masowe.

Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska czyni starostów odpowie-

dzialnymi za prowadzenie rejestrów obszarów osuwiskowych. Starostowie są jednym z od-

biorców wyników projektu SOPO (System Osłony Przeciwosuwiskowej).

W 2004 roku, w ramach umowy finansowej z Europejskim Bankiem Inwestycyjnym po-

wstał projekt, który finansował likwidację skutków osuwisk i zapobieganie ich występowania

– Osłona Przeciwosuwiskowa. Projekt składa się z dwóch komponentów:

komponentu A obejmującego działania z zakresu likwidacji skutków osuwisk,

komponentu B obejmującego opracowanie map osuwisk oraz założenie systemu moni-

toringu na wybranych osuwiskach (Grabowski i in., 2009).

SOPO jest projektem ogólnokrajowym, którego realizacja jest planowana w trzech eta-

pach. Ostatni etap ma się zakończyć w 2022 roku. Poszczególne etapy obejmują prace od

lokalizacji osuwisk, poprzez ich kartowanie i monitorowanie. Duża część projektu SOPO jest

nastawiona na obszar karpacki jako szczególnie narażony na osuwiska [I1].

Podstawowym celem projektu SOPO jest opracowanie najbardziej skutecznej metodyki

zarządzania zagrożeniami związanymi z ruchami masowymi w Polsce. Ma on być osiągnięty

przez rozpoznanie i udokumentowanie osuwisk oraz terenów potencjalnie osuwiskowych oraz

założenie na wybranych osuwiskach monitoringu wgłębnego i powierzchniowego. Zbierane

i przetwarzane dane są następnie udostępnianie administracji publicznej. Projekt SOPO jest


12

obecnie jednym z najważniejszych projektów geologicznych realizowanych w Ministerstwie

Środowiska, a jego wyniki mają ograniczyć szkody i zniszczenia wywołane rozwojem osu-

wisk. Dane dotyczące Projektu SOPO znajdują się w witrynie internetowej prowadzonej

przez PIG-PIB (Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy) [I2].

W ramach Projektu SOPO została wydana „Instrukcja opracowania Mapy osuwisk i tere-

nów zagrożonych ruchami masowymi w skali 1:10 000”. W instrukcji jest mowa m.in. o mo-

nitoringu osuwisk, który jest integralną częścią SOPO.

Przyjęty w instrukcji monitoring prowadzi się wybranymi metodami z częstotliwością

i w zakresie dostosowanymi indywidualnie do wybranego osuwiska, ale zgodnie z rozporzą-

dzeniem Ministra Środowiska z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie informacji dotyczących

ruchów masowych ziemi. Obserwacje wykonuje się również na osuwiskach, które objęto pra-

cami stabilizacyjnymi i zabezpieczającymi w celu sprawdzenia ich skuteczności. Wraz z roz-

wojem technologii dopuszcza się użycie innych metod pomiaru niż te proponowane w in-

strukcji pod warunkiem, że ich koszt będzie porównywalny.

W ramach monitoringu powierzchniowego instrukcja proponuje pomiar siatki punktów

klasycznymi metodami geodezyjnymi lub techniką statyczną GPS. Projekt pomiaru może

również przewidywać stabilizację punktów na elementach konstrukcji geoinżynierskich, jeśli

monitorowany obiekt jest już zabezpieczony. Instrukcja sugeruje, aby pomiary w ramach mo-

nitoringu powierzchniowego były wykonywane trzy razy do roku.

Monitoring wgłębny powinien obejmować pomiary inklinometryczne wykonywane nie

rzadziej niż dwa razy w roku.

Na uwagę zasługuje również prowadzony na szeroką skalę projekt ISOK – Informatyczny

System Osłony Kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami [I1, I3]. Zostanie on omówiony

w rozdziale 5 niniejszej pracy, przy tematyce skanowania laserowego.

2.3. RODZAJE ŚCIAN OPOROWYCH

Zgodnie z normą PN-B-03010:1983 ściany oporowe to „budowle utrzymujące w stanie

statecznym uskok naziomu gruntów rodzimych lub nasypowych albo innych materiałów roz-

drobnionych, które można scharakteryzować parametrami geotechnicznymi (γ – ciężar obję-

tościowy gruntu, Φ – kąt tarcia wewnętrznego gruntu, c – spójność gruntu)”. Można powie-

dzieć, że zadaniem ścian oporowych jest podtrzymywanie znajdującego się za nimi gruntu lub

innego materiału oraz zapewnienie jego równowagi (Dembicki i in., 1988). Pojęcia ściany

oporowej i muru oporowego są stosowanie zamiennie.

Mury oporowe zabezpieczają stateczność skarp i stoków. Stosuje się je również do budo-

wy: przyczółków mostowych i kolejowych, ścian składów materiałów sypkich, ścian śluz

oraz nabrzeży zbiorników wodnych (Pisarczyk, 2012). Przykład zabezpieczenia stateczności

stoku za pomocą ściany oporowej jest przedstawiony na rysunku 2.1.

W literaturze występuje wiele podziałów ścian oporowych. Jako przykładowy można po-

dać podział Pisarczyka (2012) ze względu na jego aktualność i jasne kryteria podziału. Zgod-

nie z nim, ze względu na konstrukcję wyróżnia się mury:

masywne (ciężkie),

lekkie (kątowe),

płytowo-kątowe,

płytowo-żebrowe,

z gruntu zbrojonego,

z gabionów.


13

1 – dawna masa osuwiska,

2 – powierzchnia poślizgu,

3 – grunt nienaruszony,

4 – wypełnienie pachwiny gruntem

filtrującym,

5 – drenaż,

6 – warstw nieprzepuszczalna,

7 – usunięty grunt dawnego osuwiska,

8 – wylot drenażowy

Rys. 2.1. Zabezpieczenie podstawy stoku za pomocą muru oporowego (Pisarczyk, 2012)

Rossiński i in. (1976) oraz Dembicki i in. (1988) dokonują podziału ścian oporowych, za-

leżnego od konstrukcji, na dwie grupy:

ściany masywne: kamienne, betonowe, blokowe, skrzyniowe,

ściany lekkie: wspornikowe, kątowe z płytami kotwiącymi, oczepowe kotwione za

pomocą ściągów, łupinowe, palisadowe, kaszycowe, płytowe itp.

Ci sami autorzy ścianki szczelne i szczelinowe charakteryzują jako, co prawda odrębny,

ale jednak jeden z rodzajów ścian oporowych. Dlatego przyjmując ich nomenklaturę, w ni-

niejszej pracy termin ścian oporowych obejmuje również ścianki szczelne i szczelinowe.

Masywne mury oporowe to ściany o dużej szerokości przekroju poprzecznego, które prze-

ciwstawiają się parciu gruntu (lub innego materiału) swoim ciężarem i tarciem podstawy mu-

ru o podłoże (Pisarczyk, 2012). Ściany oporowe masywne są wykonywane przeważnie z be-

tonu lub z kamienia (naturalnego lub sztucznego) na zaprawie cementowej albo cementowo-

wapiennej (Cios i Garwacka-Piórkowska, 2008). Przykładowe przekroje ścian oporowych

masywnych przedstawiono na rysunku 2.2.

Rys. 2.2. Przykłady typowych murów oporowych masywnych (Pisarczyk, 2012)

W przypadku gdy wysoka ściana muru jest bardzo obciążona parciem gruntu, konieczne

może być zastosowanie wspornika lub płyt (jednej lub więcej) odciążających (rys. 2.3). Płyta

odciążająca zwiększa stateczność muru oraz wywołuje dodatkową siłę skupiającą i odwrotnie

skierowany moment zginający w ścianie, powiększając w ten sposób naprężenia ściskające na

krawędzi od strony gruntu (Pisarczyk, 2012).

Rys. 2.3. Przykłady murów oporowych masywnych z elementami odciążającymi (Pisarczyk, 2012)

Ściany oporowe płytowo-kątowe mają dwa zasadnicze elementy: ścianę pionową (czasami

odchyloną od pionu) i płytę fundamentową poziomą lub nachyloną (rys. 2.4). Oba elementy

są połączone ze sobą sztywno na kształt litery L. Mury płytowo-kątowe są wykonywane jako


14

elementy żelbetowe monolityczne lub prefabrykowane (Pisarczyk, 2012; Rossiński i in.,

1976).

Rys. 2.4. Przykłady murów oporowych płytowo-kątowych. (Pisarczyk, 2012)

Istotnym czynnikiem wpływającym na stateczność muru płytowo-kątowego jest ciężar

muru i ciężar gruntu leżącego na płycie poziomej (lub nachylonej). Zgodnie z rysunkiem 2.6

przekroje pionowe ścian kątowo-płytowych są różnorodne. Płyta fundamentowa, pozioma lub

pochylona, może być wysunięta przed lico ściany pionowej, co polepsza stateczność muru na

obrót. Dzięki pochyleniu płyty i zastosowaniu pod nią ostróg (zaczepów) zmniejsza się moż-

liwość przesunięcia muru.

Mury płytowo-żebrowe, zwane też ścianami zastrzałowymi, są odmianą murów kątowych.

Oprócz ściany pionowej i płyty fundamentowej mają żebra usztywniające (zastrzały usztyw-

niające). Pionowe żebra usztywniające mają kształt trójkątny i są umieszczone od tyłu ściany

pionowej, łącząc ją dodatkowo z płytą fundamentową w sztywną całość (Pisarczyk, 2012).

Mury płytowo-żebrowe charakteryzują się większą sztywnością niż ściany płytowo-

kątowe i są mniej odkształcalne. Mogą również mieć większą wysokość (powyżej 6 m). Ścia-

ny zastrzałowe wykonuje się z żelbetu i mogą być monolityczne lub prefabrykowane (Pisar-

czyk, 2012; Rossiński i in., 1976).

Ściana oporowa z gruntu zbrojonego to masyw utworzony przez połączenie gruntu

i warstw zbrojenia przenoszących siły rozciągające. Aktualnie obowiązująca norma PN-EN

14475:2006 szczegółowo omawia grunt zbrojony. Stalowe, żebrowane, ocynkowane taśmy

zbrojeniowe są umieszczone wewnątrz nasypu (lub zasypki) w regularnych odstępach. Tak

zbrojony nasyp, dzięki sprężeniu gruntu, staje się konstrukcją samonośną. W gruncie zbrojo-

nym współpraca materiału nasypowego i zbrojenia zapewnia gruntowi wytrzymałość na roz-

ciąganie, a budowli ziemnej – odporność na nierównomierne osiadania, które mają szczególne

znaczenie dla budowli liniowych (Instrukcja ITB nr 424/2011). Klasyczny grunt zbrojony

przedstawiono na rysunku 2.5. Wykończenie całego bloku zbrojeniowego stanowi lekka

okładzina z kształtowników metalowych lub prefabrykowanych elementów betonowych

(Pisarczyk, 2012).

Rys. 2.5. Klasyczny grunt zbrojony (Pisarczyk, 2012)

Jednym z typów ścian oporowych są mury oporowe z gabionów, czyli prostopadłościen-

nych koszy, wykonanych z podwójnie skręconej siatki napełnionej kamieniami lub tłuczniem


15

(rys. 2.6). Gabiony wykonuje się z siatki stalowej ocynkowanej lub ocynkowanej i dodatkowo

pokrytej PCW. Często gabiony mają pośrednie ścianki działowe, które wzmacniają konstruk-

cje i ułatwiają montaż. Mury wykonane z gabionów są samoodwadniające i zazieleniane

(Pisarczyk, 2012). Zaletą konstrukcji gabionowych jest duża podatność na odkształcenia (In-

strukcja ITB nr 424/2011). Mają one zdolność przenoszenia nierównomiernych osiadań (rzę-

du kilku centymetrów) bez widocznych oznak uszkodzeń lub spękań.

Rys. 2.6. Ustawianie gabionów przy skarpie (Pisarczyk, 2012)

Według PN-EN 12063:2001 ścianki szczelne to ścianki ciągłe składające się z brusów

(podłużnych elementów). Elementy ścianek szczelnych pracują jako płyty pionowe poddawa-

ne głównie siłom poziomym – parciu gruntu i wody – oraz rzadziej siłom pionowym (Rossiń-

ski i in., 1976; Dembicki i in., 1988; Pisarczyk, 2012). Rolę ścianek szczelnych tłumaczy ich

nazwa. Najczęściej stosuje się je jako ogrodzenia, które mają zabezpieczyć odpowiednią prze-

strzeń przed przedostaniem się do niej wody (lub innej substancji). Taka rola wymaga wo-

doszczelności, którą osiąga się poprzez łączenie poszczególnych elementów na zamki. Często

też ścianki szczelne podtrzymują grunt, wówczas ich wodoszczelność ma mniejsze znaczenie.

Ścianki szczelne ze względu na przeznaczenie mogą być:

prowizoryczne, gdy są elementami pomocniczymi przy wykonywaniu wykopów i ro-

bót fundamentowych, po których są usuwane,

stałe, gdy stanowią część konstrukcyjną fundamentu albo element stałej budowli

(Pisarczyk, 2012).

Ściany szczelinowe to betonowe i żelbetowe konstrukcje oporowe lub elementy konstruk-

cyjne posadowienia, wykonywane w głębokich, wąskich wykopach (szczelinach) głębionych

pod osłoną cieczy stabilizujących – zawiesin bentonitowych, roztworów polimerowych, za-

wiesin twardniejących. Ściany szczelinowe dzieli się na monolityczne, prefabrykowane i mie-

szane. Ściany szczelinowe szczegółowo omawia norma PN-EN 1538:2010.

Grubość ścian szczelinowych jest mała, więc ich sztywność jest nieduża, dlatego często

konieczne jest wprowadzanie dodatkowych elementów zapewniających stateczność ścian.

Szczególnie ma to znaczenie w trakcie wykonywania wykopu, kiedy grunt napiera już na

ścianę, a nie ma jeszcze gotowej stałej konstrukcji. Aby zapewnić stateczność ściany, można

zastosować zastrzały z bali drewnianych (Dembicki, 1988). Nowe możliwości stosowania

ścian szczelinowych jako podziemnych ścian konstrukcyjnych dało wynalezienie kotew grun-

towych (iniekcyjnych).

Specjalnym rodzajem ścian szczelinowych są ściany szczelinowe oporowe o zwiększo-

nym wskaźniku wytrzymałości.

Według PN-EN 1537:2013 kotwa gruntowa to konstrukcja przekazująca siły rozciągające

na nośną warstwę gruntu. Pierwszy raz kotwy gruntowe zostały zastosowane w latach 50. XX

wieku. Obecnie ta technika jest powszechnie stosowana i udoskonalana. Kotwy gruntowe


16

stosuje się do zabezpieczania stateczności: fundamentów, budowli, zapór betonowych, murów

oporowych, ścian wykopów, stromych skarp i zboczy (Pisarczyk, 2012).

Ze względu na czas użytkowania kotwy mogą być tymczasowe (do 2 lat) lub trwałe (po-

wyżej 2 lat). Mogą działać w kierunku poziomym lub ukośnym. Ze względu na konstrukcję

wyróżnia się cięgna składające się z pojedynczego pręta lub wielu prętów (lub splotów lin)

oraz buławy rozciąganej lub ściskanej. W kotwie z buławą rozciąganą cięgno przekazuje na

nią siły poprzez przyczepność do betonu wzdłuż buławy. Powstałe w ten sposób naprężenia

rozciągające wywołują poprzeczne spękania zaczynu, co może wywołać korozję cięgna (Pi-

sarczyk, 2012). W kotwach z buławą ściskaną siła jest przekazywana z cięgna na buławę od

jej końca przez płytę lub rurę. Materiał buławy ulega ściskaniu, dzięki czemu nie występują

spękania i nie ma ryzyka korozji cięgna.

Istotny jest podział kotew ze względu na ich pracę. Rozróżnia się kotwy czynne (wstępnie

sprężone) oraz kotwy bierne (bez wstępnego naprężenia). Kotwy bierne są nazywane również

gwoździami gruntowymi lub mikropalami. Kotwy gruntowe czynne szczegółowo omawia

norma PN-EN 1537:2013, a gwoździe gruntowe – norma PN-EN 14490:2010.

1 – konstrukcja oporowa współpracująca

z kotwą

2 – otwór kotwy wykonany w gruncie

3 – cięgno

4 – zabezpieczenie antykorozyjne cięgna,

5 – głowica kotwiąca cięgno w konstrukcji

oporowej

6 – zakończenie (głowica) kotwy biernej

7 – zespolenie kotwy z gruntem

Rys. 2.7. Schematy kotew gruntowych iniekcyjnych: a) kotwa czynna, b) kotwa bierna (Pisarczyk, 2012)

Kotwy gruntowe iniekcyjne czynne (rys. 2.7a) stosuje się w warunkach przenoszenia du-

żych sił powodowanych parciem gruntu i wyporem wody. Ten rodzaj kotew nadaje się szcze-

gólnie do umocnień w terenach zabudowanych, ze względu na możliwość formowania ich

pod budynkami oraz mało uciążliwe wykonawstwo dla otoczenia.

Kotwa gruntowa czynna składa się z:

buławy zespolonej stwardniałym zaczynem z gruntem – na jej długości obciążenie jest

przekazywane na otaczające podłoże,

cięgna,

głowicy,

płyty – podpierającej głowicę kotwy na konstrukcji oporowej lub elemencie rozkłada-

jącym siłę na powierzchnię zbocza, skarpy, ściany wykopu,

zabezpieczenia antykorozyjnego.

Kotwy czynne naprężają specjalne naciągarki.

Gwoździe gruntowe są zespolone z gruntem na całej ich długości i pracują wskutek tarcia

gruntu na długości ich pobocznicy (PN-EN 14490:2010). Kotwy gruntowe iniekcyjne bierne

(rys. 2.7b) stosuje się przeważnie do zabezpieczania skarp i zboczy. Są szczególnie użyteczne

w gruntach niespoistych, charakteryzujących się dużym kątem tarcia wewnętrznego.


17

Kotwy bierne można wykonywać różnymi metodami. Powszechnie stosowaną techniką są

kotwy samowwiercające. Zostały opracowane w latach 80. XX wieku. Przykładowym syste-

mem kotew samowwiercających jest TITAN (rys. 2.8). W tym rozwiązaniu jako przewód

iniekcyjny jest wykorzystywana żerdź wiertnicza (rys. 2.8b) w formie rury gwintowanej na

całej długości, zakończonej odpowiednią końcówką wiertniczą. Wywiercony otwór wypełnia

się iniektem, a żerdź pozostaje w środku pełniąc rolę kotwy (gwoździa).

Na gwoździowaną konstrukcję składają się 3 podstawowe elementy [I7]:

istniejący ośrodek gruntowy lub skalny,

samowwiercające gwoździe iniekcyjne TITAN,

wykończenie gwoździowanej powierzchni.

Na skuteczność gwoździowania wpływa efektywność zespolenia gwoździ z gruntem.

W systemie TITAN wiercenie odbywa się bez rur osłonowych, a iniekcja jest prowadzona od

początku wiercenia (rys. 2.8a), co umożliwia głęboką penetrację iniektu w grunt i zwiększenie

nośności gwoździa [I7]. Technologia wykonywania pozwala związać strefę bierną i aktywną

form osuwiskowych oraz zapewnić wgłębne wzmocnienie iniekcyjne ośrodka (Mrozik i Sie-

rant, 2009).

Rys. 2.8. Technika umacniania gruntu gwoździami TITAN: a) wiercenie i iniekcja, b) żerdź wiertnicza [I7, I8]

2.4. ODDZIAŁYWANIA NA ŚCIANY OPOROWE

Niezawodność konstrukcji budowlanej jest pojęciem obejmującym trwałość konstrukcji

oraz bezpieczeństwo i użytkowalność, które wiążą się ze stanami granicznymi. Według PN-

ISO 8930:1997 bezpieczeństwo to „zdolność konstrukcji do przenoszenia wszelkich oddzia-

ływań i innych określonych zjawisk wyjątkowych, którym może podlegać w czasie budowy

i w przewidywanym czasie użytkowania”. Eurokod PN-EN 1990:2004 przy projektowaniu

konstrukcji rozróżnia stany graniczne nośności i użytkowalności. Stan graniczny to stan, któ-

rego przekroczenie skutkuje niespełnianiem przez konstrukcję stawianych jej kryteriów pro-

jektowych. Stan graniczny nośności to stan związany z katastrofą lub inną podobną postacią

zniszczenia konstrukcji. Stany graniczne dotyczące bezpieczeństwa ludzi i/lub bezpieczeń-

stwa konstrukcji oraz poprzedzające katastrofę konstrukcji są stanami granicznymi nośności.

Stan graniczny użytkowalności to stan, po przekroczeniu którego konstrukcja lub jej element

przestają spełniać stawiane im wymagania użytkowe. Stany graniczne dotyczące funkcji kon-

strukcji (lub jej elementu) w warunkach zwykłego użytkowania, komfortu użytkowników

oraz wyglądu obiektu budowlanego (duże ugięcia, intensywne rysy) są stanami granicznymi

użytkowalności.

W kontekście ścian oporowych stan graniczny nośności obejmuje nośność podłoża pod

podstawą fundamentu i stateczność całej ściany, uskoku naziomu lub zbocza łącznie ze ścianą


18

oporową (Pisarczyk, 2012; PN-B-03010:1983). W pierwszym przypadku rozważa się trojaki

ruch ściany:

obrót ściany wokół punktu poniżej lub powyżej podstawy ściany,

przemieszczenie ściany od naziomu,

równoczesne przemieszczenie i obrót (Dembicki i in., 1988).

Stany graniczne użytkowalności ściany oporowej obejmują (Glinicki, 1990; PN-B-

03010:1983):

osiadanie całkowite ściany oporowej,

różnicę osiadań wywołującą przechylenie ściany oporowej (całości lub części wydzie-

lonej dylatacjami),

przemieszczenia poziome ściany oporowej.

Podział oddziaływań na ściany oporowe ze względu na zmienność w czasie obejmuje (Dem-

bicki i in., 1988; PN-EN 1990:2004):

obciążenia stałe działające na ściany oporowe lub w zasięgu bryły odłamu,

obciążenia zmienne uwzględniane przy wyznaczaniu stanu naprężenia w gruncie

w poziomie posadowienia fundamentu oraz przy wyznaczaniu naprężenia w ścianie

oporowej,

obciążenia wyjątkowe będące wynikiem m.in. nagłego osiadania gruntu, parcia grun-

tów pęczniejących, działania lawin, rumowisk, lodu, parcia wody w trakcie powodzi,

szkód górniczych i obciążeń pojazdami.

Inne oddziaływania na konstrukcje wyróżnione w normie PN-EN 1990:2004 to oddziaływa-

nia:

bezpośrednie lub pośrednie – podział ze względu na pochodzenie,

umiejscowione lub nieumiejscowione – podział ze względu na zmienność w prze-

strzeni,

statyczne lub dynamiczne – podział ze względu na charakter.

Głównym czynnikiem oddziałującym na ściany oporowe jest grunt. Glinicki (1990) poda-

je trzy rodzaje parcia gruntu (rys. 2.9): parcie spoczynkowe (geostatyczne), parcie czynne

i parcie bierne (odpór graniczny).

Ea – parcie graniczne gruntu (parcie czynne)

EI – parcie pośrednie gruntu

E0 – parcie spoczynkowe gruntu

EII – odpór pośredni gruntu

Ep – odpór graniczny gruntu (parcie bierne)

Es – parcie silosowe gruntu

Rys. 2.9. Rodzaje parcia gruntu (PN-B-03010:1983)

Parciem spoczynkowym gruntu (E0) nazywamy siłę, jaką grunt wywiera na nieruchomą

i pozostającą z nim w równowadze ścianę konstrukcji, z którą się styka (Rossiński

i in., 1976). Parcie to występuje, gdy sztywna ściana nie ulega odkształceniom pod wpływem

obciążenia gruntem, równocześnie nie wykazując żadnego przesunięcia (Glinicki, 1990).


19

Parcie czynne gruntu to siła wywierana przez grunt na ścianę poddającą się jego nacisko-

wi i odsuwającą się w stronę od gruntu. Jego wartość stopniowo maleje, od wartości równej

parciu spoczynkowemu (E0 – na początku ruchu ściany) do wartości minimalnej, zwanej par-

ciem granicznym (Ea), występującej w chwili, gdy ściana przesunie się o tzw. przemieszcze-

nie graniczne (Rossiński i in., 1976). Parcie czynne gruntu ujawnia się, gdy ściana oporowa

ulegnie niewielkiemu odchyleniu lub odsunięciu w kierunku od naziomu (Glinicki, 1990).

W momencie poddania się konstrukcji parcie zaczyna się zmniejszać do pewnego minimum,

występującego wówczas, gdy w gruncie wytworzy się powierzchnia odłamu i część masy

gruntu, zwana klinem odłamu, uważana za element sztywny, zacznie się zsuwać po tej po-

wierzchni i naciskać jednocześnie na ścianę. To parcie minimalne nazywamy granicznym

parciem czynnym. Jego wartość zależy głównie od kształtu i położenia powierzchni odłamu

(Rossiński i in., 1976).

Norma PN-B-03010:1983 definiuje parcie pośrednie gruntu (EI) jako siłę działającą od

strony ośrodka gruntowego spowodowaną przemieszczeniem konstrukcji mniejszym od

przemieszczenia powodującego wystąpienie parcia granicznego (Ea).

Odpór gruntu (parcie bierne) (Ep) to reakcja gruntu na nacisk ściany, która przesuwa się

ku gruntowi. Ulega on stopniowej zmianie, od wartości równej parciu spoczynkowemu do

wartości równej odporowi granicznemu, odpowiadającemu tzw. granicznemu przemieszcze-

niu ściany ρp (Rossiński i in., 1976). Parcie bierne występuje w sytuacji, gdy na ścianę opo-

rową działa zewnętrzna siła, która powoduje jej przesunięcie lub obrót w kierunku do gruntu

(Glinicki, 1990). W sytuacji, gdy konstrukcja lub jej element ulegnie przemieszczeniu w kie-

runku ośrodka gruntowego, jednak nieprzekraczającemu przemieszczenia powodującego od-

pór graniczny, występuje odpór pośredni gruntu (EII). Odpór jest reakcją, będzie więc tak du-

ży, jak to umożliwią wartość i położenie sił czynnych. Można powiedzieć, że w miarę prze-

mieszczania się ściany ku gruntowi występuje stopniowa „mobilizacja” odporu, która towa-

rzyszy zmianom strukturalnym w gruncie. Maksymalny odpór graniczny występuje przy

przesunięciu granicznym ściany, kiedy to tworzy się powierzchnia odłamu. Przy przemiesz-

czeniu większym niż przesunięcie graniczne rozpoczyna się ruch bryły odłamu ku górze

(Rossiński i in., 1976).

Norma PN-B-03010:1983 wyróżnia jeszcze parcie silosowe gruntu (Es). Jest to siła działa-

jąca od strony gruntu na ścianę oporową w sytuacji, gdy strefa klina odłamu jest ograniczona

blisko zalegającą przeszkodą (ścianą skalną lub palisadą w nabrzeżach płytowych).

Oprócz gruntu istotnym czynnikiem powodującym parcie na ścianę oporową jest woda.

Dlatego ważne jest zapewnienie odpowiedniego odwodnienia ściany oporowej, umożliwiają-

ce należyty odpływ wody. Parcie wody, które nie było uwzględnione w obliczeniach, może

prowadzić do zachwiania równowagi ściany, wychylenia się lub nawet zawalenia (Rossiński

i in., 1976).

Siły oddziałujące na mury oporowe mają poziomy lub nieznacznie nachylony względem

poziomu kierunek działania (Pisarczyk, 2012). Aby nie zagrażać stateczności ściany siły te

powinny być przeniesione na grunt. W przeciwnym razie może nastąpić przemieszczenie lub

przewrócenie muru, a także zniszczenie elementów konstrukcyjnych muru.

2.5. KATEGORIE GEOTECHNICZNE

Ściany oporowe jako konstrukcje budowlane podlegają przyporządkowaniu do kategorii

geotechnicznych. Według PN-B-02481:1998 „kategoria geotechniczna to kategoria zagroże-

nia bezpieczeństwa, wynikająca ze stopnia skomplikowania projektowanej konstrukcji, jej

fundamentów i oddziaływań oraz warunków geotechnicznych, mających wpływ na zapro-


20

gramowanie rodzaju i zakresu badań geotechnicznych, obliczeń projektowych i kontroli kon-

strukcji”.

Zgodnie z PN-EN 1997-1:2008 istnieją trzy kategorie geotechniczne. Wstępne zaklasyfi-

kowanie obiektu do odpowiedniej kategorii wykonuje się przed badaniami geotechnicznymi.

Na podstawie kategorii geotechnicznej dobiera się metodę obliczeniową oraz zakres rozpo-

znania geotechnicznego. W trakcie projektowania oraz wykonywania obiektu kategoria geo-

techniczna jest sprawdzana, a w razie konieczności zmieniana.

Pierwsza kategoria geotechniczna wymieniona w PN-EN 1997-1:2008 obejmuje małe

i względnie proste konstrukcje, dla których ryzyko związane z przemieszczeniami i utratą

stateczności podłoża jest pomijalne dla życia i mienia. Tę kategorię można stosować w przy-

padkach zwykłych konstrukcji, gdy występują proste warunki gruntowe.

Druga kategoria geotechniczna obejmuje typowe, niestwarzające szczególnego ryzyka ro-

dzaje konstrukcji i fundamentów, posadowione w prostych lub złożonych warunkach grunto-

wych oraz niepodlegające trudnym warunkom obciążeniowym. Do tej kategorii zalicza się

m.in.:

ściany oporowe i inne konstrukcje oporowe utrzymujące grunt albo wodę,

nasypy i budowle ziemne,

kotwy gruntowe i inne systemy kotwiące,

filary i przyczółki mostowe.

Trzecia kategoria geotechniczna obejmuje konstrukcje lub ich części, które nie zaliczają

się do pierwszej lub drugiej kategorii. Obejmuje ona konstrukcje:

bardzo duże lub nietypowe,

narażone na nadzwyczajne ryzyko, w nietypowych albo wyjątkowo trudnych warun-

kach gruntowych lub obciążeniowych,

na obszarach, gdzie jest duże prawdopodobieństwo wystąpienia niestateczności terenu

lub długotrwałe ruchy podłoża,

na obszarach sejsmicznych.

Przyporządkowanie obiektu do właściwej kategorii geotechnicznej pociąga za sobą odpo-

wiednie obliczenia i założenia projektowe mające na celu m.in. nieprzekroczenie stanów gra-

nicznych.

2.6. MONITOROWANIE ŚCIAN OPOROWYCH WEDŁUG PRAWA I NORM

Projektowanie geotechniczne na podstawie obliczeń przedstawione w Eurokodzie 7 (PN-

EN 1997-1:2008) uwzględnia m.in. oddziaływania, które mogą być zadanymi przemieszcze-

niami (np. spowodowanymi ruchami podłoża), dane geometryczne oraz graniczne wartości

odkształceń, rozwarcia rys itp. Jak podają Rossiński i in. (1976) na przykładzie wysokich

ścian wspornikowych, które mają tendencję do znacznych ugięć, mimo że konstrukcje są za-

projektowane poprawnie, mogą pojawiać się znaczne ugięcia tych ścian. Dlatego należy

sprawdzać występujące ugięcia, a w razie przekroczenia wartości dopuszczalnych podjąć od-

powiednie działania.

Według Eurokodu 7, jeśli to możliwe, ściany oporowe zaleca się projektować w taki spo-

sób, żeby przed zniszczeniem występowały widoczne sygnały ostrzeżenia o zbliżaniu się sta-

nu granicznego nośności. Zaleca się również, aby projekt zabezpieczał przed wystąpieniem

kruchego zniszczenia, np. nagłego zawalenia, bez wyraźnych poprzedzających je deformacji.

W projekcie geotechnicznym, w odniesieniu do nadzoru i monitorowania, zaleca się po-

danie m.in. części konstrukcji, które mają być monitorowane, stanowisk, na których mają być

prowadzone obserwacje, i okresu, przez który monitorowanie powinno być prowadzone po

zakończeniu budowy.


21

Zgodnie z PN-EN 1997-1:2008, aby zapewnić bezpieczeństwo i jakość budowli, należy

w zależności od potrzeb wykonywać obserwacje i pomiary zachowania obiektu oraz jego oto-

czenia w czasie i po zakończeniu budowy, w celu oceny długotrwałego zachowania obiektu.

Monitorowanie ma na celu również sprawdzenie słuszności poczynionych podczas projekto-

wania założeń co do zachowania konstrukcji (m.in. przemieszczeń).

Monitorowana konstrukcja może zostać objęta pomiarami przemieszczeń pionowych lub

poziomych, obrotów i odkształceń postaciowych w elementach konstrukcji. Inne pomiary,

jakie można wykonywać, to pomiary odkształceń podłoża gruntowego, ciśnienia wody w po-

rach lub wartości naprężeń kontaktowych między podłożem gruntowym a konstrukcją.

Eurokod 7 zaleca, aby program monitorowania budowli ziemnych zawierał m.in. pomiary

przemieszczeń poziomych i pomiary osiadań całego nasypu (lub jego części) oraz konstrukcji

będących pod jego wpływem.

Długość okresu monitorowania po zakończeniu budowy dla obiektów które mogą nieko-

rzystnie wpływać na znaczne obszary otaczającego środowiska lub których awaria może sta-

nowić duże ryzyko dla życia lub mienia, wynosi 10 lat od zakończenia budowy lub nawet

przez cały okres użytkowania konstrukcji (PN-EN 1997-1:2008).

Eurokod 7 uzależnia podstawę oceny zachowania się konstrukcji od kategorii geotech-

nicznej. W przypadku drugiej kategorii geotechnicznej ocena zachowania konstrukcji może

być oparta na pomiarach przemieszczeń wybranych punktów konstrukcji. W przypadku trze-

ciej kategorii geotechnicznej pomiary przemieszczeń i ich analiza uwzględniająca kolejność

robót budowlanych są zwykle zalecane jako podstawa oceny zachowania konstrukcji.

Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych omówione w szeregu norm obowiązu-

jących w Polsce również mówi o konieczności wykonywania pomiarów kontrolnych kon-

strukcji oporowych.

Zgodnie z normą PN-EN 12063:2001, poświęconą ściankom szczelnym, zaleca się wyko-

nywanie okresowych pomiarów przemieszczeń poziomych punktów na koronie ścianki

szczelnej. Jeśli ścianka jest zlokalizowana w pobliżu budynków lub instalacji podatnych na

uszkodzenia, należy dodatkowo uwzględnić m.in. pomiary przemieszczeń na wybranej głębo-

kości.

Norma PN-EN 14490:2010 wskazuje na konieczność pomiarów konstrukcji z gwoździ

gruntowych zgodnie z zasadami podanymi w Eurokodzie 7. Monitoring powinien obejmować

przemieszczenia poziome oraz pionowe konstrukcji i powinien zależeć od kategorii geotech-

nicznej.

Kotwy gruntowe omówione w normie PN-EN 1537:2013 również podlegają pomiarom.

W tym celu mogą być zainstalowane urządzenia do ciągłego monitoringu zachowania się ko-

tew. W razie potrzeby zachowanie się konstrukcji należy monitorować przez cały okres jej

eksploatacji.

Zgodnie z ustawą z dnia 12 września 2002 r. o normalizacji jedną z zasad normalizacji

krajowej jest zgodność z zasadami normalizacji międzynarodowej i europejskiej, ale „stoso-

wanie Polskich Norm jest dobrowolne”. Jeżeli jednak pojawi się rozporządzenie, które wpro-

wadza obowiązek stosowania norm, to ich stosowanie jest obligatoryjne.

Konieczność stosowania Polskich Norm w przypadku finansowania inwestycji ze środków

publicznych wynika z ustawy z dnia 29 stycznia 2004 r. Prawo zamówień publicznych. Usta-

wa narzuca opis zamówienia w zgodzie z Polskimi Normami.

Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 2 marca 1999 roku

w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuo-

wanie mówi m.in. o powinności stosowania Polskich Norm w sprawdzaniu ogólnej stateczno-

ści skarp, zboczy oraz ścian oporowych, a także o stosowaniu Polskich Norm w obliczeniach


22

pochylenia i konstrukcji urządzeń wzmacniających skarpy nasypów i wykopów dróg m.in. na

terenach osuwiskowych.

Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja

2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty in-

żynierskie i ich usytuowanie „konstrukcje oporowe, w tym przyczółki i ściany boczne, powin-

ny spełniać wymagania Polskich Norm odnoszących się do ścian oporowych”.

Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 21 lutego

1995 r. w sprawie rodzaju i zakresu opracowań geodezyjno-kartograficznych oraz czynności

geodezyjnych obowiązujących w budownictwie mówi, że aby zapewnić bezpieczeństwo bu-

dowy obiektu budowlanego oraz jego utrzymania, należy wykonać czynności geodezyjne

związane z wyznaczaniem przemieszczeń i odkształceń obiektu. Natomiast po zakończeniu

budowy, a przed oddaniem obiektu do użytkowania, powinno się wykonać pomiar stanu wyj-

ściowego obiektu, który w trakcie eksploatacji wymaga okresowego wyznaczania przemiesz-

czeń i odkształceń. Wspomniane pomiary wykonuje się, jeżeli przewiduje je projekt budow-

lany lub na wniosek zainteresowanego podmiotu.

„Instrukcja opracowania Mapy osuwiska i terenów zagrożonych ruchami masowymi

w skali 1:10 000” opracowana w ramach SOPO, wskazuje również na możliwość zakładania

punktów kontrolowanych na elementach konstrukcji geoinżynierskich stabilizujących osuwi-

ska i objęcia ich pomiarem.

Do odpowiedniego utrzymania obiektu budowlanego zobowiązuje ustawa z dnia 7 lipca

1994 r. Prawo budowlane. Prawo budowlane zobowiązuje właściciela (lub zarządcę) obiektu

budowlanego do utrzymywania i użytkowania obiekt zgodnie z jego przeznaczeniem, utrzy-

mywania go w należytym stanie technicznym, zapewnienia bezpiecznego użytkowania obiek-

tu w przypadku wystąpienia czynników zewnętrznych, które oddziałują na obiekt. Obiekty

budowlane w czasie ich użytkowania powinny być poddawane przez właściciela (lub zarząd-

cę) kontroli m.in. stanu technicznego.

2.7. AWARIE I ZNISZCZENIA ŚCIAN OPOROWYCH

„Prawidłowo zaprojektowane i wykonane ściany oporowe z drenażem pracują bez zarzutu

do momentu jego zatkania, którego następstwem może być zniszczenie przeciążonej ściany

oporowej, zwłaszcza gdy wykonana jest niezgodnie z prawidłami sztuki budowlanej” (Kwie-

cień i in., 2011). Na rysunkach 2.10÷2.13 przedstawiono przykłady awarii i zniszczenia ścian

oporowych.

Rys. 2.10. Przykłady utraty ogólnej stateczności konstrukcji oporowych

(PN-EN 1997-1:2008)

Rys. 2.11. Przykład utraty statecz-

ności pionowej ściany zagłębionej

(PN-EN 1997-1:2008)


23

Rys. 2.12. Przykłady zniszczenia ścian oporowych (PN-EN 1997-1:2008)

Rys. 2.13. Przykłady awarii ścian

oporowych (Pisarczyk, 2012)

Oprócz teoretycznych przykładów zniszczenia i awarii ścian oporowych podawanych w li-

teraturze istnieją również realne przykłady takich sytuacji, które przedstawiono poniżej.

Niewielka ściana oporowa znajdująca się w Małopolsce (rys. 2.14), stanowiąca zabezpie-

czenie zabudowy jednorodzinnej na zboczu, utrzymywała grunt nasypowy wyrównujący te-

ren. Wysokość ściany dochodzi do 4,5 m ponad poziomem gruntu. Po gwałtownych ulewach

w maju 2010 roku wystąpiły bardzo duże deformacje ściany, przesunięcie lica muru z pier-

wotnej płaszczyzny o ponad 150 cm oraz dwa przełomy o szerokości 7 i 21 cm wypełnione

mokrym gruntem (Kwiecień i in., 2011).

Rys. 2.14. Sposoby wzmacniania uszkodzonego muru oporowego (Kwiecień i in., 2011)

Na rysunku 2.15 przedstawiono przykład ściany umacniającej zabudowania mieszkalne

i gospodarcze, na której widoczne są liczne pęknięcia. Mur jest zlokalizowany przy drodze

wojewódzkiej nr 967 w Małopolsce.

Rys. 2.15. Mur oporowy przy drodze z widocznymi pęknięciami


24

Tragicznym w skutkach był wypadek zawalenia się muru oporowego na autostradzie

w pobliżu Innsbrucka [I27, I13]. W marcu 2012 roku mur oporowy zawalił się na drogę,

a gruz zasypał ciężarówkę (rys. 2.16). Kierowca zginął na miejscu.

Rys. 2.16. Ciężarówka przygnieciona przez mur oporowy i gruz na autostradzie w pobliżu Innsbrucka [I27]

„Zdaniem geologów przyczyną osunięcia był gigantyczny nacisk mokrej od topniejącego

śniegu ziemi na mur. Inżynierowie z kolei wskazują na niedopatrzenia ekspertów, którzy po

raz ostatni sprawdzali stan muru w listopadzie 2011 roku. Eksperci uważają, że konstrukcja

wybudowana w 1980 roku miała wiele nieprawidłowości w swojej strukturze nośnej” [I27].

Kolejnym przykładem jest mur oporowy przy kościele św. Stanisława Biskupa i Męczen-

nika w Czeladzi (rys. 2.17). W lipcu 2012 r. po intensywnych opadach deszczu mur został

podmyty. Ściana częściowo się zawaliła, powstała wyrwa miała kilkadziesiąt metrów szero-

kości [I25, I26]. Fragmenty muru przygniotły budynki gospodarcze oraz dwa samochody do-

stawcze. W marcu 2013 r. wydano kartę osuwiska. Zespół pod kierownictwem M. Krobickie-

go orzekł, że możliwe jest ponownego osunięcie się ziemi i dalsza destrukcja muru.

Rys. 2.17. Zawalony mur oporowy przy zabytkowym kościele w Czeladzi (fot. Krzysztof Paliga) [I24]

W maju 2005 roku na Górnym Manhattanie (USA) zawalił się 23-metrowej wysokości

mur [I17, I39]. Został zbudowany ponad 100 lat temu w celu utworzenia tarasu do zabudowy.

Duża część muru zawaliła się w dwóch chwilach odległych od siebie o 5÷10 minut. Według

raportów inżynierskich od wielu lat występowały symptomy awarii muru. W 1980 roku pod-

jęto prace naprawcze, jednak w ostatnich latach pojawiły się pęknięcia (przemieszczenia)

i przesiąkania muru.

Po zawaleniu się muru (rys. 2.18) specjalna komisja sporządziła raport dotyczący katastro-

fy ściany oporowej na Manhattanie (NYC Buildings, 2007). Według niego najprawdopodob-

niejszą przyczyną zawalenia się ściany było zwiększenie ciśnienia za ścianą wynikające

z nagromadzenia wód gruntowych przez lata. W okresie przed katastrofą wykryto ruch prawie

18 cm na 8 miesięcy, i prawie 23 cm w ostatnim miesiącu przed katastrofą. Wcześniejsze ra-

porty wskazywały na zły stan ściany – przemieszczenia, przesiąkania, zły stan zaprawy, luźne

kamienie.


25

Rys. 2.18. Zawalony mur na Górnym Manhattanie, który umacniał zabudowany taras (NYC Buildings, 2007)

Od 2002 roku ściana była monitorowana. Do kontroli przemieszczeń wykorzystano czuj-

niki laserowe. Założono 6 linii pomiarowych: cztery linie wykazywały brak lub nieznaczny

ruch, a dwie (zlokalizowane tam, gdzie mur ostatecznie runął) wykazały ruch około 60 cm

w okresie monitorowania. W kwietniu i maju (bezpośrednio przed katastrofą) ruch ściany się

nasilił (NYC Buildings, 2007). Pomiary były wtedy wykonywane raz na kilka dni. Ostatecz-

nie do momentu zawalenia się ściany stwierdzono łączny ruch – górnej części ściany na po-

ziomie 60 cm i dolnej części ściany na poziomie 27 cm (rys. 2.19).

Rys. 2.19. Przemieszczenia ściany na Manhattanie w okresie monitorowania (NYC Buildings, 2007)

W źródłach internetowych można znaleźć liczne doniesienia o awariach i zniszczeniach

ścian oporowych. Spośród nich przedstawiono kilka różnych przypadków:

pęknięcie muru powyżej otworu spustowego (rys. 2.20),

zawalenie muru oporowego po tajfunie Sanba w Korei Południowej (rys. 2.21),

awaria muru oporowego i osunięcie ziemi w San Antonio (USA), które spowodowało

uszkodzenie kilku domów (rys. 2.22),

problemy osuwiskowe i uszkodzenie muru wywołane prawdopodobnie przez pobliskie

roboty budowlane, które spowodowały zamknięcie hotelu w mieście Shimla (Indie)

(rys. 2.23),

zawalenie muru w Kuala Lumpur (Malezja), które zniszczyło jeden dom i zagroziło

ponad 100 innym (rys. 2.24),

zawalenie w odstępie kilku dni dwóch niezależnych ścian oporowych w Londonerry

(Wielka Brytania) na skutek ulewnych opadów deszczu (rys. 2.25),


26

zawalenie muru w North Salt Lake City w USA (rys. 2.26),

zawalenie muru w Ellicott City (USA), który zabezpieczał zabytkowy kościół (rys.

2.27),

zawalenie muru oporowego nad kanałem Macclesfield w Wielkiej Brytanii (rys. 2.28),

częściowe zawalenie 11,5-metrowego muru w Zanesville w USA (rys. 2.29),

zniszczenie ściany oporowej, jezdni i ścieżki rowerowej w Renton (USA), spowodo-

wane wylaniem rzeki Cedar, podmyciem ściany i wypłukaniem gruntu (rys. 2.30),

zniszczenie i upadek do oceanu 12-metrowego fragmentu drogi i umocnień, wywołane

kilkudniowymi opadami deszczu, które spowodowało zamknięcie Californian Hi-

ghway 1 (USA) na odcinku ponad 30 km (rys. 2.31).

Rys. 2.20. Mur pękający powyżej otworu spustowe-

go [I23]

Rys. 2.21. Zawalony mur oporowy po tajfunie Sanba

w Korei Południowej [I18]

Rys. 2.22. Awaria muru oporowego i osunięcie

ziemi w San Antonio [I14]

Rys. 2.23. Uszkodzenie muru w mieście Shimla spowo-

dowane prawdopodobnie przez roboty budowlane [I16,

I30]

Rys. 2.24. Zawalony mur oporowy w Kuala Lumpur [I28, I15, I29]


27

Rys. 2.25. Zawalone dwie ściany oporowe w Londonerry [I20, I21, I22]

Rys. 2.26. Zawalony mur oporowy w North Salt Lake

City [I30, I31]

Rys. 2.27. Zawalony mur zabezpieczający kościół

w Ellicott City [I33, I34]

Rys. 2.28. Zawalony mur oporowy nad

kanałem Macclesfield [I35]

Rys. 2.29. Częściowe zawalenie

muru w Zanesville [I36]

Rys. 2.30. Zniszczenie in-

frastruktury drogowej

w Renton [I37]

Rys. 2.31. Zniszczenie fragmentu drogi Californian Highway 1 [I38, I19]

28

3 Współczesne techniki pomiarów

dla potrzeb wyznaczania przemieszczeń

3.1. POMIARY KONTROLNE JAKO ELEMENT MONITORINGU

PRZEMIESZCZEŃ

Każda katastrofa budowlana jest poprzedzona deformacjami obiektu, które przekładają się

na przemieszczenia punktów lub odkształcenia elementów charakterystycznych (Witakowski,

2007). Dla poprawnej oceny bezpieczeństwa konstrukcji specjalistom potrzebna jest informa-

cja o przebiegu procesów zachodzących w obiekcie, dlatego eksperci powinni korzystać

z wyników pomiarów (Skłodowski, 2009). Kluczowe w diagnostyce obiektów są wyniki po-

miarów przemieszczeń.

Przemieszczenia punktów wyznacza się z pomiarów okresowych lub ciągłej rejestracji

zmian pewnych elementów. Istota wyznaczania przemieszczeń nierozerwalnie wiąże się

z pojęciem czasu. Wyznaczanie przemieszczeń obiektu w pewnym okresie czasu wymaga

wykonania obserwacji wybranych punktów na początku (wyniki wyjściowe) i na końcu (wy-

niki aktualne) tego okresu czasu (Lazzarini i in., 1977). Zwiększanie częstotliwości pomiarów

okresowych umożliwia upodobnienie ich do obserwacji ciągłych.

Jednorazowy pomiar lub kontrola okresowa dokumentują aktualny stan, a pomiar ciągły

umożliwia śledzenie zachodzących zmian (Skłodowski, 2009). Istotną różnicą w tych dwóch

procesach pomiarowych jest ilość rejestrowanych danych.

W praktyce inżynierskiej pozyskiwanie danych błędnie utożsamia się z monitoringiem

(Wolski, 2001). Obserwacja nie jest monitoringiem, a jedynie wchodzi w jego skład (Wita-

kowski, 2007). Monitoring jest pojęciem szerszym, obejmującym dodatkowe działania. Nie

ma jednak definicji mówiącej, kiedy pomiar jest pomiarem kontrolnym, a kiedy elementem

monitoringu.

Według Karszni (2008) monitoringiem nazywamy proces ciągłego pozyskiwania informa-

cji o obiektach inżynierskich. Monitoring jest narzędziem kontroli jakości obiektów powstają-

cych oraz narzędziem identyfikacji zagrożeń konstrukcji już istniejących (Skłodowski, 2009).

Kluczową kwestią w zagadnieniu bezpieczeństwa konstrukcji jest wykrycie tzw. „słabych

punktów” struktury, które umożliwia wykonanie koniecznych napraw (Karsznia, 2008).

Wśród cech charakterystycznych monitoringu należy wymienić:

ciągły pomiar,

automatyczne systemy rejestracji danych,

wysoką dokładność pomiarów,

możliwość obserwacji przebiegu procesów deformacji (Skłodowski, 2009).

W monitoringu istotne jest badanie współzależności obserwowanych wielkości. Do takich

współzależności można zaliczyć: przemieszczenie – temperatura (obiektu i otoczenia), osia-

dania – zmiana warunków geotechnicznych, przemieszczenia: pionowe – poziome (Wolski

i Kwiecień, 2006).

3. Współczesne techniki pomiarów dla potrzeb wyznaczania przemieszczeń

29

Na system monitoringu składają się dwa podsystemy:

obserwacyjny – umożliwiający pozyskiwanie odpowiednich informacji,

ostrzegawczy – umożliwiający analizę obserwacji, porównania ze stanami alarmowy-

mi oraz przekazanie informacji alarmowej w odpowiednie miejsca (Witakowski,

2007).

Szerokim zagadnieniem jest monitoring geotechniczny. Według Wolskiego (2006) pro-

wadzenie systematycznych obserwacji, w typowych zagadnieniach geotechnicznych, jest nie-

zbędne m.in. w przypadku zmiany warunków gruntowych oraz w sytuacji, kiedy należy po-

twierdzić zgodność przewidywanych i faktycznych przebiegów deformacji oraz innych zja-

wisk, które zachodzą w podłożu i konstrukcji. O potrzebie sprawdzenia przyjętych założeń

w czasie projektowania (m.in. przemieszczeń) mówi Eurokod 7 (PN-EN 1997-1:2008).

Monitoring geotechniczny ma na celu ciągłą ocenę stanu obiektu – w kontekście jego bez-

pieczeństwa lub spełniania określonych warunków. Taka ocena jest możliwa dzięki pozyski-

waniu informacji dotyczących:

deformacji obiektu – w czasie budowy i eksploatacji oraz w skutek działalności bu-

dowlanej w sąsiedztwie,

odkształceń struktury i stabilności parametrów podłoża gruntowego (Wolski, 2006).

Cały proces pozyskiwania danych i oceny stanu obiektu określa się terminem „monito-

ring” pomimo braku ciągłości pozyskiwania danych oraz braku oceny stanu konstrukcji

w trybie on-line (Wolski, 2006). Specjaliści argumentują, że proces zasługuje na miano moni-

toringu ponieważ cały obiekt jest przedmiotem obserwacji – nie jego elementy lub pojedyn-

cze wielkości.

Znaczącą częścią składową monitoringu geotechnicznego jest monitoring metrologiczny,

który obejmuje badania zawężone do obserwacji wielkości fizycznych opisujących geometrię

obiektu (Wolski, 2006). W efekcie wielkości te charakteryzują przemieszczenia i deformacje.

Monitoring metrologiczny jest pojęciem szerszym niż pomiar w celu wyznaczania przemiesz-

czeń. Mimo, że silnie bazuje na geodezji inżynieryjnej – jej teoretycznych i praktycznych

rozwiązaniach – nie jest synonimem pomiaru. Ma on następujące cechy, których brakuje po-

miarowi:

celem monitoringu jest ocena stanu obiektu, a interpretacja wyników pomiarów jest

integralnym elementem opracowania;

wynikiem monitoringu metrologicznego nie może być wykres lub tabela wyników ob-

serwacji, ale konkretny wniosek; w kontekście obiektów geotechnicznych powinien

on nawiązywać do opisu badanego zjawiska;

monitoring ukierunkowany na problemy geotechniczne selektywnie odnosi się do

technik pomiarowych;

w monitoringu metrologicznym dla potrzeb geotechnicznych szerokie zastosowanie

mają metody fizyczne pomiarów – znacznie większe niż w geodezji inżynieryjnej;

w monitoringu metrologicznym częścią składową jest optymalizacja programów ob-

serwacji; w geodezji wiąże się przede wszystkim z konstrukcjami pomiarowymi lub

właściwościami osnowy; w monitoringu optymalizacja musi wiązać się z modelem

badanego procesu (Wolski, 2006).

Trudno jest ustalić ujednolicone kryteria monitoringu geotechnicznego, ponieważ obiekty

nim obejmowane są zbyt zróżnicowane. Można jednak sformułować zasady ogólne mające

znaczenie dla prowadzenia obserwacji. Wśród nich należy wymienić: projektowanie sieci

monitoringu, harmonogram obserwacji oraz metody i dokładności pomiaru (Wolski, 2006).

Kwestię dokładności pomiaru powinno się rozważyć w dwóch aspektach (Wolski, 1996).

Ze względu na procesy zachodzące w konstrukcji ważniejsza jest dokładność pomiarów


30

w lokalnym układzie, w którym pomiary będą odniesione do jednego z punktów kontrolowa-

nych. Natomiast dokładność nawiązania jest drugorzędną informacją z punktu widzenia bez-

pieczeństwa konstrukcji. Teoretycznie konstrukcja nieulegająca deformacjom może wykazy-

wać znaczne przemieszczenia. Według Wolskiego (2006) dokładności osiągane w monitorin-

gu geotechnicznym należą do klasy pomiarów precyzyjnych. Odchylenie standardowe wy-

znaczanych przemieszczeń pionowych i poziomych powinno wynosić około 1 mm, mniejsze

wartości są rzadko uzasadnione. W pomiarach długookresowych i w pomiarach o wysokich

wymaganiach dokładnościowych należy zwrócić szczególną uwagę na geotechniczny aspekt

układu odniesienia i pozyskać informacje o warunkach gruntowych w otoczeniu badanego

obiektu (Wolski i Kwiecień, 2006).

Ważnym zagadnieniem jest geodezyjna interpretacja wyników wyznaczania przemiesz-

czeń, która powinna odpowiadać na dwa pytania: czy wyznaczone przemieszczenia,

uwzględniając dokładność pomiaru, są istotne oraz czy przemieszczenia punktowe pozwalają

stwierdzić zjawisko deformacji (Wolski, 1996).

Pozyskiwanie danych przestrzennych nowoczesnymi metodami oraz integracja wyników

stała się głównym zadaniem inżynierów różnych specjalności – geodetów, geotechników,

hydrotechników, mechaników i innych (Karsznia, 2008). Każda realizacja systemu monito-

ringu jest poprzedzona pracami studialnymi i ekspertyzami umożliwiającymi wdrożenie in-

dywidualnej koncepcji. Coraz częstszym rozwiązaniem jest integracja pomiarów geodezyj-

nych z pomiarami geotechnicznymi i geofizycznymi. W wielu zadaniach pomiarowych podej-

ście klasyczne, które bazuje na pomiarach okresowych i punktowych jest niewystarczające

(Karsznia, 2008). Jednak w warunkach monitoringu dużych obszarów i pomiarów prowadzo-

nych w znacznych odstępach czasu, pomiary geodezyjne dają najlepsze wyniki (Wolski,

1996).

3.2. KLASYFIKACJA PRZEMIESZCZEŃ I METODY ICH WYZNACZANIA

Według Lazzariniego i in. (1977): „Przez pojęcie wyznaczania przemieszczeń rozumie-

my całokształt procesu uzyskiwania wielkości i kierunków zmian położenia obserwowanych

punktów, a więc prace projektowe, zakładanie stanowisk obserwacyjnych, instalowanie urzą-

dzeń pomiarowych i sygnalizacyjnych, pomiary i wreszcie obliczanie wielkości przemiesz-

czeń wraz z oceną ich dokładności.”

Poruszając zagadnienie przemieszczeń, należy rozpocząć od ich klasyfikacji, podanej

przez Lazzariniego i in. (1977), dzielącej przemieszczenia na:

względne (wzajemne) – jeżeli punkty, powiązane obserwacjami pośrednio lub bezpo-

średnio, wykazały wzajemne zmiany położenia,

bezwzględne – jeżeli punkty wykazały zmiany położenia w ustalonym układzie odnie-

sienia.

Przemieszczenia bezwzględne są bardziej uniwersalne: informują o zmianach położenia

wszystkich mierzonych punktów w układzie odniesienia oraz umożliwiają wyznaczenie wza-

jemnych przesunięć punktów (Lazzarini i in., 1977).

Metody wyznaczania przemieszczeń można podzielić na geodezyjne i laboratoryjne (ka-

meralne), nazywane też często fizycznymi (Lazzarini i in., 1977). Nazwy wskazują nie tylko

na ich zastosowanie, ale również na ich możliwości. Metody laboratoryjne praktycznie mogą

wyznaczać tylko wzajemne przemieszczenia bliskich sobie punktów oraz zmiany położenia

fragmentów budowli względem pionu lub poziomu. Ich zaletą jest kilkakrotnie wyższa do-

kładność pomiaru niż metod geodezyjnych.


31

Wśród czujników służących do wyznaczania przemieszczeń względnych, wykorzystują-

cych zjawiska fizyczne, należy wymienić czujniki: indukcyjne, hallotronowe, potencjome-

tryczne, tensometryczne, pojemnościowe. Szeroko tematykę czujników opisuje literatura:

Gajek i Juda (2009), Bień (2010), Fraden (2010) Gocał i in. (2013).

Nowoczesnym narzędziem pomiarowym, mało rozpowszechnionym w Polsce, są czujniki

światłowodowe. Dzięki swoim właściwościom, m.in. niewrażliwości na pole elektromagne-

tyczne, wysokiej dokładności i dużemu zasięgowi pomiaru, są czujnikami o szerokich możli-

wościach zastosowania. Opis techniki wraz z jej aplikacjami przedstawia literatura (Skłodow-

ski, 2009; Kronenberg i in., 1997).

Na uwagę zasługują również czujniki zegarowe, pochyłomierze, pionowniki optyczne i la-

serowe oraz wahadła fizyczne (Lazzarini i in., 1977; Bryś i Przewłocki, 1998; Gocał

i in., 2013). Ostatnie stosowane głównie w szybach pionowych i korpusach zapór).

Ze względu na tematykę pracy związaną z geologią i geotechniką na szczególną uwagę

zasługują inklinometry, które są niezastąpionym narzędziem pomiarowym w określaniu ruchu

i głębokości poślizgu mas ziemnych (Wolski, 2006). W pomiarach inklinometrycznych bez-

pośrednio mierzoną wielkością jest pochylenie kolumny inklinometrycznej zastabilizowanej

w podłożu. Na podstawie zmiany pochylenia kolumny, zachodzącej między momentami ob-

serwacji, można wyznaczyć zmiany w geometrii warstw podłoża. Pomiar wychyleń piono-

wych kolumny inklinometrycznej jest wykonywany przy pomocy libelli elektronicznej umiej-

scowionej w sondzie zestawu pomiarowego.

Według Lazzariniego i in. (1977): „Metodami geodezyjnymi wyznaczania przemieszczeń

nazywamy zespół środków, umożliwiających okresowe lub ciągłe wyznaczanie zmian poło-

żenia punktów sieci pomiarowej względem ich położeń oraz względem kierunków przyjętych

za wyjściowe i utrwalonych za pośrednictwem punktów odniesienia w rozpatrywanym okre-

sie badań.” To właśnie pomiary geodezyjne dostarczają informacji o stanie geometrycznym

obiektów inżynierskich (Preweda, 2014).

Podstawowymi instrumentami stosowanymi w klasycznych pomiarach geodezyjnych są

tachymetry elektroniczne. Dzięki rozwojowi mechaniki i elektroniki technika pomiarowa jest

ciągle unowocześniana (Kwinta, 2006). Istotnymi udogodnieniami są serwomotory i funkcja

automatycznego rozpoznawania celu (ATR – automatic target recognition), które stworzyły

nowe możliwości pomiarowe oraz umożliwiły automatyzację pomiarów (Sobczyk, 2003).

Wśród tachymetrów elektronicznych na szczególną uwagę zasługują instrumenty precy-

zyjne o błędzie pomiaru kąta na poziomie 0,5” i długości rzędu 1 mm + 1 ppm. Przy pomia-

rach takiej klasy istotne jest wykorzystanie stanowisk w postaci filarów obserwacyjnymi

o wymuszonym centrowaniu. Przykładem obiektu mierzonego w ten sposób jest zapora

Czorsztyn-Niedzica (Sukta i Wiącek, 2010).

W pomiarach kontrolnych ważną rolę odgrywa niwelacja precyzyjna (Gargula i Kwinta,

2008). Wyznaczone przemieszczenia pionowe świadczą o osiadaniu obiektów oraz ich

współpracy z podłożem. Odpowiednia liczba reperów na mierzonej budowli umożliwia

sprawdzenie, czy obiekt zachowuje się jak bryła sztywna oraz wyznaczenie wychyleń obiektu

(Wolski, 2001). Niwelacja precyzyjna, przy zachowaniu szeregu założeń pomiarowych i za-

stosowaniu w pomiarze łat inwarowych, pozwala osiągnąć błąd pomiaru przewyższenia na

poziomie 0,1 mm na stanowisko.

Odrębną grupę stanowią pomiary satelitarne. Często są integralną częścią systemów po-

miarowych (Gargula i Kwinta, 2008). Możliwość wykorzystania techniki GNSS (Global

Navigation Satellite System) w pomiarach sieci geodezyjnych do badania przemieszczeń

sprawdzono na przykładzie sieci kontrolnej zapory Czorsztyn-Niedzica (Sukta i Wiącek,

2010).


32

Do wyznaczania przemieszczeń, zarówno statycznych, jak i dynamicznych, można stoso-

wać metody fotogrametryczne. Do tych celów stosuje się kamery fotogrametryczne i kamery

szybkoklatkowe. Główną zaletą tych metod jest jednoczesna rejestracja dużej liczby punktów

kontrolowanego obiektu. Wyznaczanie przemieszczeń metodami fotogrametrycznymi może

się odbywać w dwóch lub w trzech wymiarach (Bernasik i Tokarczyk, 1991).

Nowszymi technikami pomiarowymi, dynamicznie wchodzącymi do praktyki terenowej,

są naziemne skanowanie laserowe oraz naziemna interferometria radarowa.

3.3. NAZIEMNE SKANOWANIE LASEROWE

3.3.1. Podstawy skanowania laserowego

Jedną z technik, której użyteczność w wyznaczaniu przemieszczeń ścian oporowych ba-

dano w niniejszej pracy, jest technika naziemnego skanowania laserowego, która jest nazwana

także LiDAR (Light Detection And Ranging) (CDoT, 2011; Wężyk, 2010) i należy do aktyw-

nych systemów teledetekcyjnych. Istnieją trzy rodzaje skanowania laserowego (CDoT, 2011;

Vosselman i Maas, 2010; Wężyk, 2006; Wężyk, 2014):

naziemne skanowanie laserowe (TLS – Terrestrial Laser Scanning),

lotnicze skanowanie laserowe (ALS – Airborne Laser Scanning),

satelitarne skanowanie laserowe (SLS – Satellite Laser Scanning).

Naziemne skanowanie laserowe (TLS) może występować w wersji stacjonarnej (STLS –

Stationary Terrestrial Laser Scanning) – instrument skanujący jest nieruchomy w trakcie pra-

cy na stanowisku, lub w wersji mobilnej (MTLS – Mobile Terrestrial Laser Scanning) – jed-

nostka skanująca jest zamieszczona na ruchomej platformie (np. samochodzie albo łodzi)

i jest zintegrowana z anteną do pomiarów satelitarnych umożliwiającą pozycjonowanie skane-

ra.

W kontekście lotniczego skanowania laserowego należy przywołać projekt ISOK (Infor-

matyczny System Osłony Kraju przed nadzwyczajnymi zagrożeniami), który obejmuje wyko-

nanie skanowania lotniczego większości powierzchni Polski. Dwoma pierwszymi produktami

projektu, będącymi podstawą do dalszych prac, są chmury punktów z lotniczego skanowania

laserowego [I1]:

dla powierzchni 267,5 tys. km2 o gęstości 4 punkty/m

2,

dla obszarów priorytetowych o powierzchni 8,1 tys. km2 o gęstości 12 punktów/m

2,

dla obszarów miejskich o powierzchni 13,8 km2 o gęstości 12 punktów/m

2 (w wyż-

szym standardzie).

Program ISOK jest szeroko zaprezentowany na rządowej stronie internetowej [I3].

Satelitarne skanowanie laserowe nie jest popularne, obecnie tę metodę wykorzystuje

GLAS (Geoscience Laser Altimeter System) zamontowany na satelicie NASA w ramach pro-

jektu ICESat (Ice, Cloud and Land Elevation). Początkowo projekt był ukierunkowany na

badanie obszarów polarnych, jednak obecnie dane z niego pochodzące mają szersze zastoso-

wanie (np. w leśnictwie). Pomiar odbywa się dwa razy w roku, średnica plamki lasera na zie-

mi ma średnicę około 70 m, a środki kolejnych są oddalone od siebie około 170 m (Wężyk,

2014) [I4].

Częściami składowymi skanera laserowego są (CDoT, 2011, Wężyk, 2010):

nadajnik emitujący wiązkę laserową,

zespół wirujących zwierciadeł kierujący wiązkę lasera na skanowany obszar,

teleskop optyczny skupiający odbite, powracające promieniowanie,

detektor zamieniający energię światła na impuls zapisywany w urządzeniu.


33

Ze względu na zasięg skanera rozróżnia się trzy rodzaje skanerów (TLS): krótkiego, śred-

niego i dalekiego zasięgu. Granice pomiędzy tymi zasięgami nie są jednoznacznie ustalone –

różni autorzy podają różne wartości graniczne. Przykładowy podział można podać za Węży-

kiem (2010): skanery krótkiego zasięgu to skanery o zasięgu do 150 m, średniego zasięgu do

300 m i dalekiego zasięgu powyżej 300 m.

Natomiast ze względu na wykorzystywaną technikę pomiaru odległości skanery laserowe

dzieli się na skanery (Vosselman i Maas, 2010; Staiger, 2011):

impulsowe (nazywane często TOF – time of flight),

fazowe (nazywane skanerami fali ciągłej CW – continuous wave),

triangulacyjne.

Trzeci rodzaj skanerów – triangulacyjne – to skanery o bardzo krótkim zasięgu (poniżej

5 m, najczęściej do 3 m), ale o wysokiej dokładności (znacznie poniżej 1 mm). Znajdują za-

stosowanie w przemyśle precyzyjnym np. przy kopiowaniu wzorów, w medycynie, w inwen-

taryzacji niewielkich obiektów takich jak biżuteria. Skanery triangulacyjne wyznaczają pozy-

cję punktów, bazując na obliczeniach triangulacyjnych (Vosselman i Maas, 2010; Wężyk,

2010).

Szeroko zasadę działania skanerów opisują m.in. Vosselman i Maas (2010). Natomiast

w pracy Schulza (2007) szczegółowo omówiono problem błędów instrumentalnych i niein-

strumentalnych, związanych ze skanowaniem laserowym.

Zasada pomiaru odległości w skanerach fazowych i impulsowych jest analogiczna jak

w tachymetrach (Deumlich i Staiger, 2010).

Skanery impulsowe są najczęściej spotykanymi skanerami w zastosowaniach inżynier-

skich. Duży zasięg (od 100 m do kilku kilometrów) oraz pozyskiwanie punktów z prędkością

od kilku do kilkuset tysięcy punktów na sekundę czynią pracę skanerami laserowymi szybką

i wydajną. Pomiar odległości sprowadza się do pomiaru czasu, jaki upływa od momentu wy-

słania wiązki do momentu powrotu jej echa.

Skanery fazowe modulują w sposób ciągły wiązkę dalmierczą, a po odbiciu jej od obiektu

i powrocie do instrumentu analizują przesunięcie fazy. Mają krótszy zasięg (najczęściej

25÷75 m), ale zdecydowanie wyższą częstotliwość skanowania (CDoT, 2011; Wężyk, 2010).

Pomiar naziemnym skanerem laserowym polega na jednoczesnym pomiarze odległości

oraz kątów poziomego i pionowego do następujących po sobie punktów objętych obszarem

skanowania. Instrument jest ustawiany na kolejne punkty dzięki mechanizmowi obrotowemu

oraz zespołowi luster kierującemu wiązkę w odpowiedni sposób. Oprócz wartości kątów

i odległości skaner laserowy pozyskuje dane radiometryczne w postaci intensywności odbitej

wiązki dalmierczej.

Sygnał musi pokonać drogę od źródła sygnału do obiektu i z powrotem w medium

transmisyjnym, jakim w przypadku TLS jest powietrze. Wiązka dalmiercza, jako fala elek-

tromagnetyczna, po dotarciu do obiektu ulega rozproszeniu. Dla pomiaru dalmierczego klu-

czowa jest ta część promieniowania, która zostanie rozproszona (odbita) w kierunku instru-

mentu i skupiona przez niego (Vosselman i Maas, 2010). Intensywność jest to stosunek ilości

promieniowania rozproszonego w kierunku nadajnika (wracającego) do promieniowania wy-

emitowanego. Intensywność jest wprost proporcjonalna do mocy wyemitowanego impulsu

i współczynnika odbicia powierzchni, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości

obiektu od nadajnika (Katzenbeisser, 2002).


34

3.3.2. Wpływ intensywności odbicia i kąta padania wiązki dalmierczej

Współczynnik odbicia określa zdolność obiektu do odbijania fali elektromagnetycznej

i waha się od blisko 0% (np. czarna guma, pył węglowy) do prawie 100% (np. śnieg) (Mikrut,

2006; Vosselman i Maas, 2010). Natomiast intensywność odbicia wiązki (refleksyjność) zale-

ży od kąta padania wiązki, rodzaju materiału i odległości (Pyka i Rzonca, 2006; Schulz 2007).

Kersten i in. (2005) wykazali zależność pomiędzy intensywnością odbicia wiązki i charak-

terystyką powierzchni (kolorem, materiałem, teksturą) a dokładnością pomiaru naziemnym

skanerem laserowym. Również Schulz (2007) porusza w swojej pracy zależność dokładności

pomiaru TLS od odległości do obiektu, intensywności odbitej wiązki oraz od kąta padania

wiązki. Schulz wskazuje na spadek intensywności odbitej wiązki dalmierczej wraz ze wzro-

stem odległości i łączy ten parametr z kolorem powierzchni oraz kątem padania sygnału.

Publikacja Voegtle i in. (2008) jest poświęcona wpływowi różnych materiałów i kolorów

na pomiary TLS. Publikacja przedstawia testy empiryczne wykonane skanerem impulsowym

Trimble GX wykorzystującym zielony laser o długości fali 532 nm (taki laser wykorzystuje

instrument Leica C10, którym były wykonywane pomiary doświadczalne). Pomiary były wy-

konywane w dzień i w nocy. Voegtle i in. (2008) na potrzeby testów wykonali specjalne tabli-

ce wypełnione polami o różnych kolorach, o różnych odcieniach szarości, różnych materia-

łach. W trakcie testów rejestrowano m.in. intensywność odbitej wiązki, która jest tym wyższa,

im jaśniejszy jest kolor powierzchni.

Analizy dokładności dokonywano przez wpasowanie w zbiór punktów płaszczyzny, a na-

stępnie obliczenie odległości poszczególnych punktów od niej. Najgorsze wyniki (dzienne dla

powierzchni kolorowych) otrzymano dla powierzchni czarnych i ciemnoszarych (błąd śred-

niokwadratowy wynosi 5,1 mm) i czerwonych (3,5 mm). Dla jasnych i jasnoszarych kolorów

błąd waha się w od 2,2 mm do 2,9 mm (Voegtle i in., 2008). Ciekawy jest fakt, że błąd po-

miaru powierzchni białej jest większy niż innych jasnych barw.

W trakcie testów Voegtle i in. (2008) stwierdzono brak istotnego wpływu zawilgocenia

powierzchni na intensywność obitej wiązki oraz brak wpływu chropowatości i ziarnistości

powierzchni na dokładność pomiaru.

Z testów przeprowadzonych przez Voegtle i in. (2008) widoczna jest zależność, że im

większa jest intensywność odbitej wiązki tym wyższa jest dokładność pomiaru. Wnioski te są

zgodne z rezultatem badań Johnsona i Johnsona (2012).

Natomiast Soudarissanane i in. (2007) podjęli temat wpływu kąta padania wiązki na po-

miary TLS. Idealna, ale mało realna sytuacja pomiarowa występuje, gdy wiązka dalmiercza

pada na obiekt prostopadle (lub prawie prostopadle). Przez kąt padania wiązki autorzy rozu-

mieją kąt pomiędzy normalną do mierzonej powierzchni a prostą pokrywającą się z przebie-

giem promienia laserowego. Artykuł jest weryfikacją założenia: im mniejszy kąt skanowania,

tym wyższa jakość i dokładność pozyskanych danych. Soudarissanane i inni (2007) wykonali

pomiary TLS dwóch płytek, które były obracane w prawo i w lewo co 5° lub co 10°. Skano-

wanie wykonano z odległości 3 m, 5,5 m oraz 20 m. Z przeprowadzonych badań widoczna

jest zależność: im większy jest kąt padania sygnału, tym słabsza jest intensywność odbitej

wiązki. Autorzy sprawdzili także wpływ kąta padania wiązki na poziom szumu, który wzrasta

dla kąta padania większego od 75°. Z przeprowadzonych testów wynika osłabienie intensyw-

ności odbicia wiązki dalmierczej wraz ze wzrostem kąta padania.

Badania literaturowe nad czynnikami wpływającymi na dokładność pomiaru TLS można

podsumować następująco: dokładność pomiaru TLS zależy od odległości od obiektu, inten-

sywności wiązki i kąta padania wiązki. Kąt padania wiązki znacząco zmienia intensywność,

która wpływa na dokładność pomiaru. Podsumowaniem przytoczonych badań literaturowych


35

i przeprowadzonych testów są wyniki przedstawione przez Schulza (2007), który na wykresie

łączy zależność dokładności oraz precyzji pomiaru od odległości oraz kąta padania wiązki

(rys. 3.1).

Rys. 3.1. Dokładność (a) i precyzja (b) pomiaru TLS w zależności od kąta padania wiązki i odległości od szarej

powierzchni (Schulz, 2007)

3.3.3. Aspekty praktyczne pomiarów skanerowych

Bezpośrednim wynikiem naziemnego skanowania laserowego jest duży zbiór punktów

pochodzący z każdego stanowiska skanera, nazwany ze względu na swoje rozmiary, „chmurą

punktów”. Zawiera ona informacje o współrzędnych przestrzennych oraz o intensywności

powracającej wiązki laserowej (CDoT, 2011).

W trakcie pomiaru istotne jest właściwe zaplanowanie rozmieszczenia stanowisk skanera.

Z przeprowadzonych badań literaturowych wynika, że na dokładność pomiarów wpływa in-

tensywność odbitej wiązki, która zależy m.in. od odległości skanera od obiektu oraz od kąta

padania wiązki dalmierczej.

Dodatkowo należy pamiętać, że zasłonięcie fragmentu obszaru skanowania przez inny

element (np. naroże, drzewo) powoduje powstanie tzw. cienia lub martwego pola. Aby wy-

pełnić pomiarem pustą przestrzeń należy tak zlokalizować kolejne stanowisko instrumentu,

aby wiązka pomiarowa dotarła do obszaru nieobjętego wcześniejszym pomiarem.

W przypadku wykonywania pomiarów na więcej niż jednym stanowisku konieczne jest

wykorzystanie w pracach terenowych dodatkowych akcesoriów pozwalających połączyć

chmury z różnych stanowisk – w jedną we wspólnym układzie współrzędnych. Różni produ-

cenci proponują różne rozwiązania w postaci specjalnych kul, czarno-białych znaczków lub

tarcz. W trakcie pomiarów TLS wykorzystano tarcze HDS firmy Leica (rys. 3.10) o średnicy

6 cali. Korzystano z obrotowych oraz płaskich tarcz HDS. Tarcze często są nazywane potocz-

nie „targetami”.

Rys. 3.2. Tarcze HDS firmy Leica w trakcie pomiaru klasycznego


36

Tarczom można przypisać współrzędne geodezyjne i stają się one wtedy tzw. punktami

georeferencyjnymi. Łączenie chmur można również wykonać także w oparciu o punkty cha-

rakterystyczne chmury (np. naroża) jest to jednak mniej dokładna metoda łączenia chmur.

Zagadnienie to dokładnie opisują Vosselman i Maas (2010).

Etapy pracy z wykorzystaniem techniki naziemnego skanowania laserowego można po-

dzielić na trzy etapy:

etap I: pozyskanie danych – w trakcie prac terenowych,

etap II: wstępna obróbka danych – połączenie chmur z różnych stanowisk, wyczysz-

czenie chmury ze zbędnych punktów,

etap III: docelowe przetworzenie chmury na potrzeby konkretnego opracowania – mo-

delowanie, tworzenie numerycznego modelu terenu (NMT), tworzenie przekrojów

itp.

Naziemne skanowanie laserowe znajduje aktualnie coraz szersze zastosowania. Jako przy-

kładowe można wymienić:

inwentaryzacja obiektów budowlanych (chłodni kominowych, kominów, budynków

mieszkalnych i usługowych itp.),

inwentaryzacja platform wiertniczych i rurociągów,

pomiar infrastruktury transportowej,

wyznaczanie przemieszczeń,

obliczenia mas ziemnych i urobku w kopalniach odkrywkowych,

pomiar rzeźby terenu i jej zmian,

inwentaryzacja zabytków,

leśnictwo,

kryminalistyka,

przemysł filmowy.

W pomiarach z wykorzystaniem skanerów laserowych należy wspomnieć o czynnikach

silnie determinujących dokładność bezreflektorowego pomiaru odległości. Przede wszystkim

należą do nich: odległość, współczynnik odbicia powierzchni i warunki atmosferyczne. Dla-

tego planując pomiary skanerem laserowym i chcąc uzyskać jak najdokładniejsze wyniki,

należy zoptymalizować przebieg pomiaru (liczbę stanowisk i odległość instrumentu od obiek-

tu) oraz moment pomiaru – uwzględnić warunki atmosferyczne.

Do zalet naziemnego skanowania laserowego należą:

duża liczba punktów,

pozyskiwanie danych w krótkim czasie, zwłaszcza w porównaniu z pomiarami kla-

sycznymi,

pozyskanie danych radiometrycznych,

brak konieczności bezpośredniego dostępu do obiektu.

Wadą naziemnego skanowania laserowego jest dokładność niższa niż w przypadku kla-

sycznych metod precyzyjnych. Drugim minusem, w przypadku obiektów „płaskich”, o mało

zróżnicowanej powierzchni, takich jak ściany oporowe jest możliwość wyznaczania prze-

mieszczeń tylko w kierunku prostopadłym do mierzonego obiektu.


37

3.3.4. Skanowanie w wyznaczaniu przemieszczeń

Duża liczba punktów z pomiarów TLS oraz stosunkowo krótki czas ich pozyskania w te-

renie, pomimo dokładności niższej niż w przypadku klasycznych pomiarów precyzyjnych,

zachęca specjalistów do wykorzystywania TLS w wyznaczaniu przemieszczeń.

Test dokładności skanera przeprowadzili Salo i in. (2008), w której skaner Faro LS 880

HE80 (impulsowy, fala o długości 785 nm) porównano z tachymetrem precyzyjnym Leica

TCA2003. Tachymetr i skaner były umiejscowione na przeciwnych końcach bazy testowej

o długości 80 m (rys. 3.3a). Na potrzeby testów wykonano specjalną tarczę jako cel dla po-

miarów skanerem laserowym. Tarcza była wykonana z płytki aluminiowej o grubości 5 mm

z naklejonym nadrukiem trójkątów wskazujących środek tarczy. Reflektor dalmierczy (Leica

GPR1) oraz tarcza były umieszczone na wózku pomiarowym (3.3b). Wózek był przemiesz-

czany co 10 cm w zakresie 1÷5 m długości bazy i co 45 cm w zakresie 5÷30 m. Analizie pod-

legała dokładność pomiaru odległości, która wyniosła 1,5 mm dla odległości do 4 m i 2,2 mm

dla odległości do 29 m.

Rys. 3.3. Baza i tarcze testowe (Salo i in., 2008)

Kamiński i in. (2008) sprawdzili możliwość wykorzystania skanera laserowego w badaniu

deformacji obiektów budowlanych. Różnice, jakie otrzymali autorzy, między wartościami

teoretycznymi i praktycznymi przemieszczeń na 20 m nie przekroczyły 1 mm, a na 80 m nie

przekroczyły 2 mm. Należy zaznaczyć, że pomiary były wykonywane do specjalnych tarcz,

służących do łączenia chmur z różnych stanowisk, będących w zestawie ze skanerem.

Publikacja Gordona i Lichtiego (2007) poświęcona jest modelowaniu danych z TLS

w wyznaczaniu deformacji budowlanych. Obiektem testów była belka obciążana statycznie.

Pomiar był jednocześnie wykonywany dwoma skanerami, metodą fotogrametryczną oraz

czujnikiem LVDT (Linear Variable Differential Transformer). Autorzy wysunęli wniosek, że

przy użyciu skanerów można wychwytywać przemieszczenia poniżej 3 mm. Należy zazna-

czyć, że pomiar TLS był wykonywany z niedużej odległości (6,4 m i 7 m).

Kowanic (2013) podejmuje próbę weryfikacji możliwości zastosowania naziemnego ska-

nowania laserowego do obserwowania stabilności naturalnie i sztucznie powstałych formacji

skalnych (w zakładach górniczych). W testach został wykorzystany model skanera Leica C10,

który również był wykorzystywany w ramach badań realizowanych w niniejszej pracy.

W badaniach pomierzono trzy obiekty:

monolityczną konstrukcję domu mieszkalnego wykonaną z betonu zbrojonego,

ścianę górniczą w kopalni odkrywkowej,

ścianę podziemną.


38

Pomiar polegał na wykonaniu następujących po sobie, powtórzonych pomiarów trzech obiek-

tów. Zakładając, że obiekty w tym czasie się nie przemieściły, ich modele powinny być takie

same. Różnice, które wystąpiły w powierzchniach (stworzonych na bazie punktów) są wskaź-

nikami niepewności uwzględniającymi niedokładność pomiaru i przetwarzania danych (mo-

delu powierzchni).

Otrzymane przez autora błędy (empiryczny błąd standardowy) wynoszą 1,8 mm dla po-

miaru konstrukcji żelbetowej i 4,4 mm dla ściany kopalni odkrywkowej. Dla przestrzeni pod-

ziemnej uzyskano błąd 10,3 mm przy pomiarze z odległości 130 m, 22, 4 mm dla odległości

170 m i 51,2 mm dla odległości 200 m.

Ciekawe rozwiązanie umożliwiające podniesienie dokładności pomiarów TLS proponują

Van Genechten i Schueremans (2009). Autorzy wykonali badania laboratoryjne nad techniką

TLS w pomiarach zabytków. Wykonali skanowanie murowanego łuku, na którym zamieścili

drukowane tarcze czarno-białe oraz tarcze HDS. Przemieszczenia zadawane suwmiarką były

następnie mierzone skanerem i tachymetrem bezreflektorowym do sztucznych celów. Analizę

danych ze skanowania wykonywano zarówno dla tarcz zamocowanych, jak i dla punktów

chmury.

Na podstawie prób w laboratorium stwierdzono, że przy użyciu TLS można wykryć prze-

mieszczenia rzędu 0,8 mm (Van Genechten i Schueremans, 2009). Jako zaletę skanowania

względem klasycznych metod pomiarowych wskazano pozyskanie informacji o generalnej

tendencji przemieszczenia. Autorzy stwierdzili, że wykrywanie przemieszczeń przy użyciu

sztucznych celów (tarcz) jest dwukrotnie dokładniejsze niż przy użyciu samej chmury. Dlate-

go zalecają stosowanie obu rozwiązań – sztuczne cele dostarczą dokładnej miary przemiesz-

czenia, a chmura pokaże ogólny trend odkształceń oraz strefy krytyczne. Należy zaznaczyć,

w kontekście zaskakująco małej wartości przemieszczenia rejestrowanej przez autorów za

pomocą TLS, że w artykule nie podano odległości skanera od mierzonego łuku. Jak wykazano

we wcześniejszych materiałach źródłowych odległość znacząco wpływa na intensywność

odbitej wiązki, a tym samym na dokładność pomiaru.

Publikację Abellana i in. (2009) można podzielić na dwa etapy: I – testowy i II – wdroże-

niowy. Przedmiotem I etapu było wyznaczenie przemieszczeń kształtów regularnych (sfera,

płaszczyzna) i nieregularnych. Różne kształty umieszczono w sposób trwały na tablicy, której

przemieszczenie (5, 10, 15, 20 i 25 mm) zadawano suwmiarką. Skanowanie wykonano z od-

ległości 50 m. Przemieszczenia z TLS wyznaczano w dwojaki sposób: na surowych danych

oraz na danych uśrednionych z 5×5 najbliższych punktów. Wyniki przedstawiono na rysunku

3.4.

Rys. 3.4. Przemieszczenia wyznaczone na podstawie surowych danych (z lewej) oraz na danych uśrednionych

z najbliższych sąsiadów (z prawej) dla przemieszczeń: a) 5 mm, b) 10 mm, c) 15 mm, d) 20 mm, e) 25 mm

(Abellan i in., 2009)

Drugim etapem było wyznaczenie przemieszczeń ściany skalnej na podstawie pomiaru TLS

(rys. 3.5).


39

Rys. 3.5. Wyznaczenie przemieszczeń ściany skalnej z dwóch sesji pomiarowych (III 2007 i IV 2007);

skala barw: niebieski – 0 m, czerwony – 1,5 m (Abellan i in., 2009)

Na podstawie przeprowadzonych testów autorzy stwierdzili, że błąd pomiaru skanerem

TLS wynosi 7,2 mm przy odległości skanowania 50 m, a błąd pomiaru wzrasta wraz ze wzro-

stem stopnia skomplikowania powierzchni. Może być to wynikiem niższej intensywności

odobitej wiązki i niekorzystnego kąta padania wiązki.

Możliwość wykorzystania naziemnego skanowania laserowego w pomiarach geometrii

zapór wodnych pokazali Alba i in. (2006). Natomiast Ioannidis i in. (2006) podjęli tematykę

wykorzystania TLS do pomiaru chłodni kominowych i analizy ich aktualnej geometrii. Nato-

miast wykorzystanie danych z naziemnego skanowania laserowego w monitorowaniu obiek-

tów w pobliżu głębokich wykopów i tuneli przedstawili Zaczek-Peplińska i in. (2013).

Zagadnienie pomiarów tuneli przy użyciu naziemnego skanowania laserowego opisują

Lindenbergh i in. (2009). W ramach badań zostały wykonane dwa skanowania tunelu. Pomię-

dzy pomiarami na ściany naklejono dodatkowe elementy (zakrętki, prostokątne płyty). W celu

wyeliminowania szumów chmurę poddano działaniu funkcji grid, ustalając rozmiar oczka

siatki na 15 cm. Następnie wyznaczono przemieszczenia, a wyniki poddano testowi staty-

stycznemu χ2. Punkty na poniższym rysunku w kolorze czerwonym to punkty, które pomię-

dzy epokami pomiarowymi wykazały niestabilność. Obszary te pokrywają się z miejscami

naklejenia elementów symulujących przemieszczenia (rys. 3.6).

Rys. 3.6. Wykrywanie przemieszczeń symulowanych sztucznymi elementami (Lindenbergh i in., 2009)

Ciekawe rozwiązanie pomiarowe tuneli przedstawiają Chmelina i in. (2012). Autorzy

stworzyli prototyp mobilnego systemu ORTHOS PLUS (rys. 3.7), w skład którego wchodzą

skaner TLS (Riegl albo Faro), aparat cyfrowy oraz tachymetr zrobotyzowany. Wszystkie ele-

menty są podłączone do komputera terenowego i zamontowane na mobilnej platformie.


40

Rys. 3.7. Prototyp systemu ORTHOS PLUS (Chmelina i in., 2012)

Karmarska i in. (2011) oraz Suchocki (2009) zaprezentowali możliwość wykorzystania

TLS do monitorowania brzegów klifowych. Porównanie techniki TLS i fotogrametrii na-

ziemnej w obserwacji klifu przedstawiają Lim i in. (2005).

3.4. NAZIEMNA INTERFEROMETRIA RADAROWA

3.4.1. Elementy technik radarowych

Szerokim studium poświęconym naziemnej interferometrii radarowej i jej użyteczności

w wyznaczaniu przemieszczeń jest monografia Gocała i in. (2013). Swoim zakresem obejmu-

je zarówno teoretyczne podstawy naziemnej techniki radarowej, jak i praktyczną realizację

wyznaczania przemieszczeń i ich opracowanie.

Nazwa radar ma swoje źródło w angielskim określeniu radio detection and ranging –

„wykrywanie i wyznaczanie odległości za pomocą fal radiowych”. Współczesne radary woj-

skowe i cywilne, oprócz odległości mogą wyznaczyć również kierunek, wielkość i prędkość

wykrytego obiektu. Odległość jest wyznaczana na podstawie pomiaru czasu od momentu wy-

słania impulsu do momentu powrotu jego echa. Echo powstaje wskutek odbicia fali od obiek-

tu. Parametrem opisującym zdolność obiektu do odbijania fal jest skuteczna powierzchnia

odbicia (Knott i in., 2004).

Radary dzielą się na aktywne i pasywne (Skolnik, 2002). Radar aktywny emituje sygnał

sondujący przez nadajnik, a następnie, wykorzystując zjawisko odbicia fal, wykrywa obiekt

przez odbiornik. W radarach aktywnych nadajnik i odbiornik są zintegrowane. Radary pa-

sywne jedynie odbierają sygnały emitowane przez inne nadajniki.

Istotnym parametrem radarów jest ich rozdzielczość odległościowa ΔR, którą można na-

zwać zdolnością urządzenia do rozróżniania dwóch obiektów będących blisko siebie. Roz-

dzielczość odległościowa jest minimalną odległością, w jakiej muszą znajdować się od siebie

dwa obiekty, aby zostały rozróżnione przez radar. Zależy ona głównie od czasu trwania emi-

towanego impulsu i jest obliczana według równania:

2

cR

(3.1)

gdzie:

τ – czas trwania impulsu

R – odległość między nadajnikiem a celem,

c – prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej.


41

Jak przedstawia rysunek 3.8, „systemy radarowe powinny rozróżniać obiekty oddalone od

siebie co najmniej o połowę długości impulsu” (Gocał i in., 2013).

Rys. 3.8. Obiekty znajdujące się w odległości D: a) mniejszej niż ΔR – jeden odbity sygnał obejmuje dwa

obiekty, b) większej niż ΔR – dwa odbite sygnały pochodzą od dwóch obiektów (Gocał i in., 2013)

Przeznaczenie i warunki pracy radaru są determinowane przez takie parametry jak często-

tliwość nośna f oraz długość fali λ. Duży zasięg radaru wymaga mocnego nadajnika, co ła-

twiej osiągnąć przy niskich częstotliwościach. Jednak niskie częstotliwości wymagają anten

o dużych rozmiarach. Na dokładniejsze pomiary odległości oraz wyższą rozdzielczość odle-

głościową pozwalają wyższe częstotliwości nośne. Pomiarom o wysokiej częstotliwości wy-

starczą anteny o stosunkowo małych rozmiarach.

Zastosowanie technik radarowych jest bardzo zróżnicowane i obecne w różnych dziedzi-

nach. Istnieją także ich geodezyjne zastosowania w wyznaczaniu przemieszczeń terenu lub

obiektów budowlanych. Urządzeniami wykorzystującymi techniki radarowe w geodezji są:

georadary służące do sondowań podpowierzchniowych (GPR – ground penetrating

radar),

radary do satelitarnego obrazowania powierzchni,

radary do naziemnego obrazowania powierzchni i obiektów budowlanych.

W obrazowaniu satelitarnym wykorzystuje się radary z antenami o aperturze syntetyzo-

wanej (SAR – synthetic aperture radar). Upraszczając, SAR jest „wirtualnym” zwiększeniem

anteny, osiąganym poprzez ruch anteny wzdłuż określonej bazy. Po odpowiednim przetwo-

rzeniu danych obraz pozyskany z anten SAR odpowiada obrazowi pozyskanemu z anten

o rozmiarach sięgających nawet kilku kilometrom. Zastosowanie anten SAR pozwala uzyskać

rozdzielczość azymutalną (Pieraccini i in., 2001). Aktualnie najpopularniejsze jest obrazowa-

nie powierzchni terenu techniką interferometrii SAR InSAR (IfSAR – interferometric SAR),

wykorzystującą przynajmniej dwa zespolone obrazy SAR tworzące interferogram.

Szerokie zastosowanie znajduje technika interferometrii różnicowej D-InSAR (differential

InSAR). Pozwala na obrazowanie i wykrywanie przemieszczeń z dokładnością centymetrową

lub milimetrową w dużej skali przestrzennej i czasowej. W technice D-InSAR porównywane

są interferogramy wykonane w różnych chwilach, ważnych ze względu na obserwowane zja-

wisko.

Techniki SAR oraz interferometria radarowa pierwotnie były wykorzystywane w obrazo-

waniu powierzchni terenu z poziomu satelitów i samolotów. Od kilkunastu lat znajdują zasto-

sowanie w naziemnych systemach radarowych do wykrywania przemieszczeń na dużych ob-

szarach. Przykładem ich zastosowania jest technologia GBSAR (ground-based SAR, naziem-

ny SAR) wykorzystywana od 2000 r. m.in. w systemie IBIS (Image by Interferometric

Survey). System opracowała włoska firma IDS (Ingegneria dei Sistemi) we współpracy

z Uniwersytetem we Florencji.


42

3.4.2. Podstawy działania systemu IBIS

Komercyjna wersja systemu IBIS pojawiła się w 2007 r., ale w literaturze naukowej in-

formacje o wyznaczaniu przemieszczeń techniką GBSAR pojawiały się od 2000 r. System

miał stać się alternatywą dla pomiarów punktowych wykonywanych czujnikami, dającą pełen

obraz powierzchni terenu lub jej zmian (Pieraccini i in., 2000; Gocał i in., 2013). Jako pod-

stawę systemu rozważano interferometrię różnicową D-InSAR.

Zastosowania GBSAR opisują Tarchi i in. (2003), Gocał i in. (2013). Dla każdego piksela

obrazu SAR rejestrowana jest wartość fazy niosąca informację o odległości między radarem

a terenem odpowiadającym pikselowi. Jeżeli pomiędzy dwoma obrazowaniami nastąpi prze-

mieszczenie obiektu, wówczas zaobserwowane zostanie przesunięcie fazy proporcjonalne do

przemieszczenia. Można je obliczyć, korzystając z równania (Gentile, 2010):

4d

(3.2)

gdzie:

d – przemieszczenie,

λ – długość fali radarowej,

Δφ – zmiana fazy.

Dwie kategorie zastosowań GBSAR przedstawiono w raporcie ETSI TR 102 522 (ETSI,

2006). Pierwsza kategoria obejmuje monitoring powierzchni osuwisk, stoków wulkanów oraz

deformacji będących wynikiem trzęsień ziemi lub osiadań gruntu. Monitoring obejmuje wiele

punktów jednocześnie. Ta kategoria pomiarów jest realizowana przez wersję IBIS-L systemu

(L – landslides), którego maksymalny zasięg wynosi 4 km. Wersja IBIS-L może być wyko-

rzystywana do monitoringu masywnych obiektów budowlanych, np. zapór wodnych (Alba

i in., 2008, Gocał i in., 2013). Druga kategoria obejmuje wyznaczanie przemieszczeń statycz-

nych oraz monitoring dynamiczny obiektów budowlanych. Do tych celów służy wersja sys-

temu IBIS-S (S – structures). W obu wersjach system może służyć zarówno do monitoringu

ciągłego, jak i okresowego.

Po wprowadzeniu zmian w systemie oraz dodaniu nowych rozwiązań, aktualnie na rynku

dostępne są nowsze wersje systemu: IBIS-FL (wcześniej IBIS-L) oraz IBIS-FS (wcześniej

IBIS-S), a także IBIS-FM – do ciągłych pomiarów ścian kopalni odkrywkowych, IBIS-FMT

– mobilna wersja IBIS-FM, FMP360 – zintegrowany system monitorujący kopalni odkryw-

kowych bazujący na wielu jednostkach radarowych (Gocał i in., 2013).

System IBIS jest wynikiem realizacji techniki GBSAR. W systemie pomiar wykonuje ra-

dar aktywny – wysyłający wiązkę mikrofalową o modulowanej skokowo częstotliwości

(SFCW – stepped frequency continuous wave) oraz odbierający wracające echo impulsu. Ra-

dar w wersji IBIS-L (sterowany przez komputer) porusza się skokowo po poziomej, prostoli-

niowej szynie (rys. 3.9). Tak jest syntetyzowana apertura anteny w kierunku osi x. Impulsy są

wysyłane sekwencyjnie w kolejnych, skokowych położeniach radaru. Dla każdego k-tego

położenia radaru na szynie i dla każdej i-tej częstotliwości pomiarowi i rejestracji podlega

sygnał zespolony Eik.

Dla każdego k-tego położenia radaru obliczana jest IDFT (Inverse Discrete Fourier

Transform, odwrotna dyskretna transformata Fouriera) dla sygnału zespolonego Eik. Elementy

IDFT (rys. 3.9) są rozmieszczone równomiernie w dziedzinie zasięgu i odległe od siebie

o wartość rozdzielczości odległościowej c/(2B), gdzie B to szerokość pasma częstotliwości.

Dla każdego n-tego punktu obrazowanej powierzchni wybierany jest m-ty element IDFT, dla

którego zasięg jest najbliższy odległości pomiędzy punktem n a położeniem radaru k. Wartość

tego elementu jest dodawana do wartości odniesionej do położenia k – 1. Zbiór wartości ze-


43

spolonego obrazu radarowego dla n punktów na danym obszarze jest otrzymywany na koniec

wszystkich k iteracji. Te wartości tworzą hologram, czyli zawierają informację o amplitudzie

i fazie (Pieraccini i in., 2001). Zrzutowane geometrycznie na płaszczyznę poziomą tworzą

tzw. mapę holograficzną.

Rys. 3.9 Obrazowanie GBSAR (Dei i in., 2009; Kuras, 2012)

Aby stworzyć interferogram i wyznaczyć przemieszczenia mierzonego obiektu, konieczne

jest wykorzystanie dwóch obrazów zespolonych SAR (Pieraccini i in., 2000; Tarchi i in.,

2000). Przyjmując założenie, że właściwości elektryczne obiektu się nie zmieniły, wówczas

przesunięcie fazowe Δφn na interferogramie jest wynikiem przemieszczenia n-tego piksela.

Technika GBSAR pozwala na bezpośredni pomiar składowej przemieszczenia tylko

w kierunku radialnym osi radaru. Jednak znajomość kąta αn, pomiędzy kierunkiem faktyczne-

go przemieszenia a linią od n-tego punktu do środka szyny, pozwala wyznaczyć faktyczne

przemieszczenie dn punktu n:

nn

nf

cd

cosπ4 c (3.3)

Ograniczenia obrazów uzyskanych techniką GBSAR wynikają z ograniczeń techniki po-

miarowej. Istotnymi parametrami są (rys. 3.10): rozdzielczość odległościowa ΔR – stała

w całym zakresie zasięgu oraz rozdzielczość azymutalna ΔA – malejąca wraz z odległością:

RA (3.4)

gdzie:

Δθ – rozdzielczość kątowa.

Z kolei rozdzielczość kątowa jest ściśle uzależniona od skanera liniowego zastosowanego

w GBSAR – od wartości pojedynczego kroku skanera oraz długości zastosowanej szyny.

Przemieszczenie obiektu jest wyznaczane na podstawie interferometrii realizowanej przez

porównanie dwóch obrazów zarejestrowanych w różnych chwilach. Szerokie pasmo często-

tliwości B zapewnia wysoką rozdzielczość odległościową, a ruch po szynie skanera liniowego

daje rozdzielczość azymutalną (Gocał i in., 2013).


44

Rys. 3.10. Rozdzielczość odległościowa i rozdzielczość azymutalna systemu GBSAR (Pieraccini i in., 2001;

Kuras, 2012; Gocał i in., 2013)

System IBIS tworzą cztery moduły: jednostka radarowa, moduł zasilający, moduł stero-

wania i rejestracji oraz skaner liniowy lub statyw (ETSI, 2006; Gocał i in., 2013). Moduły

systemu IBIS-L w trakcie pomiaru z kluczowymi elementami przedstawiono na rysunku 3.11.

Rys. 3.11. System IBIS-L w trakcie pracy

Moduł sterowania i rejestracji jest realizowany przez komputer terenowy z zainstalowa-

nym oprogramowaniem dla obu wersji systemu – IBIS-L Controller i IBIS-S Controller. Na

zdjęciu z prac terenowych (rys. 3.11) widoczna jest wersja IBIS-L ze skanerem liniowym.

W wersji IBIS-S nie ma skanera liniowego. Jego miejsce zajmuje statyw z ruchomą głowicą.

3.4.3. Charakterystyka sygnału i anten systemu IBIS

Sygnał emitowany przez system IBIS jest sygnałem koherentnym, poddanym modulacji

SFCW, co pozwala na wysyłanie fali o skokowej zmianie częstotliwości. Zakłócenia będące

wynikiem interferencji sygnału są znikome dzięki krótkiemu czasowi transmisji sygnału. Sze-

roko charakterystykę sygnału stosowanego w systemie IBIS opisują Gocał i in. (2013). Para-

metry charakteryzujące system IBIS przedstawia tabela 3.1.


45

Tab. 3.1. Charakterystyka systemu IBIS (ETSI, 2006; Gocał i in., 2013)

Parametr Pasmo Ku Pasmo X

Częstotliwość środkowa f0 17,200 GHz 10,550 GHz

Długość fali λ 17,42 mm 28,41 mm

Szerokość pasma częstotliwości B * 200 MHz ** 100 MHz

Rozdzielczość odległościowa ΔR * 0,75 m **

1,5 m

Rozdzielczość kątowa Δθ (tylko IBIS-L) * 4,3 mrad 7,1 mrad

Rozdzielczość azymutalna ΔA (tylko IBIS-L) * 1,09 m (na 250 m) 1,78 m (na 250 m)

Maksymalne jednoznaczne przemieszczenie ±λ/4 ±4,36 mm ±7,11 mm

* Wartości są dobierane odpowiednio do potrzeb pomiaru; tabela zawiera maksymalne możliwe wartości.

** Praktycznie urządzenie pracujące w paśmie Ku pozwala na osiągnięcie maksymalnej rozdzielczości od-

ległościowej 0,5 m, jednak wymaga to zastosowania pasma o szerokości B = 300 MHz.

Istotną częścią omawianego systemu radarowego są wykorzystywane w nim anteny mi-

krofalowe. Antena jest urządzeniem, które:

podczas nadawania skupia promieniowaną energię w wiązkę o określonych kształcie,

podczas odbioru gromadzi energię sygnału echa i dostarcza ją do odbiornika (Skolnik,

2002).

Do głównych parametrów anten należą zysk kierunkowy i zysk energetyczny (zysk ante-

ny). Zysk kierunkowy to stosunek gęstości promieniowania w określonym kierunku do śred-

niej gęstości. Zysk energetyczny zależy od właściwości kierunkowych anteny oraz od zdolno-

ści anteny do przetwarzania energii dostarczonej i dalej wysyłanej w przestrzeń (Gocał i in.,

2013).

Charakterystyka promieniowania anten z reguły jest przestawiana w biegunowym lub pro-

stokątnym układzie współrzędnych w skali logarytmicznej. Najczęściej prezentuje się tzw.

charakterystyki azymutalne i elewacyjne. W systemie IBIS, który został wykorzystany do

badań w ramach niniejszej pracy, dostępne są dwa komplety anten – IBIS-ANT1

i IBIS-ANT4. Ich charakterystyki przedstawiono na rysunku 3.12 (Gocał i in., 2013).

Rys. 3.12. Charakterystyki anten według IDS (2012), zgodne z raportem ECC (2007): a) IBIS-ANT1 – elewa-

cyjna, b) IBIS-ANT1 – azymutalna, c) IBIS-ANT4 – elewacyjna, d) IBIS-ANT4 – azymutalna

W systemie IBIS (rys. 3.11) zastosowano anteny tubowe (rożkowe), które redukują nieko-

rzystne odbicia oraz umożliwiają łagodne przejście fali do otwartej przestrzeni. Głównymi


46

zaletami anten tubowych są niewielka masa i prosta konstrukcja, duży zysk energetyczny oraz

niewielki współczynnik fali stojącej (Szóstka, 2000; Gocał i in., 2013).

W radarze IBIS są stosowane pary anten tubowych mikrofalowych. Wybór modelu anten

(o określonej charakterystyce) determinują warunki terenowe i charakter mierzonego obiektu.

„Dostępne są anteny przeznaczone do pracy zarówno w paśmie Ku, jak i w paśmie X (tab.

4.2). Szerokość wiązki -3 dB oznacza zakres kątowy, w którym zysk energetyczny jest więk-

szy niż 50% maksymalnego zysku (kąt HPBW – half power beam width), natomiast -10 dB

oznacza zakres, w którym zysk energetyczny jest większy niż 10% maksymalnego zysku (kąt

OTPBW – one-tenth power beam width). Aby optymalnie wykorzystać energię wiązki rada-

rowej, urządzenie powinno być tak usytuowane w stosunku do obiektu, żeby jego część pod-

legająca obserwacji znalazła się w szerokości wiązki -3 dB. Z tego powodu odległość instru-

mentu od obiektu, jak również jego nachylenie powinny być dobierane w zależności od zasto-

sowanego typu anteny” (Gocał i in., 2013).

W wersji IBIS-L jest stosowana apertura syntetyzowana. Poruszanie się radaru po szynie

(odcinek Ls) pozwala oświetlić promieniowaniem większy obszar (rys. 3.13). Antena rzeczy-

wista wysyłająca wiązką o szerokości ΔΘr oświetla obszar o rozpiętości R·ΔΘr. Po zastoso-

waniu SAR rozdzielczość azymutalna anteny wynosi:

sΘRA (3.5)

a szerokość wiązki anteny syntetyzowanej ΔΘs wyznacza się według wzoru:

ss

2LΘ

(3.6)

Rys. 3.13. Realizacja anteny syntetyzowanej: a) rozpiętość anteny, b) szerokość wiązki

(Czekała, 1999; Gocał i in., 2013)

3.4.4. System IBIS w wyznaczaniu przemieszczeń

Zaletami systemu IBIS, podawanymi przez producentów, w porównaniu z wykorzystywa-

nymi dotychczas metodami pomiarów i monitoringu, są (IDS, 2012; Gocał i in., 2013):

możliwość zdalnego pomiaru bez konieczności bezpośredniego dostępu do obiektu,

rozdzielczość odległościowa i azymutalna umożliwiająca identyfikację wielu punktów

w obszarze pomiaru,

częstotliwość próbkowania (w wersji IBIS-S),

bezpośrednie wyznaczenie przemieszczeń w czasie rzeczywistym,

dokładność wyznaczenia przemieszczeń md ≤ 0,1 mm, zależna od intensywności odbi-

tego sygnału,

niezależność pracy radaru od pory dnia i warunków atmosferycznych.


47

Gocał i in. (2013) opisują badania oceny dokładności wyznaczania przemieszczeń. Wyko-

nano testy porównawcze systemu IBIS z tachymetrem precyzyjnym Leica Wild TC2002, in-

terferometrem laserowym Agilent HP 5529A, wibrometrem laserowym Polytec RSV-150

oraz elektronicznym przymiarem suwmiarkowym Preisser DIGI-MET. Dla obu wersji syste-

mu IBIS została potwierdzona dokładność wyznaczania przemieszczeń na poziomie

md = 0,1 mm. Należy zaznaczyć, że w trakcie testów uwidocznił się znaczący wpływ warun-

ków atmosferycznych na otrzymywane wyniki. Dlatego stwierdzono konieczność stosowania

reflektora referencyjnego umożliwiającego korektę atmosferyczną. Zakładane dokładności

wyznaczenia przemieszczeń otrzymano po wprowadzeniu korekt atmosferycznych.

Wersja IBIS-S systemu jest przeznaczona do pomiarów obiektów wydłużonych – mosto-

wych i wieżowych. Szereg takich zastosowań można znaleźć w literaturze. Wśród pomiarów

obiektów mostowych można przytoczyć prace Kurasa in. (2011), Ćwiąkały i in. (2011), Kura-

sa i in. (2012), Kurasa (2012), Puniach i in. (2013), Gocała i in. (2013). Pomiary obiektów

wieżowych z wykorzystaniem systemu IBIS-S opisują: Kuras i in. (2010), Kuras (2012), Go-

cał i in. (2013), Kuras i in. (2014) oraz Kuras i Wójcik (2014).

Gocał i in. (2013) opisują pomiar zapory wodnej w Solinie z wykorzystaniem systemu

IBIS-L. W trakcie pomiaru autorzy stwierdzili znaczący wpływ warunków atmosferycznych

na wyniki. Ich wpływ można w znacznym stopniu wyeliminować dzięki obserwacji punktów

stałych. Mimo utrudnień autorzy stwierdzają, że obiekty monolityczne mogą być obserwowa-

ne z dokładnością 0,1 mm w wielu punktach jednocześnie, co jest niewątpliwą zaletą metody

naziemnej interferometrii radarowej (Gocał i in., 2013).

Również Alba i in. (2008) podjęli temat monitorowania zapory przy użyciu naziemnej in-

terferometrii radarowej (rys. 3.14). Radar był ustawiony na stanowisku w odległości 400 m od

zapory przez 37 godzin.

Rys. 3.14. Radar IBIS-L w trakcie pomiaru (a) oraz przemieszczenia punktów wybranych do obserwacji (b)

(Alba i in., 2008)

Wykorzystanie radaru IBIS-L do pomiaru osuwisk w Pirenejach przedstawiają Crosetto

i in. (2013) oraz Monserrat i in. (2013). Również inni autorzy opisują możliwość wyznaczenia

ruchu mas ziemnych przy użyciu systemu IBIS-L: Leva i in. (2003), Tarchi i in. (2003), Ca-

sagli i in. (2010). System IBIS-L był również wykorzystywany do monitoringu zboczy wul-

kanu (Casagli i in., 2009) oraz do monitoringu lodowca (Luzi i in., 2007).

Publikacja Rödelsperger (2011) jest w całości poświęcona naziemnej interferometrii rada-

rowej z aperturą syntetyzowaną. Autorka opisuje podstawy teoretyczne stosowanej technolo-

gii oraz testy i zastosowania praktyczne systemu IBIS-L.


48

3.5. POMIARY ŚCIAN OPOROWYCH W LITERATURZE

Zagadnienie pomiaru konstrukcji oporowych przedstawiają Koerner i Koerner (2011). Au-

torzy opisują różne metody pomiarów ścian oporowych, zaczynając od klasycznych metod

geodezyjnych (kątowo-liniowych, niwelacyjnych), przez piezometry i czujniki fizyczne, po

mało w Polsce rozpowszechnione czujniki światłowodowe (rys. 3.15).

Rys. 3.15. System TenCate GeoDetect bazujący na czujnikach światłowodowych: a) komponenty systemu

b) monitoring ściany oporowej (Koerner i Koerner, 2011)

Autorzy zaznaczają, że systemy pomiarowe mogą być montowane zarówno na etapie bu-

dowy obiektu, jak i w trakcie jego eksploatacji. W artykule pada stwierdzenie, dotyczące mo-

nitorowania konstrukcji oporowych, że „lepiej późno niż wcale”. Oczywiście zaplanowanie

systemu pomiarowego i jego realizacja na etapie budowy daje większe możliwości pomiaro-

we.

Inna publikacja Koernera i Koernera (2009) jest raportem poświęconym łącznie 82 uszko-

dzeniom różnego typu konstrukcji oporowych. Z łącznej liczby uszkodzonych obiektów 23

były wynikiem nadmiernego odkształcenia. Wszystkie z nich powinny były zostać objęte po-

miarem.

Gerber i in. (2012), powołując się na różne organizacje i agencje podają interwały czaso-

we, w jakich ściany oporowe powinny być poddawane inspekcji. Okresy te wynoszą dwa,

trzy, pięć lub dziesięć lat. Dodatkowymi czynnikami wpływającymi na odstępy pomiędzy

inspekcjami są kondycja i rozmiar obiektu oraz wyniki wcześniejszych kontroli.

W polskiej literaturze tematykę wyznaczania deformacji ścian oporowych podejmuje

Wolski (2006), który wskazuje dwie metody wyznaczania deformacji ścian szczelinowych –

geodezyjną i inklinometryczną. Geodezyjny wyznaczenie deformacji obudowy wykopu we-

dług Wolskiego (2006) jest połączeniem dwóch metod pomiarowych – wcięcia wstecz

(z dwóch punktów) i następnie wcięcia w przód. Metoda geodezyjna wymaga widoczności

mierzonego obiektu. Gdy ścianka jest zasypana, zabudowana lub zagłębiona, pozostaje meto-

da inklinometryczna.

W 2005 roku firma Leica Geosystems (2005) wykonała dwukrotne skanowanie muru

oporowego w odstępie 6 miesięcy przy drodze kolejowej Dublin-Belfast. W terenie, przy

użyciu technik satelitarnych, została założona osnowa lokalna. Na podstawie chmur punktów

zostały wygenerowane przekroje stanowiące podstawę porównania dwóch pomiarów.

Wykorzystanie jednej z najnowocześniejszych technik pomiarowych w wyznaczaniu

przemieszczeń ścian oporowych przedstawiają Hallermann i in. (2014), Hallermann i Mor-

genthal (2014) oraz Hallermann i in. (2015). Autorzy wykonali pomiar 180-metrowego muru

kamiennego z wykorzystaniem bezzałogowego systemu latającego UAS (Unmanned Aerial

Systems) (rys. 3.16).


49

Rys. 3.16. System AscTec (a), parametry przeprowadzonego nalotu (b),

plan nalotu z punktami wiążącymi (c) (Hallermann i in., 2014)

Jeden przelot UAS trwał około 8 minut. Wykorzystano system niemieckiej firmy Ascen-

ding Technologies (AscTec, 2015). Kamera jest zamieszczona w centralnym punkcie jednost-

ki latającej, pomiędzy ramionami ze śmigłami (rys. 3.16a). Statek jest także wyposażony

w jednostkę IMU, kompas i moduł GPS. Pozyskane dane posłużyły do stworzenia siatki TIN

na mierzonym obiekcie (rys. 3.17).

Rys. 3.17. Model TIN stworzony na podstawie zdjęć (Hallermann i in., 2014)

W celu sprawdzenia użyteczności UAS do wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych ruch

fragmentów muru był imitowany przy pomocy kartonów mocowanych na jego powierzchni.

Rys. 3.18. Porównanie wyników dwóch pomiarów; skala barw:

kolor niebieski (-15 cm) ÷ kolor czerwony (+15 cm) (Hallermann i in., 2014)

Na rysunku 3.18 zmiany oznaczone kolorem niebieskim, to miejsca przyklejenia kartonu,

natomiast kolor czerwony wskazuje element, który został wyjęty po pierwszym nalocie.


50

Podany przez autorów błąd wyznaczonego przemieszczenia wynosi 10 mm dla kierunku pro-

stopadłego do ściany. Według autorów zaletami wykorzystania UAS do pomiarów inżynier-

skich obiektów wielkoskalowych są: krótki czas pozyskania danych, brak utrudnień w użyt-

kowaniu obiektu w trakcie pomiaru (np. brak konieczności zamknięcia drogi) oraz niższy

koszt pozyskania danych niż w przypadku metod klasycznych.

Monitoring ściany oporowej w rejonie aktywnym sejsmicznie opisują Sandri i in. (2002).

Ściana była kontrolowana przy pomocy inklinometru oraz pomiarów geodezyjnych. Punkty

do pomiarów klasycznych, znakowane na froncie ściany, były zlokalizowane na trzech blo-

kach, w trzech pionowych liniach na każdym, a każda linia zawierała 4 punkty.

Pomiar techniką fotogrametryczną jednej z największych ścian oporowych w Europie

przedstawił Armer (2001). Ściana w północnej Walii ma 220 m długości i 35 m wysokości.

Podjęto decyzję o obserwacji konstrukcji zarówno w trakcie budowy, jak i po jej zakończeniu.

Ze względu na rozmiar obiektu oraz stromość zbocza stwierdzono, że geometria dla pomia-

rów klasycznych będzie zbyt niekorzystna. Zdecydowano się na wykorzystanie technik foto-

grametrycznych oraz wyniesienie kamery (przy pomocy helikoptera) powyżej poziomu drogi,

co poprawiło geometrię pomiaru fotogrametrycznego.

Obecnie firmy komercyjne oferują usługi w zakresie pomiaru ścian oporowych. Firma

MTE [I9] wykonuje pomiary przemieszczeń różnych obiektów budowlanych, w tym ścian

oporowych. Firma AHMCT [I12] oferuje szeroki wachlarz usług związanych

z utrzymaniem i kontrolą infrastruktury drogowej. Natomiast firma Strainstall [I10] oferuje

monitorowanie ścian oporowych z wykorzystaniem piezometrów, różnego rodzaju czujników

oraz pochyłomierzy.

51

4 Pomiar klasyczny ścian oporowych

4.1. OBIEKT TESTOWY

4.1.1. Opis obiektu

Pierwszym mierzonym obiektem (oznaczenie Mce) była niewielka, typowa dla Małopol-

ski, ściana oporowa zlokalizowana przy drodze zbiorczej, zabezpieczająca zabudowane zbo-

cze. Ściana ma długość 95 m, wysokość 4,5 m (ponad poziomem gruntu) i grubość 0,5 m

(rys. 4.1).

Rys. 4.1. Ściana oporowa przy drodze zbiorczej – obiekt Mce

Mur wykonano technologią ścian żelbetowych monolitycznych (torkret zbrojony siatką),

kotwionych przy pomocy kotew gruntowych o długości 10 m i kącie nachylenia względem

poziomu 10° (Projekt MP-07, 2003). Pochylenie muru wynosi 1:10 w kierunku stoku. Na

tylnej ścianie muru zastosowano drenaż z geowłókniny. W trakcie prac realizacyjnych ściana

oporowa była wykonywana etapami, przy czym elementy wcześniej wykonane łączono mo-

nolitycznie z następnymi dzięki wypuszczonym prętom zbrojeniowym (Projekt MP-07,

2003). Mur jest wykończony warstwą otuliny (5 cm) i podzielony 6 szczelinami dylatacyjny-

mi. Przekrój przez obiekt oraz przez pojedynczy kotwiony segment obrazuje rysunek 4.2.

W pobliżu ściany przedstawionej na rysunku 4.1 znajdują się ekrany dźwiękochłonne dro-

gi ekspresowej odległe od ściany o ok. 9,5 m. Horyzont do ewentualnych pomiarów GNSS

jest mocno ograniczony. Obiekt jest zlokalizowany w dolinie rzeki Raby, która w tym rejonie

ma przebieg południkowy, co dodatkowo niekorzystnie wpływa na widoczność satelitów. Na

podstawie analizy sytuacji wybrano następujące techniki pomiarowe:

niwelacja precyzyjna,

wcięcia kątowe w przód,

naziemne skanowanie laserowe.

4. Pomiar klasyczny ścian oporowych

52

Rys. 4.2. Przekrój przez obiekt Mce (a) i pojedynczy kotwiony segment (b) (Projekt MP-07, 2003)

Obiekt został pomierzony w trzech sesjach pomiarowych:

w styczniu 2013 r. – dalej oznaczenie Mce1,

w czerwcu 2013 r. – dalej oznaczenie Mce2,

w styczniu 2014 r. – dalej oznaczenie Mce3.

Pierwsza sesja pomiarowa (Mce1) trwała trzy dni. Pierwszego dnia (05.01.2013) naklejo-

no tarcze celownicze, wykonano pomiar sieci oraz naziemne skanowanie laserowe. Drugiego

dnia (16.01.2013) wykonano połowę wcięć kątowych w przód. Trzeciego dnia (20.01.2013)

dokończono pomiar wcięć oraz wykonano niwelację obiektu.

Druga sesja pomiarowa (Mce2) również trwała trzy dni. Pierwszego dnia (20.06.2013)

wykonano naziemne skanowanie laserowe. Drugiego dnia (10.07.2013) wykonano połowę

pomiaru metodą wcięć oraz niwelację. Trzeciego dnia (16.07.2013) wykonano pozostałe

wcięcia oraz powtórzono niwelację, gdyż poprzednia okazała się niewystarczająco dokładna.

Trzecia sesja pomiarowa (Mce3) trwała dwa dni. Pierwszego dnia (03.01.2014) wykonano

naziemnego skanowanie laserowe oraz niwelację obiektu. Drugiego dnia (08.01.2014) wyko-

nano pomiar wcięć kątowych.

4.1.2. Przebieg pomiaru

W trakcie pomiarów wykorzystywano sprzęt pomiarowy najwyższej klasy dokładności.

Specyfikację używanych instrumentów przedstawiono w tabeli 4.1.

Tab. 4.1. Specyfikacja sprzętowa (na podstawie danych technicznych instrumentów) [I11]

Leica Wild TC2002

Leica TCA2003

błąd pomiaru kąta

błąd dalmierza

mα = 0,5”

md = 1 mm + 1 ppm

Leica TCRA1102plus błąd pomiaru kąta mα = 2,0”

Leica DNA03

błąd pomiaru na 1 km podwójnej niwelacji:

- przy użyciu łat inwarowych

- przy użyciu łat fiberglasowych

mhi = 0,3 mm

mhf = 1,0 mm

Pionownik optyczny

Leica GRZ3

błąd centrowania reflektora

błąd pionownika na 1,5 m

mc = 0,3 mm

mp = 0,5 mm

Na potrzeby badań obiektu Mce została założona lokalna sieć kontrolna. Jej pomiar wy-

konano instrumentem TC2002 z trzech stanowisk (P1, P2, P3). Kąty i boki zostały pomierzo-

ne przynajmniej w dwóch seriach. Po wyrównaniu sieci (w programie GEONET), błąd poło-

żenia najsłabiej wyznaczonego punktu wyniósł 0,4 mm. Szkic sieci wraz z elipsami błędów


53

(rys. 4.3) oraz wyniki wyrównania (tab. 4.2) przedstawiono poniżej. Dokładność centrowania

można zwiększyć, stosując rozwiązanie, zaproponowane np. przez Gruszczyńskiego (2015).

Tab. 4.2. Wyniki wyrównania sieci Mce

Nr X [m] Y [m] mp [mm]

P1 131,6637 101,0246 0,3

P2 100,0000 100,0000 0,0

P3 69,0582 100,4120 0,3

P11 128,6312 100,0000 0,3

P12 102,4915 100,4984 0,2

P13 64,8830 99,9033 0,4

Rys. 4.3. Szkic sieci kontrolnej z elipsami błędów

Obiekt wraz z otoczeniem, przedstawiony na fotografii (rys. 4.1), tłumaczą niekorzystny

kształt sieci. Punktami podstawowymi sieci są punkty P1, P2, P3. Punkty P11, P12, P13 zo-

stały założone jako punkty rezerwowe na wypadek zniszczenia punktów podstawowych. Po-

nieważ żaden punkt nie został zniszczony, punkty rezerwowe nie były wykorzystane. W ko-

lejnym etapie pomiaru punkty sieci (P1, P2, P3) służyły jako punkty bazy do wcięć kątowych

przestrzennych w przód.

Z powodu niewielkich rozmiarów sieci oraz niewielkiej liczby punktów w sieci stabilność

punktów sprawdzano w kolejnych sesjach pomiarowych kontrolując odległości między punk-

tami oraz kąty pomiędzy bokami sieci kontrolnej. Nie stwierdzono ruchu punktów sieci prze-

kraczającego dokładność pomiaru.

Na obiekcie były mierzone grupy punktów znakowane w dwojaki sposób. Pierwsza meto-

da znakowania to tarcze celownicze (rys. 4.4a) umieszczone trwale na obiekcie (19 punktów).

Druga grupa punktów (rys. 4.4b) znakowana była laserem w danej serii pomiarowej (62 punk-

ty). W opracowaniu wyników wszystkie punkty służyły do kontroli zachowania się konstruk-

cji w czasie oraz do analizy porównawczej wyników ze skanowania, m.in. były punktami

odniesienia względem płaszczyzn wpasowanych w chmury punktów z naziemnego skanowa-

nia laserowego.

Rys. 4.4. Sposób znakowania punktów wcinanych: a) tarcza celownicza, b) znakowanie laserem


54

Wszystkie punkty mierzone były w każdej serii metodą wcięcia przestrzennego w przód.

Punkty znakowane tarczami celowniczymi mają numery 101-120, a laserem – 201-261. Roz-

kład punktów na obiekcie przedstawiono na rysunku 4.5.

Rys. 4.5. Obiekt pomiarowy z zaznaczonymi punktami pomiarowymi

(rysunek w powiększeniu jest zamieszczony w załączniku 1 do pracy)

Na rysunku 4.5 zaznaczono trzy rysy biegnące praktycznie przez cały obiekt oraz pionowe

szczeliny dylatacyjne dzielące obiekt na bloki. W dalszej części pracy przyjęto numerację

bloków od lewej (B1-B7). Rozmieszczenie punktów dostosowano do przebiegu i rozmiarów

bloków oraz rys tak, aby odzwierciedlały ruch obiektu i uwzględnienie obszarów nieciągłości

i widocznych deformacji.

Na obiekcie jeden punkt odbiega swoim numerem od reszty – to punkt 1005. Jest on zna-

kowany laserem, mimo że w tym miejscu pierwotnie naklejono tarczę celowniczą. Jednak po

rozstawieniu instrumentu okazało się, że celowa jest zasłonięta przez latarnię, w związku

z czym tarczę zastąpiono punktem znakowanym laserem. Natomiast punkt 104, znakowany

tarczą celowniczą został zniszczony, w związku z tym nie był mierzony w kolejnych seriach.

Ścisna jest zorientowana w kierunku północ (strona prawa) – południe (strona lewa).

W dalszej treści pracy, przy opisie obiektu i wyników pomiaru obiekt będzie opisywany przy

użyciu określeń stron (prawa i lewa) z punktu widzenia ściany od strony odpowietrznej.

Łączna długość obiektu wynosi 95 m, dlatego wybrano dwie bazy pomiarowe oparte na

punktach P1-P2 oraz P2-P3. W trakcie pomiaru były wykorzystywane trzy instrumenty:

TC2002 i TCA2003, którymi jednocześnie wykonywane były wcięcia oraz tachymetr

TCRA1102plus, którego rolą było znakowanie punktów laserem (rys. 4.6).

Rys. 4.6. Instrumenty w trakcie pomiaru Mce1

Ponieważ plamka generowana przez laser wbudowany w instrument jest zbyt duża do po-

miarów o wysokiej precyzji, na lunetę instrumentu zakładano laser DL2 firmy Leica, o regu-

lowanych intensywności i rozmiarze plamki. Dla optymalizacji widoczności celu z dwóch baz


55

pomiarowych (trzy stanowiska), instrument z laserem zlokalizowano na trzech stanowiskach,

zgodnie z rysunkiem 4.7. Pomiary kątowe były wykonywane przez dwie osoby, dlatego trzeci

instrument zawsze musiał być w pobliżu jednego z dwóch stanowisk danej bazy.

Rys. 4.7. Szkic lokalizacji stanowisk instrumentu sygnalizującego punkty laserem; L – stanowiska lasera

W trakcie pierwszego pomiaru (Mce1) ustalono lokalizację punktów znakowanych lase-

rem. W kolejnych sesjach pomiarowych wyznaczano współrzędne stanowiska instrumentu

znakującego punkty laserem metodą wcięcia wstecz do punktów sygnalizowanych tarczami

celowniczymi, a następnie tyczono nim punkty znakowane laserem w pierwszym pomiarze.

Z uwagi na niewielkie odległości punktów sieci od ściany oporowej, geometria wcięć

punktów skrajnych była niekorzystna. Szkic geometrii najbardziej niekorzystnych wcięć

przedstawiono na rysunku 4.8.

Rys. 4.8. Szkic geometrii wcięć punktów skrajnych

W trakcie pomiarów starano się osiągnąć jak najwyższą dokładność pomiaru kierunku. Na

podstawie analizy par spostrzeżeń dokładność pomiaru pojedynczego kierunku wyniosła:

dla tarcz celowniczych mK’ = 4,7cc

,

dla punktów sygnalizowanych laserem mK” = 2,6cc

.

Z prawa przenoszenia błędów przeciętny błąd położenia punktu na ścianie wyniósł 0,9 mm,

a maksymalny – 2,6 mm. Maksymalny błąd położenia dotyczył skrajnych punktów, tj. 201,

202, 260, 261.

Uwzględniając błąd punktów sieci (0,3 mm), błąd centrowania (0,5 mm) oraz błąd wcięcia

w przód (0,9 mm), przeciętny błąd położenia punktu znakowanego na ścianie Mce wyniósł

1,1 mm.

Niwelację obiektu wykonano przy użyciu cyfrowego niwelatora precyzyjnego Leica

DNA03. Uwzględniając krótki odcinek niwelacji i niewielkie nachylenie terenu zdecydowano

się na użycie łat kodowych fiberglasowych.

Niwelację nawiązano do reperu osadzonego na budynku mieszkalno-usługowym oddalo-

nym od obiektu około 50 m. Budynek z reperem znajduje się poza ścianą oporową. Wykona-

no niwelację reperów osadzonych na obiekcie zgodnie z rysunkiem 4.9.

Wyrównanie niwelacji wykonano w programie GEONET. Maksymalne błędy wyznaczo-

nych wysokości reperów po wyrównaniu poszczególnych sesji wynoszą:

sesja Mce1: 0,2 mm,

sesja Mce2: 0,2 mm,

sesja Mce3: 0,5 mm.

Wyznaczone wysokości służyły do kontroli przemieszczeń pionowych obiektu oraz do wy-

znaczenia wysokości osi celowej instrumentów w trakcie pomiarów wcięć kątowych.


56

Rys. 4.9. Szkic rozmieszczenia reperów na obiekcie Mce

4.1.3. Przemieszczenia punktów mierzonych klasycznie

Dla punktów znakowanych tarczami celowniczymi wyznaczono trzy składowe przemiesz-

czeń zgodne z kierunkami osi lokalnego układu współrzędnych. Tabelę z wartościami prze-

mieszczeń punktów kontrolowanych obiektu Mce zamieszczono w załączniku 2. Składowe

poziome zostały zobrazowane w pierwszej kolejności na poniższych rysunkach.

Uwzględniając błąd położenia punktu na ścianie Mce równy 1,1 mm, na podstawie prawa

przenoszenia błędów błąd wyznaczonego przemieszczenia wynosi 1,5 mm.

Przemieszczenie w kierunki osi X jest rysowane linią poziomą, a w kierunku osi Y – linią

pionową. Kierunek ku górze odpowiada ruchowi punktu w stronę gruntu („cofnięciu się”),

a kierunek ku dołowi oznacza ruch punktu od gruntu. Dla każdego punktu podana jest kolo-

rem zielonym wartość wypadkowa wektora poziomego.

Składowa pionowa przemieszczeń tarcz celowniczych nie została zobrazowana na rysun-

kach. Ruch pionowy tych punktów nie przekroczył wartości 1,1 mm, więc jest na granicy lub

poniżej wyznaczonej dokładności pomiaru. Dodatkowo na tym obiekcie są zastabilizowane

23 repery (rys. 4.9), pozwalające na dokładniejsze wyznaczanie ruchów pionowych ściany.

Przemieszczenia w epoce pomiarowej 1-2

Przemieszczenia poziome punktów obiektu Mce w epoce pomiarowej 1-2 przedstawia ry-

sunek 4.10. Największy ruch zaobserwowano dla punktu 112, którego wartość wypadkowa

wynosi 4,6 mm. Wypadkowe przemieszczenie mieszczące się w przedziale od 3 do 4 mm

stwierdzono dla punktów 106, 107, 118. Punkty 101, 102, 111, 113, 115, 119, 120 wykazują

ruch od 2 do 3 mm. Wartość wypadkowa pomiędzy 1 a 1,5 mm jest właściwa punktom 103,

110, 117. Poniżej granicy dokładności wyznaczono przemieszczenie dla czterech punktów:

108, 109, 114, 116 (z łącznej liczby 18 tarcz celowniczych).

Wszystkie punkty znajdujące się na zewnętrznych krawędziach bloków (16 punktów) wy-

kazują tendencję ruchu wzdłuż osi X na zewnątrz bloków i wskazującą na ich rozciąganie.

Zdecydowana większość punktów wykazuje ruch po osi Y w kierunku do gruntu (rys. 4.10).

Tylko punkt 110 wykazuje ruch przekraczający granicę błędu w stronę od gruntu. Punkty 107,

108, 118, 119 wykazują ruch od gruntu, jednak znacznie poniżej granicy dokładności.

Rys. 4.10. Przemieszczenia poziome punktów znakowanych tarczami celowniczymi pomiędzy pomiarami 1 i 2

– dla każdego punktu podana jest wartość wypadkowa poziomego wektora przemieszczeń


57

Lokalizacja punktów znakowanych laserem była odtwarzana przez tyczenie współrzęd-

nych tych punktów z pierwszego pomiaru. Odtwarzalność położenia punktów, uwzględniając

niedokładność wcięcia wstecz instrumentu tyczącego oraz niedokładność tyczenia, była na

poziomie 3 cm. Przy tak wykonanym pomiarze analizie przemieszczeń można poddać tylko

współrzędną Y, która dla punktów na obiekcie nie zmienia się na tyle dynamicznie, aby zmia-

na lokalizacji punktu znakowanego laserem nawet o 3 cm miała znaczący wpływ na jej war-

tość. W pierwszym pomiarze obiektu lokalizację punktów dobrano tak, aby odzwierciedlały

ruch obiektu, ale nie były umiejscowione np. na samej rysie – wówczas zmiana lokalizacji

punktu o 3 cm skutkowałaby znaczącą zmianą współrzędnej Y.

Rys. 4.11. Przemieszczenia punktów znakowanych laserem w epoce pomiarowej 1-2 w kierunku osi Y

Przemieszczenia punktów znakowanych laserem obrazuje rysunek 4.11. Zaledwie 13% (8

z 62) punktów znakowanych laserem wykazało ruch w stronę od gruntu – przy czym jest to

ruch poniżej granicy dokładności. Wszystkie pozostałe punkty wyzkazały ruch w stronę grun-

tu. Maksymalny ruch, wynoszący -10,7 mm, wykazał punkt 1005. Jest to wielkość odstająca

od pozostałych. Ruch od 2 do 3 mm w stronę gruntu wykazały 4 punkty: 202, 203, 204, 205.

Trzy punkty (5%) wykazało ruch od 1,5 do 2 mm. Ruch poniżej 1,5 mm (granicy błędu)

w stronę gruntu wykazało 46 punktów, co stanowi 74%. Łącznie 87% punktów wykazało

ruch mniejszy niż błąd pomiaru.


W drugiej epoce pomiarowej (pomiędzy seriami pomiarowymi 2 i 3) ruch zaobserwowany

dla 7 punktów (39%) znakowanych tarczami celowniczymi: 101, 102, 103, 108, 110, 116,

120 był poniżej granicy dokładności pomiaru. Przemieszczenia poziome tarcz celowniczych

pomiędzy seriami pomiarowymi 2 i 3 obrazuje rysunek 4.12.


58



Największe przemieszczenie wypadkowe wynoszące 4,4 mm wykazał punkt 111, przy

czym dominująca jest w nim składowa pozioma. Następne w kolejności pod względem wiel-

kości przemieszczenia są punkty 112, z wypadkowym przemieszczeniem 3,6 mm, oraz 118,

z wypadkowym przemieszczeniem 3,5 mm. Przemieszczenie od 2 do 3 mm wykazały punkty

106, 113, 115 i 119. Przemieszczenie od 1,5 do 2 mm wykazały punkty 107, 109, 114, 117.

Punkty zlokalizowane na krawędziach bloków, wykazują ruch przeciwny do wcześniejszej

epoki. Wyjątkiem jest ruch punktu 101 – jest on jednak poniżej granicy błędu. Wzdłuż osi X

punkty wykazują ruch do środka bloku ściskanie). Wzdłuż osi Y ruch do gruntu wykazują

tylko punkty 101, 103, 111 i jest to ruch poniżej granicy błędu. Pozostałe punkty wykazują

ruch od gruntu.

W epoce pomiarowej 2-3 punkty znakowane laserem praktycznie w połowie (30 punktów,

czyli 48%) wykazały przemieszczenia w kierunku gruntu i w połowie (32 punkty, czyli 52%)

w kierunku od gruntu. Tylko 11 punktów (18%) wykazało ruch przekraczający granicę błędu,

z czego 6 z nich wykazało ruch w stronę gruntu. Przemieszczenia punktów znakowanych la-

serem w drugiej epoce obrazuje rysunek 4.13.



59

Maksymalne przemieszczenie wykazał ponownie punkt 1005, który w kierunku osi Y

przemieścił się o 9,3 mm od gruntu. Jest to przemieszczenie odstające od pozostałych, mające

przeciwny kierunek niż w poprzedniej epoce. Kolejny jest punkt 253, który wykazał ruch

-4,6 mm (w stronę gruntu). Ruch od 2 do 3 mm wykazały 4 punkty: 201, 202, 258, 261.

Przemieszczenia od 1,5 do 2 mm wykazały punkty 205, 214, 215, 244, 259. Pozostałe punkty

wykazały ruch poniżej 1,5 mm.


Wyznaczenie przemieszczeń pomiędzy seriami 1 i 3 miało na celu kontrolę zachowania

obiektu pomiędzy pomiarem pierwotnym i aktualnym. Zmiana położenia 12 z 18 punktów

(67%) znakowanych tarczami celowniczymi nie przekroczyła 1,5 mm (granicy błędu). Naj-

większe przemieszczenie wykazał punkt 101 (3,5 mm) oraz punkt 111 (3,4 mm). Natomiast

punkty 106 i 107 wykazały ruch odpowiednio 2,4 oraz 2,3 mm. Najmniejszy ruch przekracza-

jący granicę błędu wyznaczono dla punktów 120 (1,6 mm) i 103 (1,5 mm). Przemieszczenia

punktów pomiędzy seriami 1 i 3 przedstawia rysunek 4.14.



Porównanie współrzędnych z pomiarów 1 i 3 oraz charakter zmian w kolejnych epokach

pomiarowych obrazują pracę obiektu. O większości punktów można powiedzieć, że wróciły

do pierwotnego położenia po zmianach pór roku i warunków atmosferycznych. Kilka punk-

tów nie wróciło do swojego wyjściowego położenia – wykazały przemieszczenia trwałe

w danym interwale czasu,. Dotyczy to punktów 101, 111 oraz 106, 107 i 110. Grupowanie

punktów ze względu na wielkość i kierunek przemieszczenia pozwala wnioskować o większej

aktywności pewnych fragmentów ściany.

Przemieszczenia w kierunku osi Y pomiędzy seriami 1 i 3 wyznaczone dla punktów zna-

kowanych laserem przedstawia rysunek 4.15. Przemieszczenia powyżej granicy błędu wyka-

zało 18 punktów (29%) i wszystkie mają kierunek w stronę gruntu.

Największe przemieszczenie wykazały punkty 201 (-4,1 mm), 202 (-4,7 mm) oraz 203

(-4,0 mm). Kolejnym punktem jest 253, który przemieścił się o -3,9 mm (do gruntu) oraz 261

przemieszczony o -3,2 mm (w stronę gruntu). Przemieszczenia od 2 do 3 mm wykazały punk-

ty 204, 222, 258, 259, 260.

Analizując wyniki, można zaobserwować rejony spójnych, znaczących przemieszczeń, ta-

kich jak bloki B1 i B7 oraz w mniejszym stopniu bloki B2 i B6, których punkty wykazują

zgodną tendencję ruchu w stronę gruntu. Po analizie wyników można stwierdzić, że wartości

i kierunki przemieszczeń są uporządkowane i zgodne w swoich kolumnach (czyli dla punk-

tów o jednakowej współrzędnej X). Analizując przemieszczenia punktów rozmieszczonych

w pionowych liniach, w jakich były znakowane, można zauważyć linie punktów przemiesz-

czonych w stronę gruntu, od gruntu oraz linie punktów z przemieszczeniami bliskimi 0 lub

poniżej granicy błędu.


60


Należy zaznaczyć, że na podstawie pomiaru samych tarcz celowniczych nie można wy-

chwycić trendów dla pionowych linii punktów o spójnych przemieszczeniach ze względu na

ich niewielką liczbę na ścianie. Uzupełnienie tarcz punktami znakowanymi laserem ubogaca

wyniki i informacje o obiekcie. Na podstawie zaprezentowanych wyników można stwierdzić

zgodność wyników pomiarów tarcz celowniczych oraz punktów znakowanych laserem.

Przemieszczenia pionowe

Maksymalne błędy wysokości punktów po wyrównaniu pierwszego i drugiego pomiaru

wyniosły 0,2 mm. Wobec tego błąd wyznaczenia przemieszczenia pomiędzy seriami 1 i 2

wynosi 0,3 mm. Rysunek 4.16 obrazuje przemieszczenia reperów w epoce pomiarowej 1-2.

Rys. 4.16. Przemieszczenia pionowe reperów w epoce 1-2

Spośród 23 reperów na obiekcie 14 z nich (61%) wykazało ruch poniżej granicy błędu

w epoce pomiarowej 1-2. Największy ruch (-0,61 mm) wykazał reper 12. Ruch przekraczają-

cy 0,5 mm wykazały repery: 9 (-0,56 mm), 6 (-0,52 mm), 8 (-0,51 mm). Za wyjątkiem reperu

nr 4, wszystkie repery, których wartość przemieszczenia przekraczała granicę błędu, wykaza-

ły osiadania. Reper nr 4 przemieścił się do góry o 0,49 mm. Analizując wyniki dla całej ścia-

ny, można zauważyć większą aktywność środka obiektu, tj. reperów 4, 5, 6, 8, 9, 12, 26, 27.


61

Po wyrównaniu pomiaru 3 maksymalny błąd wyznaczonej wysokości wyniósł 0,5 mm.

Uwzględniając maksymalny błąd wysokości z sesji pomiarowej 2, błąd przemieszczenia po-

między seriami 2 i 3 wynosi 0,5 mm. Przemieszczenia reperów w drugiej epoce pomiarowej

ilustruje rysunek 4.17. Tylko dwa repery wykazały ruch większy niż granica błędu: reper 4

(-0,59 mm) i reper 24 (-0,55 mm). Osiadanie bliskie 0,4 mm wykazały repery w górnej części

ściany o numerach 23, 25, 26, 27. Wśród największych wartości przemieszczeń tylko jedna

ma znak dodatni – reper nr 12 przemieścił się o 0,5 do góry. Pomiędzy seriami 2 i 3 większą

aktywność niż w epoce pierwszej, wykazały repery górne, a mniejszą dolne.


Uwzględniając błędy punktów po wyrównaniu, przemieszczenia pomiędzy 1 i 3 serią po-

miarową są wyznaczone z błędem 0,5 mm. Tylko dwa repery wykazały przemieszczenia po-

wyżej granicy błędu – reper 37 (-0,77 mm) i reper 26 (-0,82 mm). Ruch pomiędzy 0,4

a 0,5 mm wykazały repery 8 (-0,47 mm), 24 (-0,44 mm), 25 (-0,42 mm). Przemieszczenia

obiektu Mce pomiędzy sesją pomiarową 1 i 3 przedstawia rysunek 4.18.


Analizując wartości przemieszczeń przekraczających wartość błędu oraz niewiele od niej

mniejszych, można zauważyć zgrupowanie największych wartości przemieszczeń w środku

ściany oraz ich zgodny kierunek ku dołowi.

4.1.4. Wyznaczenie przemieszczeń i obrotów bloków

Na podstawie przemieszczeń punktów znakowanych tarczami celowniczymi dokonano

analizy przemieszczeń i obrotów poszczególnych bloków ściany. Sprawdzono również, czy

obiekt zachowuje się jak bryła sztywna, a jeśli nie, to jakie rozciągania i ścinania występują

dla poszczególnych bloków. Obliczenia wykonano zgodnie z równaniami podanymi przez

Prószyńskiego i Kwaśniaka (2006).

Obliczenie przemieszczeń środków ciężkości bloków i obrotów wokół osi X, Y, Z było

możliwe dla czterech bloków: B2, B4, B5, B6. Na blokach B1 i B7 nie założono tarcz celow-

niczych, a na bloku B3 znajdowały się tylko dwie, niekorzystnie położone – na jednej (pra-

wej) krawędzi bloku. Wartości wyznaczone dla pierwszej epoki przedstawiono w tabeli 4.3.


62

Tab. 4.3. Przemieszczenia punktów będących początkami lokalnych układów współrzędnych i obroty brył

oraz ich błędy w epoce 1-2

Nr

bloku

[mm] [mm/m] [cc

]

ΔX0 ΔY0 ΔZ0 ωX ωY ωZ ωX ωY ωZ

B2 0,26 -1,28 0,13 0,22 0,01 0,13 140,0 3,8 83,1

błędy 1,03 1,05 1,08 1,12 0,21 0,25 711,0 133,7 160,5

B4 1,10 -0,24 -0,12 0,02 0,03 0,06 13,0 19,4 39,4

błędy 0,57 0,57 0,57 0,40 0,09 0,09 254,6 56,3 58,0

B5 -0,16 -0,83 -0,40 0,33 0,02 -0,04 210,7 12,5 -24,4

błędy 0,59 0,60 0,59 0,39 0,08 0,09 248,0 53,4 54,7

B6 -1,20 -0,12 -0,48 -0,02 -0,03 0,11 -10,3 -16,3 68,3

błędy 1,29 1,32 1,32 1,30 0,18 0,22 829,9 117,3 139,5

Dla drugiego bloku tylko zmiana współrzędnej Y środka ciężkości (-1,28 mm) przekroczy-

ła granicę błędu. Dla bloku B4 wartość błędu przekroczyła przemieszczenie po osi X

(1,10 mm). W bloku B5 środek ciężkości przemieścił się wzdłuż osi Y powyżej granicy błędu

(-0,83 mm). Środek ciężkości bloku B6 nie wykazał ruchu przekraczającego granicę błędu.

Żaden z wyznaczonych obrotów nie przekroczył granicy błędu. Największym błędem

obarczony jest zawsze obrót wokół osi X. Jest on wyznaczany na bazie przemieszczeń współ-

rzędnej Y, która dla punktów obiektu jest mało zróżnicowana. Na uwagę zasługują obroty

wokół osi X bloków B5 i B2. Rysunek 4.19 prezentuje graficznie otrzymane obroty.

Rys. 4.19. Obroty bloków wokół osi X, Y, Z pomiędzy seriami pomiarowymi 1 i 2

Analogiczne wartości wyznaczono dla drugiej epoki pomiarowej (2-3) i przedstawiono

w tabeli 4.4. Praktycznie wszystkie zmiany współrzędnych płaskich (poza ΔY0 bloku B6)

przekroczyły granicę błędu. Największe przemieszczenie w kierunku osi X wyznaczono dla

środka ciężkości bloku B6 (1,90 mm), a następnie dla środka ciężkości bloku B4 (-1,32 mm).

Natomiast wzdłuż osi Y najbardziej przemieścił się środek ciężkości bloku B5 (1,00 mm).

Tab. 4.4. Przemieszczenia punktów będących początkami lokalnych układów współrzędnych i obroty brył

oraz ich błędy w epoce 2-3

Nr

bloku

[mm] [mm/m] [cc

]


B2 -0,51 -0,27 -0,09 -0,30 0,03 -0,02 -189,4 15,9 -14,6

błędy 0,11 0,11 0,11 0,11 0,02 0,03 72,8 13,7 16,4

B4 -1,32 0,64 -0,16 -0,07 -0,02 0,04 -43,9 -14,4 22,6

błędy 0,55 0,55 0,55 0,38 0,08 0,09 243,6 53,8 55,4

B5 0,89 1,00 0,17 -0,33 0,00 -0,03 -210,6 2,3 -18,3

błędy 0,45 0,46 0,45 0,30 0,06 0,07 189,9 40,9 41,9

B6 1,90 0,31 0,51 -0,10 0,03 0,00 -66,2 18,6 1,6

błędy 0,99 1,01 1,01 1,00 0,14 0,17 635,2 89,8 106,8

W drugiej epoce trzy obroty przekroczyły granicę błędu – obroty wokół osi X bloków B5

i B2 oraz obrót wokół osi Y bloku B2. Ponownie obroty wokół osi X są obarczone najwięk-

szymi błędami. Graficzna prezentacja wyników drugiej epoki znajduje się na rysunku 4.20.


63


Na szczególną uwagę zasługują wartości w tabelach zaznaczone na zielono. Należy zwró-

cić uwagę na współrzędną X środka ciężkości bloku czwartego, która w pierwszej epoce

zmieniła się o 1,10 mm, a w drugiej o -1,32 mm. Uwagę zwraca również obrót wokół osi X

bloków B5 i B2 – w pierwszej epoce zaobserwowano obroty odpowiednio o 0,33 mm/m

i 0,22 mm/m, a w drugiej o -0,33 mm/m i -0,30 mm/m.

4.1.5. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej

Posługując się globalnym testem współczynnika wariancji sprawdzono zgodność obser-

wacji z zastosowanym modelem (Prószyński i Kwaśniak, 2006). Dla poszczególnych bloków

obiektu Mce sprawdzono warunek:

σ0 ≤ (σ0)kryt (4.1)

gdzie:

f

f

2

,

kryt0

σ0 – odchylenie standardowe,

f = n – u – liczba stopni swobody,

α – poziom istotności, przyjęty jako α = 0,05.

Wyniki testu dla pierwszej epoki (1-2) przedstawia tabela 4.5.

Tab. 4.5. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w pierwszej epoce pomiarowej (1-2)

Nr bloku σ0 (σ0)kryt σ0 ≤ (σ0)kryt

B2 1,77 1,61 nie

B4 1,40 1,32 nie

B5 1,18 1,45 tak

B6 2,23 1,61 nie

W przypadku niespełnienia warunku σ0 ≤ (σ0)kryt, przyczyn należy szukać w błędach gru-

bych, we wpływie nieliniowości wynikającej ze zbyt dużych kątów obrotu oraz w wystąpie-

niu odkształceń w bryle. Ponieważ błędy grube zostały wyeliminowane, a obroty obiektu są

niewielkie, powodu przekroczenia wartości (σ0)kryt poszukiwano w odkształceniach bryły.

Często warunek σ0 ≤ (σ0)kryt jest nazywany „warunkiem bryły sztywnej”.

Dla bloków B2, B4 i B6, dla których warunek bryły sztywnej nie został spełniony, obli-

czono odkształcenia liniowe εX i εZ (wydłużenia wzdłuż osi) oraz odkształcenie postaciowe

γXZ (ściananie).

W związku z tym, że ściany obiektu Mce są pochyłe, wykonano transformację wyników

pośrednich do układu, który jest pochylony jak ściana (układ x', y', z'). Transformacja spro-

wadzała się jedynie do obrotu wokół osi X (wzdłuż ściany) o kąt pochylenia ściany.

Wyniki dla pierwszej epoki przedstawiono w tabeli 4.6.


64

Tab. 4.6. Wydłużenia i ścinanie wyznaczone w pierwszej epoce pomiarowej (1-2) wraz z błędami

Nr bloku [mm/m] [

cc]

εX εZ γXZ γXZ

B2 0,36 -0,01 0,07 42,0

błędy 0,04 0,20 0,04 28,6

B4 0,24 -0,01 0,03 18,5

błędy 0,05 0,21 0,05 29,5

B6 0,76 0,28 -0,03 -20,0

błędy 0,26 0,64 0,28 177,9

Wszystkie wydłużenia w kierunku osi X przekraczają granicę błędu. Wydłużenia w kie-

runku osi Z nie przekroczyły granicy błędu. Ścinanie w płaszczyźnie XZ tylko na bloku B2

przekroczyło granicę błędu. Największą deformację zaobserwowano na bloku B6, dla którego

rozciąganie w kierunku osi X wyniosło 0,76 mm/m. Na tym bloku stwierdzono w terenie wy-

stępowanie rys pionowych. Wyznaczone wydłużenia i ścinania obrazuje rysunek 4.21.

Rys. 4.21. Wydłużenia i ścinanie w pierwszej epoce pomiarowej (1-2)

Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w drugiej epoce pomiarowej dało następujące wyni-

ki (tab. 4.7):

Tab. 4.7. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w drugiej epoce pomiarowej (2-3)

Nr bloku σ0 (σ0)kryt σ0 ≤ (σ0)kryt

B2 0,18 1,61 tak

B4 1,34 1,32 nie

B5 0,90 1,45 tak

B6 1,71 1,61 nie

Dalsze analizy wykonane dla drugiej epoki pomiarowej (2-3) przedstawiono w tabeli 4.8.

Tab. 4.8. Wydłużenia i ścinanie wyznaczone w drugiej epoce pomiarowej (2-3) wraz z błędami

Nr bloku [mm/m] [

cc]

εX εZ γXZ γXZ

B4 -0.22 -0.10 -0.03 -21.3

błędy 0.06 0.28 0.06 39.9

B6 0.40 -0.32 0.15 96.9

błędy 0.28 0.67 0.28 180.5

Jedynie wydłużenia w kierunku osi X przekroczyły granicę błędu. Zaznaczone kolorem

zielonym wydłużenie w kierunku osi X bloku B4 (-0,22 mm/m) ma przeciwny znak i wartość

zbliżoną do pierwszej epoki pomiarowej. Maksymalne wydłużenie ponownie zaobserwowano

na bloku B6 (0,40 mm/m). Prezentację graficzną wyników zamieszczono na rysunku 4.22.


65

Rys. 4.22. Wydłużenia i ścinanie w drugiej epoce pomiarowej (2-3)

4.2. OBIEKT WDROŻENIOWY

4.2.1. Opis obiektu

Drugim obiektem, który służył wdrożeniu opracowanej metodyki pomiaru, był zespół

ścian oporowych Lub (rys. 4.23) zlokalizowany przy drodze krajowej. Długość całego obiek-

tu wzdłuż drogi wynosi 500 m, a łączne przewyższenie ścian to około 30 m.

Rys. 4.23. Zespół ścian oporowych Lub

W zespole można wyróżnić różne typy konstrukcji ścian oporowych. Pomiarem objęto

dwa największe obiekty, oznaczone jako ściana 1 i ściana 2 (rys. 4.24), zawierające dominu-

jące w zespole ścian konstrukcje oporowe. Suma wysokości obiektów podlegających pomia-

rowi wynosi 20 m.

Rys. 4.24. Fragmenty zespołu ścian oporowych Lub podlegające pomiarowi

Długość ściany 1 wynosi 200 m, a jej wysokość sięga 10 m. Zastosowana konstrukcja to

mur z gwoździ gruntowych wykonany technologią żerdzi samowwiercających TITAN (Pro-

jekt RL2, 2007). Długość gwoździ dochodzi do 18 m. Po odsłonięciu gruntu wykonano za-

bezpieczenie ścianką torkretową (średnia grubość 17,5 cm), zbrojoną siatką z prętów. Roboty


66

ziemne prowadzono etapami wraz z wykonawstwem gwoździ gruntowych oraz okładziny

konstrukcji. Zastosowano okładzinę monolityczną z bloków żelbetowych w kształcie kwadra-

tu o długości boku 1,5 m (rys. 4.25, szczegół „a”). Pomiędzy ścianką torkretową a okładziną

zastosowano membranę przeciwwodną (Projekt RL2, 2007). Przekrój przez obiekt Lub,

obejmujący ściany 1 i 2, przedstawia rysunek 4.25. Cała ściana 1 została objęta pomiarem.

Rys. 4.25. Przekrój przez obiekt Lub obejmujący ścianę 1 i 2 (Projekt RL2, 2007)

Rys. 4.26. Przekrój przez grunt zbrojony ściany 2 (Projekt GZ, 2006)

Kolejnym obiektem objętym pomiarem jest ściana 2 zespołu Lub (rys. 4.24b), której dłu-

gość wynosi 230 m, a wysokość osiąga 9 m. Na ścianę 2 składają się dwa rodzaje konstrukcji

(rys. 4.24b): mur z gruntu zbrojonego (oznaczenie 2.1) i mur z gwoździ gruntowych zabez-

pieczony na dwa sposoby: monolityczną okładziną z bloków żelbetowych w kształcie kwa-

dratu o długości boku 1,5 m (oznaczenie 2.2) oraz okładziną o płaskiej powierzchni (oznacze-

nie 2.3) umożliwiającą dalsze betonowanie w przyszłości (Projekt R0, 2008). Przekrój przez


67

fragment z gruntu zbrojonego przedstawiono na rysunku 4.26. Obecny poziom używanej dro-

gi jest tymczasowy, a w planowanej przebudowie drogi krajowej na ekspresową zostanie on

podniesiony i zakryje dolną część ściany 2, tj. fragment 2.3 (rys. 4.24b).

Do umocnienia mierzonego obiektu zostały zastosowane nowoczesne i często stosowane

techniki stabilizacji: gwoździe gruntowe i grunt zbrojony. Zastosowanie na obiekcie powyż-

szych konstrukcji oporowych wynikało z trudnych warunków gruntowych, wykluczających

możliwość posadowienia bezpośredniego budowli. Omówione rozwiązania, wynikające

z podobnych uwarunkowań terenowych przedstawia Kulawik (2009).

Zespół obiektów pomierzono w pełnych sesjach pomiarowych dwukrotnie: jesienią 2013

r. i na wiosnę 2014 r. Trzeci pomiar, w ograniczonym zakresie, wykonano wiosną 2015 r.

Pierwsza sesja pomiarowa (oznaczenie Lub1) trwała 14 dni, a jej przebieg był następujący:

dwa miesiące przed planowanym pomiarem stabilizacja punktów odniesienia znako-

wanych prętami,

20.09.2013: naklejanie tarcz celowniczych (129 tarcz celowniczych na ścianie 1 oraz

56 tarcz celowniczych na ścianie 2, łącznie 185 tarcz) oraz zaprojektowanie baz do

pomiarów metodą wcięć kątowych w przód,

21.09.2013 i 23.09.2013: wykonanie wcięć kątowych na ścianie 1,

25.09.2013: pomiar techniką naziemnego skanowania laserowego,

27/28.09.2013: pomiar przy użyciu naziemnego radaru interferometrycznego IBIS-L,

03.10.2013: wykonanie wcięć kątowych na ścianie 2,

04.10.2013, 05.10.2013: pomiar niwelacyjny,

24.10.2013: poprawa odcinków niwelacyjnych, które uzyskały największe błędy,

25.10.2013: pomiar kątowo-liniowy sieci kontrolnej,

31.10.2013: ponowne wykonanie wcięć na ścianie 1 dla tarcz, które zostały odtworzo-

ne po zniszczeniu oraz wykonanie opisów topograficznych punktów sieci,

17.12.2013: wykonanie sesji statycznych techniką GNSS.

Druga sesja pomiarowa (oznaczenie Lub2) trwała 6 dni:

27.03.2014: pomiar techniką naziemnego skanowania laserowego,


02.04.2014: pomiar kątowo-liniowy sieci kontrolnej,


12.04.2014: pomiar przy użyciu naziemnego radaru interferometrycznego IBIS-L,

17.04.2014: pomiar niwelacyjny.

Trzecia sesja pomiarowa (oznaczenie Lub3) została ograniczona do dwóch dni pomiaro-

wych, w trakcie których wykonano pomiar sieci (21.04.2015) oraz naziemne skanowanie la-

serowe i pomiar wcięć dla wybranych bloków ściany 1 (28.04.2015).

Drugi pomiar obiektu był wykonany znacznie szybciej, gdyż obiekt i sieć pomiarowa były

już gotowe do pomiaru, a osoby realizujące prace posiadały doświadczenie z pierwszej sesji

pomiarowej. Pierwsza sesja pomiarowa była wydłużona o dwa dni w celu wykonania pomia-

rów uzupełniających, podczas których:

wykonano ponowne nawiązanie niwelacyjne, gdyż w wyniku wyrównania pierwszego

pomiaru nie uzyskano odpowiedniej dokładności,

ponownie naklejono i pomierzono tarcze celownicze na końcówce ściany 1, gdyż te

znajdujące się w zasięgu ręki człowieka zostały zerwane na około 1/3 długości ściany.

Na podstawie analizy wyników z dwóch pierwszych sesji, zakres trzeciej sesji został

ograniczony. Z uwagi na braku ruchów pionowych całego obiektu zrezygnowano z niwelacji.


68

W pomiarze klasycznym ograniczono się do wybranych bloków ściany 1, które wykazały

największą aktywność. Skanowaniem laserowym objęto tylko ścianę 1.

4.2.2. Przebieg pomiaru

Na potrzeby pomiaru zespołu ścian założono lokalną sieć pomiarową obejmującą badany

obiekt oraz jego otoczenie. Szkic obiektu, otoczenia oraz sieci został przedstawiony na rysun-

ku 4.27.

Rys. 4.27. Lokalizacja punktów sieci względem ścian oporowych oraz otoczenia

Ściany oporowe 1 i 2 są zlokalizowane w bezpośrednim sąsiedztwie drogi krajowej bie-

gnącej w pobliżu potoku. Ukształtowanie terenu oraz obiektów oporowych uwarunkowało

rozmieszczenie punktów sieci. Ponieważ znaczna część punktów jest zlokalizowana na asfal-

cie i betonowych elementach wykończenia drogi, zakłada się ich ruch pomiędzy kolejnymi

sesjami pomiarowymi, wynikający z niestabilności tych materiałów oraz ich reakcji np. na

temperaturę. Bazę odniesienia należy założyć poza strefą wpływu obiektu (Preweda, 2002),

dlatego poza obiektem, założono cztery punkty odniesienia dla reszty sieci. Znajdują się one

po przeciwnej stronie potoku niż ściana oporowa i inne punkty sieci, i są oddalone od obiektu

o około 80 m. Punkty zostały zastabilizowane prętami zbrojeniowymi o długości 1,3 m

i średnicy 10 mm, z nawierconym centrem o średnicy ok. 2,5 mm, wbite pionowo w ziemię,

równo z poziomem gruntu (rys. 4.28).

Rys. 4.28. Punkt sieci kontrolnej stabilizowany prętem zbrojeniowym z nawierconym centrem

W kolejnej sesji pomiarowej wykonano ponowny pomiar sieci. Metodą transformacji po-

szukiwawczych sprawdzono wzajemną stałość punktów referencyjnych i pozostałych punk-

tów sieci. Wyznaczone zostały aktualne współrzędne punktów sieci w nawiązaniu do punk-

tów referencyjnych. Pomiar sieci oraz jej wyrównanie dla każdej sesji pomiarowej opisano

w punkcie 4.2.3.


69

W pierwszej sesji pomiarowej na punktach odniesienia (5001-5004) wykonano dodatkowo

dwugodzinny pomiar odbiornikami GNSS (rys. 4.29). Miało to na celu zabezpieczenie prac

na wypadek, gdyby punkty odniesienia nie zachowały stałości (Kwinta, 2006). Wówczas po-

miar zostałby powtórzony w drugiej sesji pomiarowej, co pozwoliłoby na opracowanie wyni-

ków we wspólnym układzie współrzędnych.

Rys. 4.29. Sesja GPS na punktach 5001 i 5004 – obiekt Lub w tle

Obiekt Lub jest zorientowany w kierunku północ – południe (odpowiednio lewa i prawa

strona, rys. 4.27). W dalszej części pracy, przy opisie obiektu Lub i wyników pomiaru, strony

obiektu będą opisywane jako prawa (dla strony południowej) i lewa (dla strony północnej)

zgodnie z punktem widzenia ściany od strony odpowietrznej.

Pomiar ściany 1

Wszystkie punkty na obiekcie znakowane były tarczami celowniczymi takimi jak w przy-

padku obiektu Mce (rys. 4.30). Na ścianie 1 zamarkowano 129 znaków. Rozmieszczenie tarcz

warunkowały szczeliny dylatacyjne (rys. 4.31). Na większości bloków równomiernie roz-

mieszczono 9 punktów pomiarowych. Mniej ich jest na mniejszych, skrajnych blokach. Część

tarcz na prawym skraju ściany została zniszczona. Zostały naklejone ponownie i powtórnie

pomierzone. Pomiar wszystkich tarcz wykonano metodą wcięć kątowych w przód z 6 punk-

tów (1001-1006) przy użyciu dwóch instrumentów – TC2002 i TCA2003.

Rys. 4.30. Tarcze celownicze na żelbetowej otulinie ściany 1 po przeciwnych stronach szczeliny dylatacyjnej


70

Rys. 4.31. Rozmieszczenie tarcz celowniczych na ścianie 1

(rysunek w powiększeniu z numerami punktów jest zamieszczony w załączniku 3)

Obiekt Lub różnił się od testowego, przede wszystkim wysokością, co znacząco wypływa

na dokładność celowania. Dodatkowo okładzina betonowa jest ukośna, co sprawia, że w kilku

przypadkach warunki celowania różniły się na stanowiskach bazy. Dlatego ponownie spraw-

dzono dokładność pomiaru kierunku metodą par spostrzeżeń, celując na cele o skrajnie różnej

widoczności. Otrzymana dokładność pomiaru pojedynczego kierunku do tarcz celowniczych

dla całego obiektu Lub (ściana 1 i ściana 2) wyniosła mK’ = 8,9cc

.

Przeciętny błąd położenia punktu na ścianie 1 wyniósł 0,7 mm, a maksymalny – 0,8 mm

(dla 5 punktów: 011, 087, 088, 089, 091, 092).

Uwzględniając maksymalny błąd punktów sieci w dwóch pomiarach, z której mierzono

ścianę 1 (0,5 mm), błąd centrowania (0,5 mm) oraz dokładność wcięcia w przód (0,7 mm),

przeciętny błąd położenia punktu znakowanego na ścianie wynosi 1,0 mm.

Ponieważ na obiekcie znajduje się niewiele reperów, tarcze celownicze służą również do

analizy przemieszczeń pionowych obiektu. Różnica wyznaczenia wysokości tarcz celowni-

czych z dwóch niezależnych punktów sieci wynosi średnio 0,7 mm.

Pomiar ściany 2

Na ścianie 2 zamarkowano 56 znaków. Rozmieszczenie tarcz celowniczych na ścianie 2

obrazuje rysunek 4.32.


(rysunek w powiększeniu z numerami punktów jest zamieszczony w załączniku 4)

Na fragmencie obiektu 2.1 (grunt zbrojony) naklejono 15 tarcz pomiarowych. Tarcze na-

klejano po jednej na wybranych płytach okładzinowych (rys. 4.33).

Na drugiej części ściany 2, która jest umocniona gwoździami gruntowymi (rys. 4.24b),

punkty rozmieszczono regularnie na poszczególnych blokach wydzielonych szczelinami dyla-

tacyjnymi. Na fragmentach 2.2 i 2.3 naklejono odpowiednio 15 i 26 tarcz.


71

Rys. 4.33. Tarcze celownicze na okładzinie gruntu zbrojonego

W dalszym etapie prac tarcze na obiekcie zostały pomierzone metodą wcięć w przód

z punktów 2001-2004, tworzących trzy bazy pomiarowe. Pomiar wykonano dwoma precyzyj-

nymi instrumentami – TC2002 i TCA2003.

Przeciętny błąd położenia punktu na ścianie 2 wyniósł 1,7 mm, a maksymalny – 2,2 mm

(dla punktów 251, 252, 253). Niekorzystna geometria wcięć wynikała z trudnych warunków

terenowych (skrzyżowanie drogi krajowej i lokalnej).

Uwzględniając maksymalny błąd punktów sieci (z dwóch sesji), z której mierzono ścianę

2 (0,5 mm), błąd centrowania (0,5 mm) oraz dokładność wcięcia w przód (1,7 mm), przecięt-

ny błąd położenia punktu znakowanego na ścianie wynosi 1,8 mm.

Różnica wyznaczenia wysokości tarcz celowniczych z dwóch niezależnych punktów sieci

wynosi średnio 2,0 mm.

Niwelację obiektu wykonano cyfrowym niwelatorem precyzyjnym Leica DNA03. Wyko-

rzystano kodowe łaty inwarowe. Niwelację nawiązano do reperu zastabilizowanego na ko-

ściele oddalonym o 2 km od obiektu. Nawiązanie wykonano z wykorzystaniem jednego repe-

ru pośredniego na budynku usługowym w połowie drogi.

Na ścianie 1 zastabilizowane są 3 repery (Rp1-Rp3), które objęto pomiarem (rys. 4.34).

Dodatkowo wykorzystano śruby mocujące ekrany dźwiękoszczelne do fundamentu zlokali-

zowanego za ścianą 1 (Rp11-Rp13).

Rys. 4.34. Rozmieszczenie reperów na ścianie 1

Na ścianie 2 pomierzono 4 zastabilizowane repery (Rp20-Rp23). Dodatkowo objęto po-

miarem gwoździe stanowiące punkty pomiarowe na górze ściany 2 (Rp48-Rp51). Rozmiesz-

czenie reperów na ścianie 2 przedstawia rysunek 4.35.

Po wyrównaniu obserwacji maksymalny błąd wyznaczonych wysokości reperów wyniósł:

dla pomiaru Lub1: 0,8 mm,

dla pomiaru Lub2: 0,4 mm.


72


Wyznaczone wysokości służyły do kontroli przemieszczeń pionowych obiektu oraz do

wyznaczenia wysokości osi celowej instrumentów w trakcie pomiarów wcięć kątowych. Po-

nieważ na obiekcie Lub jest zdecydowanie mniej reperów niż na obiekcie Mce, wyznaczane

wysokości tarcz celowniczych były też wykorzystywane do analizy przemieszczeń piono-

wych obiektu.

4.2.3. Pomiar i badanie stałości punktów sieci

Pierwszy pomiar sieci wykonano w październiku 2013 roku przy użyciu instrumentu

TCA2003 i reflektorów dalmierczych z tarczami celowniczymi. Prace terenowe poprzedzono

wstępną analizą dokładności. Szkic pomiaru sieci przedstawiono na rysunku 4.36.

Rys. 4.36. Szkic pomiaru sieci

Na stanowisku wykonywano 2÷3 lub więcej serii pomiarowych. Starano się osiągnąć błąd

pomiaru pojedynczego kierunku na stanowisku na poziomie 5cc

. W kilku przypadkach było to

niemożliwe ze względu na silne słońce oraz drgania pochodzące od ruchu samochodów.

W pozostałych przypadkach osiągano mniejszy błąd pomiaru pojedynczego kierunku niż 5cc

.

Pomierzono również wszystkie odległości zaznaczone linią ciągłą na rysunku 4.36. Na każ-

dym stanowisku notowano temperaturę powietrza oraz kilka razy w ciągu dnia ciśnienie

i wilgotność.

Po wprowadzeniu poprawki atmosferycznej, wyrównanie obserwacji metodą najmniej-

szych kwadratów wykonano w programie GEONET. Na potrzeby wyrównania założono bez-

błędność punktu 2004 oraz kierunku na punkt 4001. W ostatecznym wyrównaniu jako błąd


73

dalmierza przyjęto 0,4 mm + 0,4 ppm. Globalny błąd kierunku przyjęto na poziomie 8cc

.

W uzasadnionych przypadkach, na podstawie znajomości warunków terenowych oraz na pod-

stawie wyrównań stacyjnych, zmieniano wartość błędu na 8÷15cc

. Wyjątkowa sytuacja miała

miejsce dla punktów 3001, 3002 i 2004 zlokalizowanych bardzo blisko siebie. Obserwacje

kierunkowe w tym przypadku były obarczone błędem 80cc

(3002-3001) oraz 50cc

(3002-

2004).

Punkty 3001 i 3002 zostały założone dla celów pomiaru techniką interferometrii radaro-

wej (rozdział 6) i nie brały udziału w pomiarze klasycznym ścian. Natomiast punkty 4001

i 4002 to stanowiska stracone, których celem jest wzmocnienie geometrii sieci.

Po ostatecznym wyrównaniu otrzymano błąd średni jednostkowy m0 =1,08 oraz maksy-

malny błąd położenia punktu równy 0,4 mm. Wyniki wyrównania zamieszczono w tabeli 4.9.

Szkic sieci wraz z elipsami błędów z pierwszego pomiaru przedstawia rysunek 4.37.

Tab. 4.9. Wyniki wyrównania sieci z pierwszego pomiaru

Nr X [m] Y [m] mp [m] A [m] B [m] Az(A) [g]

1001 43,4061 66,1405 0,0003 0,0003 0,0001 136,00

1002 80,0733 66,4886 0,0003 0,0002 0,0001 154,33

1003 118,2786 67,5479 0,0002 0,0002 0,0001 34,68

1004 156,1073 69,2485 0,0003 0,0003 0,0002 74,10

1005 193,9469 71,7133 0,0002 0,0002 0,0001 96,06

1006 230,4584 75,0041 0,0002 0,0002 0,0001 100,34

2001 13,5318 102,8473 0,0004 0,0004 0,0002 96,31

2002 49,9228 100,3081 0,0003 0,0003 0,0002 101,60

2003 73,0086 99,2711 0,0002 0,0002 0,0001 105,51

2004 100,0000 100,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0,00

3001 80,5130 98,0683 0,0003 0,0002 0,0002 124,22

3002 85,1950 98,3755 0,0002 0,0002 0,0001 111,84

4001 296,2239 100,0000 0,0002 0,0002 0,0000 0,00

4002 235,4083 130,4963 0,0003 0,0002 0,0002 103,30

5001 38,7056 134,2046 0,0004 0,0003 0,0002 69,70

5002 113,6959 148,2571 0,0002 0,0002 0,0001 185,71

5003 183,8920 133,8289 0,0002 0,0002 0,0001 106,20

5004 304,0899 128,6921 0,0003 0,0002 0,0001 124,44

Rys. 4.37. Szkic sieci z elipsami błędów z pomiaru 1


74

Drugi pomiar sieci

Drugi pomiar sieci wykonano w kwietniu 2014 roku. Plan pomiaru, sprzęt i przebieg prac

były analogiczne jak w przypadku pierwszego pomiaru.

Wyrównanie obserwacji ponownie wykonano w programie GEONET. Układ zorientowa-

no analogicznie jak przy pierwszym pomiarze. W ostatecznym wyrównaniu jako błąd dalmie-

rza przyjęto 0,5 mm + 0,5 ppm. Błędy kierunków przypisano danym stanowiskom na podsta-

wie znajomości warunków terenowych oraz na podstawie wyrównań stacyjnych. Wartość

błędu wahała się od 3cc

do 13cc

.

Po ostatecznym wyrównaniu otrzymano błąd średni jednostkowy m0 = 1,09 oraz maksy-

malny błąd położenia punktu równy 0,5 mm. Wyniki wyrównania przestawiono w tabeli

4.10, a szkic sieci wraz z elipsami błędów – na rysunku 4.38.

Tab. 4.10. Wyniki wyrównania sieci z drugiego pomiaru


1001 43.2088 66.4724 0.0004 0.0004 0.0002 140.30

1002 79.8778 66.6047 0.0003 0.0002 0.0002 192.67

1003 118.0886 67.4395 0.0003 0.0002 0.0002 34.55

1004 155.9259 68.9185 0.0005 0.0004 0.0003 48.08

1005 193.7797 71.1602 0.0004 0.0003 0.0002 104.55

1006 230.3104 74.2376 0.0004 0.0003 0.0003 101.30

2001 13.5513 103.3548 0.0005 0.0005 0.0002 97.36

2002 49.9263 100.6012 0.0004 0.0003 0.0002 92.17

2003 73.0059 99.4287 0.0003 0.0003 0.0002 20.09

2004 100.0000 100.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

3001 80.5026 98.1822 0.0003 0.0003 0.0002 199.9

3002 85.1866 98.4631 0.0003 0.0002 0.0001 8.96

4001 298.4373 100.0000 0.0002 0.0002 0.0000 0.0000

4002 231.5534 129.5439 0.0004 0.0003 0.0003 107.54

5001 38.9095 134.5604 0.0004 0.0004 0.0002 66.96

5002 113.9805 148.1746 0.0003 0.0002 0.0002 186.44

5003 184.0896 133.3339 0.0004 0.0003 0.0002 110.11

5004 304.2564 127.4936 0.0004 0.0003 0.0002 108.76



75

Trzeci pomiar sieci

Trzeci pomiar sieci wykonano w kwietniu 2015 roku instrumentem TCA2003. Plan po-

miaru i przebieg prac były analogiczne jak w przypadku wcześniejszych pomiarów, przy

czym w pomiarze pominięto punkty 2002, 2003, 3001 i 3002, które były zbędne do dalszego

opracowania.

Wyrównanie obserwacji wykonano w programie GEONET. Układ zorientowano analo-

gicznie jak przy pierwszym pomiarze. W wyrównaniu jako błąd dalmierza przyjęto wartość

0,8 mm + 0,8 ppm. Błędy kierunków przypisano odpowiednim stanowiskom na podstawie

znajomości warunków terenowych oraz na podstawie wyrównań stacyjnych. Wartość błędu

wahała się od 6cc

do 12cc

.

Po wyrównaniu otrzymano błąd średni jednostkowy m0 = 1,03 oraz maksymalny błąd po-

łożenia punktu równy 0,6 mm. Wyniki wyrównania przedstawia tabela 4.11, a szkic sieci

wraz z elipsami błędów – rysunek 4.39.

Tab. 4.11. Wyniki wyrównania sieci z trzeciego pomiaru


1001 43.2256 66.4420 0.0005 0.0004 0.0003 130.13

1002 79.8940 66.5947 0.0004 0.0003 0.0002 117.95

1003 118.1052 67.4501 0.0003 0.0003 0.0002 167.37

1004 155.9417 68.9479 0.0004 0.0003 0.0003 9.15

1005 193.7944 71.2098 0.0004 0.0003 0.0003 69.10

1006 230.3235 74.3067 0.0005 0.0004 0.0003 11.70

2001 13.5484 103.3088 0.0005 0.0005 0.0002 94.05

2004 100.0000 100.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.00

4001 298.9144 100.0000 0.0003 0.0003 0.0000 0.00

4002 223.7263 129.6562 0.0006 0.0004 0.0004 151.35

5001 38.8919 134.5233 0.0005 0.0005 0.0003 65.02

5002 113.9537 148.1824 0.0004 0.0003 0.0003 16.77

5003 184.0702 133.3772 0.0005 0.0004 0.0003 125.16

5004 304.2422 127.6057 0.0006 0.0005 0.0003 112.18



76

Badanie stałości punktów sieci

Badanie stałości punktów sieci wykonano metodą transformacji poszukiwawczych (Laz-

zarini i in. 1977). Do obliczeń wykorzystano program TR2.exe autorstwa A. Bałuta. W obli-

czeniach jest wykorzystywana czteroparametrowa transformacja Helmerta.

Ponieważ nigdy wcześniej nie była sprawdzana stałość punktów sieci obiektu Lub, grupa

punktów, które mogą wykazywać stałość, była nieznana. Inicjalizację obliczeń rozpoczęto od

dwóch punktów odniesienia, a następnie metodą prób i błędów poszukiwano najliczniejszej

grupy punktów stałych. Kryteriami poszukiwań były średni błąd wpasowania oraz parametr

dr, będący wypadkowym wektorem różnicy współrzędnych płaskich danego punktu w ukła-

dzie pierwotnym oraz aktualnym po transformacji. Dążono do uzyskania średniego błędu

wpasowania poniżej 0,5 mm oraz maksymalnego parametru dr na poziomie 0,6÷0,7 mm.

Ostatecznie w wyniku transformacji poszukiwawczych pomiędzy serią pomiarową 1 i 2

ustalono grupę 11 punktów wzajemnie stałych (1001, 1002, 1003, 1004, 1005, 2001, 2002,

2003, 3001, 5002, 5003). Odchylenie standardowe wpasowania wyniosło 0,3 mm, a maksy-

malny parametr dr dla punktów będących w grupie punktów stałych – 0,60 mm. Wyniki

transformacji poszukiwawczych są przedstawione w poniższych raportach.

Raport z transformacji współrzędnych płaskich Lub 1-2

Dane wejściowe:

Zbiór współrzędnych pierwotnych L1. txt

Zbiór współrzędnych aktualnych L2. txt

Punkty dostosowania:

Numer Układ pierwotny Układ aktualny Odchyłki transformacji

X [m] Y [m] X [m] Y [m] dX [m] dY [m]

1001 43.4061 66.1405 43.2088 66.4724 -0.00020 -0.00031

1002 80.0733 66.4886 79.8778 66.6047 0.00028 -0.00054

1003 118.2786 67.5479 118.0886 67.4395 0.00031 -0.00041

1004 156.1073 69.2485 155.9259 68.9185 -0.00035 0.00042

1005 193.9469 71.7133 193.7797 71.1602 0.00011 -0.00017

2001 13.5318 102.8473 13.5513 103.3548 0.00020 0.00039

2002 49.9228 100.3081 49.9263 100.6012 -0.00015 -0.00012

2003 73.0086 99.2711 73.0059 99.4287 0.00021 0.00008

3001 80.5130 98.0683 80.5026 98.1822 -0.00028 0.00047

5002 113.6959 148.2571 113.9805 148.1746 0.00032 0.00015

5003 183.8920 133.8289 184.0896 133.3339 -0.00046 0.00004

Parametry transformacji:

translacja x [m] 0.03994

translacja y [m] 0.00445

kat obrotu [grady] 0.374272

skala 1.00000251

odchylenie standardowe dopa-

sowania [mm] 0.30

Wyniki transformacji:

Numer Układ pierwotny

Układ aktualny

po transformacji

Różnice

współrzędnych dr [mm] Punkty

stałe X [m] Y [m] X’ [m] Y’ [m] dx [mm] dy [mm]

1001 43.4061 66.1405 43.4059 66.1402 -0.20 -0.31 0.37 *

1002 80.0733 66.4886 80.0736 66.4881 0.28 -0.54 0.60 *

1003 118.2786 67.5479 118.2789 67.5475 0.31 -0.41 0.51 *

1004 156.1073 69.2485 156.1070 69.2489 -0.35 0.42 0.54 *

1005 193.9469 71.7133 193.9470 71.7131 0.11 -0.17 0.20 *

1006 230.4584 75.0041 230.4591 75.0053 0.68 1.15 1.34

2001 13.5318 102.8473 13.5320 102.8477 0.20 0.39 0.44 *


77

2002 49.9228 100.3081 49.9227 100.3080 -0.15 -0.12 0.19 *

2003 73.0086 99.2711 73.0088 99.2712 0.21 0.08 0.22 *

2004 100.0000 100.0000 99.9992 100.0012 -0.85 1.17 1.45

3001 80.5130 98.0683 80.5127 98.0688 -0.28 0.47 0.55 *

3002 85.1950 98.3755 85.1950 98.3772 0.00 1.70 1.70

5001 38.7056 134.2046 38.7064 134.2019 0.77 -2.69 2.80

5002 113.6959 148.2571 113.6962 148.2573 0.32 0.15 0.36 *

5003 183.8920 133.8289 183.8915 133.8289 -0.46 0.04 0.47 *

5004 304.0899 128.6921 304.0909 128.6952 1.00 3.09 3.25

Grupa punktów wzajemnie stałych występuje na dużym i zróżnicowanym obszarze –

obejmuje zarówno punkty zlokalizowane na obiekcie, jak i poza nim. Wyznaczone na ich

podstawie parametry transformacji, a następnie współrzędne aktualne punktów sieci po trans-

formacji posłużyły do dalszego opracowania wyników pomiarów w drugiej sesji pomiarowej

Lub2.

Drugie badanie stałości punktów sieci wykonano po trzecim pomiarze. Kryteria przejęto

analogicznie jak we wcześniejszej epoce pomiarowej. Wyniki przedstawiono poniżej.

Raport z transformacji współrzędnych płaskich Lub 2-3

Dane wejściowe:

Zbiór współrzędnych pierwotnych L2 txt

Zbiór współrzędnych aktualnych L3. txt

Punkty dostosowania:

Numer Układ pierwotny Układ aktualny Odchyłki transformacji

X [m] Y [m] X [m] Y [m] dX [m] dY [m]

1001 43.4059 66.1402 43.2256 66.4420 0.00011 -0.0000

1004 156.1070 69.2489 155.9417 68.9479 0.00002 -0.0001

1005 193.9470 71.7131 193.7944 71.2098 0.00006 -0.0000

1006 230.4591 75.0053 230.3235 74.3067 -0.00005 -0.0000

2001 13.5320 102.8477 13.5484 103.3088 0.00012 0.00002

5002 113.6962 148.2573 113.9537 148.1824 -0.00025 0.00025

1001 43.4059 66.1402 43.2256 66.4420 0.00011 -0.0000

1004 156.1070 69.2489 155.9417 68.9479 0.00002 -0.0001

Parametry transformacji:

translacja x [m] 0.05998

translacja y [m] 0.13582

kat obrotu [grady] 0.340428

skala 0.99999928

odchylenie standardowe dopa-

sowania [mm]

0.12

Wyniki transformacji:

Numer Układ pierwotny

Układ aktualny

po transformacji

Różnice

współrzędnych dr [mm] Punkty

stałe X [m] Y [m] X’ [m] Y’ [m] dx [mm] dy [mm]

1001 43.4059 66.1402 43.4060 66.1402 0.11 -0.03 0.12 *

1002 80.0736 66.4881 80.0730 66.4890 -0.56 0.85 1.01

1003 118.2789 67.5475 118.2791 67.5487 0.2 1.17 1.18

1004 156.1070 69.2489 156.1070 69.2488 0.02 -0.13 0.13 *

1005 193.9470 71.7131 193.9471 71.7131 0.06 -0.05 0.08 *

1006 230.4591 75.0053 230.4591 75.0052 -0.05 -0.06 0.08 *

2001 13.5320 102.8477 13.5321 102.8477 0.12 0.02 0.12 *

2004 99.9992 100.0012 100.0001 100.0013 0.91 0.06 0.91

5001 38.7064 134.2019 38.7083 134.1973 1.92 -4.63 5.01


78

5002 113.6962 148.2573 113.6960 148.2576 -0.25 0.25 0.36 *

5003 183.8915 133.8289 183.8906 133.8275 -0.93 -1.38 1.67

5004 304.0909 128.6952 304.0916 128.6987 0.73 3.51 3.59

Grupa punktów wzajemnie stałych w drugiej epoce pomiarowej zmniejszyła się. Zbiór

punktów wzajemnie stałych poszerzył się o punkt 1006, a zmniejszył o punkty 1002, 1003

oraz istotny punkt 5003. Spośród punktów odniesienia, stabilizowanych prętami zbrojenio-

wymi, stałość zachował tylko jeden – 5002. Łącząc go w grupę z innymi punktami (tj. 1001,

1004, 1005, 1006, 2001), uwzględniając liczebność grupy, zajmowany przez nią obszar oraz

wyniki stałości punktów z wcześniejszej epoki, uznanie tej grupy punktów za stałe jest naj-

bardziej właściwe.

4.2.4. Przemieszczenia punktów mierzonych klasycznie

Dla punktów znakowanych tarczami celowniczymi wyznaczono trzy składowe przemiesz-

czeń zgodne z kierunkami osi lokalnego układu współrzędnych. Tabelę z wartościami prze-

mieszczeń punktów kontrolowanych obiektu Lub zamieszczono w załączniku 5, a rysunki

z numeracją punktów kontrolowanych obiektu Lub w załącznikach 3 (ściana 1) i 4 (ściana 2).

W pierwszej kolejności analizie poddano składowe poziome przemieszczeń. Podobnie jak

w przypadku obiektu Mce, przemieszczenie w kierunki osi X jest rysowane linią poziomą,

a w kierunku osi Y – linią pionową. Kierunek ku górze odpowiada ruchowi punktu w stronę

gruntu (cofaniu się), a kierunek ku dołowi – kierunkowi ruchu punktu od gruntu. Dla każdego

punktu podana jest kolorem zielonym wartość wypadkowa wektora poziomego.

Ściana 1 – przemieszczenia w epoce pomiarowej 1-2

Uwzględniając wyznaczony błąd położenia punktu na ścianie 1 równy 1,0 mm, zgodnie

z prawem przenoszenia błędów błąd wyznaczonego przemieszczenia wynosi 1,4 mm.

Kilka tarcz celowniczych na ścianie 1 zostało zniszczonych i nieodtworzonych. Z pier-

wotnie naklejonych 129 tarcz, w drugiej sesji pomiarowej pozostało 117 tarcz.

Przemieszczenie poziome przekraczające granicę błędu wykazało 45% punktów (53 tar-

cze). Ruch przekraczający 4 mm wykazały 3 punkty dwunastego bloku: 124, 125, 128 (nume-

racja punktów wg załącznika 3). Ruch od 3 mm do 4 mm wykazało 11 punktów (tj. 9%), zlo-

kalizowanych przede wszystkim na blokach B12 i B13. Tendencja ruchu tych punktów jest

w kierunku od gruntu i w stronę lewą (północną). Ruch od 2 mm do 3 mm wykazało 18 punk-

tów (15%). Poza pojedynczymi punktami na różnych blokach, punkty o zakresie przemiesz-

czenia 2-3 mm są zlokalizowane w większości na blokach B7 i B8. Ruch tych punktów jest

zgodny w kierunku do gruntu oraz w lewą (północną) stronę ściany 1. Ruch powyżej granicy

błędu (1,5 mm), ale poniżej 2,0 mm, wykazało 21 punktów (18%). Przemieszczenia punktów

obrazuje rysunek 4.40.

Po analizie wyników należy zwrócić uwagę na zachowanie bloków B7 i B8 oraz B12, B13

i B14. Wykazywane przez nie przemieszczenia przekraczają granicę błędu ich wyznaczenia.

Ponadto zgodny kierunek przemieszczeń tych punktów pozwala mówić o trendzie ruchu, a nie

o szumie pomiarowym.


79

Rys. 4.40. Przemieszczenia poziome tarcz celowniczych na ścianie 1 pomiędzy seriami pomiarowymi 1 i 2


Uwzględniając błąd położenia punktu na ścianie 2 równy 1,8 mm, błąd wyznaczonego

przemieszczenia punktu wynosi 2,6 mm.

Na ścianie 2 trzy tarcze celownicze zostały zniszczone i nie były pomierzone w drugiej se-

sji pomiarowej. Wszystkie utracone cele były zlokalizowane we fragmencie 2.3 drugiej ścia-

ny.

Na fragmencie obiektu będącym gruntem zbrojonym 4 punkty z 15 (tj. 27%) wykazały

przemieszczenie przekraczające granicę błędu (2,6 mm): 212, 213, 214 i 215 (numeracja

punktów według załącznika 4). Wszystkie mają zgodną tendencję ruchu od gruntu i w lewą

(północną) stronę ściany. Ruch punktów 208 (1,9 mm), 210 (2,5 mm) i 211 (2,0 mm) jest co

prawda mniejszy od błędu przemieszczenia, jednak jego charakter jest zgodny z ruchem

wspomnianych punktów 212÷215, których ruch przekroczył granicę błędu. Przemieszczenia

punktów fragmentu 2.1 obrazuje rysunek 4.41.


80

Rys. 4.41. Przemieszczenia poziome tarcz celowniczych na ścianie 2.1 pomiędzy seriami pomiarowymi 1 i 2

Na części ściany 2 oznaczonej 2.2 i 2.3 tylko trzy punkty z 38 wykazały przemieszczenia

przekraczające granicę błędu (2,6 mm). Wspomniane punkty to 233 (3,8 mm), 236 (3,6 mm)

i 258 (2,7 mm) i są zlokalizowane na fragmencie 2.2. Przemieszczenia obrazuje rysunek 4.42

(numeracja punktów według załącznika 4).

Rys. 4.42. Przemieszczenia poziome tarcz celowniczych na ścianie 2.2 i 2.3 pomiędzy seriami pomiarowymi 1 i 2


W trzeciej sesji pomiarowej klasycznie pomierzono tylko wybrane bloki ściany 1 (B4, B5,

B7, B8, B12, B13, B14), które we wcześniejszej epoce pomiarowej wykazały się największą

aktywnością.

Pomiędzy seriami 2 i 3 tylko jeden punkt wykazał przemieszczenie powyżej 4 mm – punkt

084 (4,1 mm). Dla ośmiu punktów wyznaczono przemieszczenie 3÷4 mm: na bloku B5 dla

dwóch punktów 054 (3,2 mm) i 055 (3,4 mm), na blokach B7 i B8 dla punktów 078

(3,4 mm), 077 i 078 (oba 3,1 mm), 085 (3,6 mm), 086 (3,0 mm) oraz na bloku B12 dla punktu

128 (3,4 mm). Numerację punktów prowadzono według załącznika 3.

Spośród zmierzonych w 3 sesjach 58 punktów na ścianie 1 niemal połowa z nich (46%)

wykazała ruch pomiędzy seriami 2 i 3 rzędu 2÷3 mm. Natomiast 25% punktów (14 tarcz)

wykazało ruch pomiędzy 1,4 a 2 mm. Tylko 8 wyznaczonych przemieszczeń nie przekroczyło

granicy błędu. Wyznaczone przemieszczenia przedstawiono na rysunku 4.43.


81

Rys. 4.43. Przemieszczenia poziome wybranych bloków ściany 1 pomiędzy seriami 2 i 3

Podobnie jak we wcześniejszej epoce, największą aktywność wykazują bloki B7 i B8 oraz

B12 i B13. Należy zaznaczyć, że ruch tych punktów w dwóch epokach pomiarowych ma

przeciwny kierunek. W epoce 1 bloki B7 i B8 wykazały ruch w lewo i do gruntu, w epoce 2

w prawo i od gruntu. Bloki B12, B13 i B14 wcześniej (w epoce 1) wykazały ruch w lewo i od

gruntu, a aktualnie (w epoce 2) w prawo i do gruntu.

W kontekście dalszego porównania wyników z pomiarów klasycznych oraz naziemnego

skanowania laserowego należy zwrócić uwagę na bloki B4 i B5. Największe wartości prze-

mieszczeń są obserwowane głównie w środkowej części bloków. Skraje bloków według po-

miarów klasycznych nie wykazują dużej aktywności.


Dla punktów pomierzonych w trzeciej sesji pomiarowej wyznaczono przemieszczenia

względem pomiaru pierwotnego. W znacznym stopniu punkty wykazujące największą aktyw-

ność wróciły do swojego pierwotnego położenia lub nieznacznie się względem niego prze-

mieściły.

Największe przemieszczenie wykazały punkty 125 (2,6 mm), i 139 (2,4 mm). Ponadto dla

trzech punktów wyznaczono przemieszczenie na poziomie 2 mm: 046 i 087 (oba 2,0 mm)

oraz 132 (2,1 mm). Numerację punktów prowadzono według załącznika 3. Spośród 58 pomie-

rzonych punktów 20 (35%) wykazało ruch powyżej granicy błędu, ale poniżej 2 mm. Ponad

połowa punktów (33 tarcze) nie wykazała ruchu przekraczającego granicę błędu. Wyznaczone

przemieszczenia zilustrowano na rysunku 4.44.


82


Uwagę zwraca przemieszczenie bloków B4 i B5 w kierunku od gruntu. Średnia wartość

składowej Y przemieszczenia punktów 041-056 wynosi 1,1 mm. O blokach B7 i B8 można

powiedzieć, że wróciły do swojego pierwotnego położenia. Wyjątkiem jest na tych blokach

punkt 087, jednak jego znaczne przemieszczenie, odbiegające od okolicznego trendu, należy

przypisać niedokładności celowania wynikającej z bardzo ostrej celowej pionowej i poziomej.

Z pomiarów klasycznych wynika, że bloki B12-B13-B14 mają tendencję ruchu od gruntu. Dla

punktów 121-148 średnia wartość składowej Y przemieszczenia wynosi 1,0 mm. Analizując

wspólnie te bloki, można stwierdzić, że punkty wykazały tendencję powrotu do pierwotnego

położenia, jednak ostatecznie wyznaczono ich przemieszczenie, które nieznacznie przekro-

czyło granicę błędu.

Przemieszczenia pionowe – niwelacja trygonometryczna

W trakcie pomiarów klasycznych tarcz celowniczych wysokość osi celowej instrumentu

była wyznaczana w nawiązaniu do najbliższego reperu (Rp1, Rp2, Rp3 lub Rp21). Ostatecz-

nie przemieszczenia tarcz celowniczych są wyznaczone względem Rp1 dla ściany 1 i wzglę-

dem Rp 21 dla ściany 2.

Ściana 1 – przemieszczenia pionowe w epoce pomiarowej 1-2

Uwzględniając różnicę niezależnego wyznaczenia wysokości punktów (0,7 mm), zgodnie

z prawem przenoszenia błędów, błąd wyznaczonego przemieszczenia pionowego dla ściany 1

wynosi 1,0 mm.


83

Zaledwie 6 punktów wykazało przemieszczenia przekraczające granicę błędu: jeden punkt

na bloku B5 – 057 (-1,4 mm), trzy punkty na bloku B6: 062 (-1,2 mm), 064 (-1,1 mm), 067

(-1,8 mm) oraz dwa punkty na bloku B12: 121 (-1,5 mm), 124 (-1,2 mm). Przemieszczenia

pozostałych punktów są poniżej granicy dokładności ich wyznaczenia.

Ściana 2 – przemieszczenia pionowe w epoce pomiarowej 1-2

Uwzględniając różnicę niezależnego wyznaczenia wysokości punktów (2,0 mm), błąd

wyznaczonego przemieszczenia pionowego dla punktów na ścianie 2 wynosi 2,8 mm. Prze-

mieszczenia pionowe punktów na ścianie 2 nie przekroczyły dokładności ich wyznaczenia.

Na fragmencie ściany 2.1 uwagę zwracają przemieszczenia punktów 209 (-1,7 mm), 212

(-1,6 mm), 213 i 214 (-1,9 mm) oraz 215 (-1,7 mm) mimo tego, że są poniżej granicy błędu

(numeracja punktów według załącznika 4). Wszystkie mają zbliżoną wartość przemieszczenia

pionowego. Te punkty wykazywały także aktywność poziomą, mimo że ich przemieszczenia

również były poniżej granicy dokładności wyznaczenia. Przemieszczenia pionowe fragmentu

ściany 2.1 przedstawiono na rysunku 4.45.

Rys. 4.45. Przemieszczenia punktów na okładzinie gruntu zbrojonego

Ściana 1 – przemieszczenia pionowe w epokach pomiarowych 2-3 i 1-3

Wyznaczone po trzecim pomiarze przemieszczenia pionowe względne tarcz celowniczych

w epokach pomiarowych 2-3 oraz 1-3 nie przekroczyły granicy dokładności ich wyznaczenia.

Średnia z modułów przemieszczeń pionowych w epoce 2-3 wyniosła 0,3 mm, a średnia z mo-

dułów przemieszczeń pionowych w epoce 1-3 wyniosła 0,5 mm.

Przemieszczenia pionowe – niwelacja geometryczna

Uwzględniając dokładność wyznaczenia wysokości reperów w pierwszym (0,8 mm) oraz

w drugim (0,4 mm) pomiarze, błąd wyznaczonego przemieszczenia wynosi 0,9 mm. Wyniki

przemieszczeń reperów na ścianach 1 i 2 przedstawiono odpowiednio na rysunkach 4.46

i 4.47.

Wiarygodność przemieszczeń reperów na dole ściany 2 poddano w wątpliwość, mimo że

przekraczają granicę dokładności. Odległość 2 km do reperu nawiązania oraz złe warunki

pomiarowe bezpośrednio przy ścianie 2 (duży ruch samochodowy na drodze krajowej) zwięk-

szyły niepewność otrzymanych wyników dla reperów Rp20-Rp23.


84

Rys. 4.46. Przemieszczenia reperów na ścianie 1 w epoce pomiarowej 1-2


4.2.5. Wyznaczenie przemieszczeń i obrotów bloków

Na podstawie przemieszczeń punktów znakowanych tarczami celowniczymi wykonano

analizę obrotów bloków ściany i sprawdzono warunek bryły sztywnej oraz obliczono ewentu-

alne rozciągania i ścinania na obiekcie. Dla obiektu Lub wykonano analogiczne obliczenia jak

dla obiektu Mce, zgodne ze wzorami Prószyńskiego i Kwaśniaka (2006), i otrzymano nastę-

pujące wyniki.

Obroty i przemieszczenia bloków ściany 1 w epoce pomiarowej 1-2

Przemieszczenia i obroty bloków ściany 1 w pierwszej epoce pomiarowej przedstawia ta-

bela 4.12. Wśród 39 wyznaczonych obrotów 19 z nich (49%) przekroczyło błąd wyznaczenia.

Największe obroty wokół osi X zaobserwowano na blokach B12 (-0,32 mm/m) i B14

(-0,20 mm/m) oraz na bloku B4 (0,12 mm/m). Istotny jest też obrót wokół osi Z bloku B11

(0,19 mm/m), bloku B15 (-0,16 mm/m) oraz bloków B3 (-0,13 mm/m) i B8 (0,12 mm/m).

Wśród wyznaczonych 39 składowych przemieszczeń środków bloków tylko 11 z nich

(28%) nie przekroczyło wartości błędu. Największe przemieszczenia środka bloku zaobserwo-

wano dla bloków B12 (ΔX = -1,06 mm, ΔY = 2,15 mm), B13 (ΔX = -2,03 mm, ΔY = 1,28 mm),

B14 (ΔX = -1,29 mm) oraz B7 (ΔX = -1,64 mm) i B8 (ΔX = -1,10mm, (ΔY = -1,50 mm).

Tab. 4.12. Przemieszczenia i obroty bloków ściany 1 w epoce pomiarowej 1-2

Nr

bloku

[mm] [mm/m] [cc

]


B3 -0.29 0.70 -0.19 -0.05 0.02 -0.13 -30.9 15.6 -80.2

błędy 0.13 0.14 0.13 0.07 0.03 0.03 47.7 17.9 20.3

B4 0.09 -0.16 -0.07 0.12 -0.03 -0.07 76.3 -16.8 -43.5

błędy 0.12 0.12 0.12 0.05 0.02 0.02 32.2 14.1 15.7

B5 -0.24 -0.75 -0.17 -0.07 0.04 0.06 -46.9 24.5 39.3

błędy 0.18 0.18 0.18 0.06 0.03 0.04 40.7 20.8 24.3

B6 -0.75 -0.15 -0.77 0.00 -0.02 -0.08 2.5 -15.2 -52.1

błędy 0.28 0.28 0.28 0.09 0.05 0.06 55.2 30.9 37.3


85

B7 -1.64 -0.79 -0.51 0.04 0.02 -0.04 27.0 11.4 -27.7

błędy 0.18 0.18 0.17 0.06 0.03 0.04 38.1 21.3 26.6

B8 -1.10 -1.50 -0.28 -0.03 -0.01 0.12 -18.3 -3.7 77.0

błędy 0.24 0.25 0.24 0.08 0.04 0.05 48.8 27.0 32.3

B9 -0.32 -0.48 -0.05 0.05 -0.02 0.00 29.2 -11.6 -0.8

błędy 0.08 0.08 0.08 0.03 0.01 0.02 16.4 9.0 10.8

B10 -0.19 -0.50 -0.09 -0.01 0.00 0.01 -7.8 2.2 6.1

błędy 0.11 0.11 0.11 0.03 0.02 0.02 22.0 11.9 14.1

B11 0.01 0.36 -0.20 -0.08 0.01 0.19 -48.1 4.5 122.5

błędy 0.29 0.29 0.29 0.10 0.05 0.06 60.5 32.7 38.7

B12 -1.06 2.15 -0.63 -0.32 -0.08 0.03 -205.4 -49.0 16.7

błędy 0.48 0.51 0.48 0.17 0.09 0.11 109.4 57.7 69.5

B13 -2.03 1.28 -0.49 -0.22 -0.09 -0.08 -139.7 -60.1 -48.9

błędy 0.23 0.23 0.23 0.08 0.04 0.05 52.9 27.1 31.3

B14 -1.29 0.81 -0.21 -0.20 -0.10 -0.05 -124.5 -65.0 -31.7

błędy 0.26 0.28 0.25 0.11 0.05 0.06 68.0 32.0 37.2

B15 0.78 -0.02 0.19 0.14 -0.05 -0.16 86.7 -30.0 -99.0

błędy 0.35 0.52 0.33 0.24 0.07 0.07 150.5 44.3 45.3

Ponieważ geometria rozmieszczenia tarcz celowniczych na blokach B16 i B17 była bar-

dzo niekorzystna, wyniki obliczeń obarczone są dużym błędem. Wyznaczone obroty bloków

ściany 1 w pierwszej epoce obrazuje rysunek 4.48. W celu uczytelnienia rysunku wartości

obrotów podano z ograniczeniem do wartości części dziesiętnej, nie zamieszczając wspólnego

dla wszystkich zera przed separatorem dziesiętnym.

Rys. 4.48. Obroty bloków ściany 1 wokół osi X, Y, Z w epoce pomiarowej 1-2


Dla fragmentu ściany 2.1 nie było możliwe obliczenie obrotów, gdyż fragment 2.1 stano-

wią pojedyncze płyty okładziny żelbetowej gruntu zbrojonego z naklejonymi pojedynczo tar-

czami celowniczymi.

Dla fragmentu 2.2 i 2.3 wyznaczono 15 obrotów – po trzy dla każdego z pięciu bloków.

Wyznaczone przemieszczenia i obroty zamieszczono w tabeli 4.13.


Nr

bloku

[mm] [mm/m] [cc

]


B201 0.95 1.57 -0.65 0.19 -0.07 -0.37 118.7 -41.6 -232.9

błędy 0.26 0.95 0.40 0.09 0.08 0.23 55.6 52.1 147.9

B202 0.33 -1.82 -0.07 0.07 0.00 -0.14 45.2 -1.4 -91.1

błędy 0.16 0.16 0.16 0.06 0.04 0.05 35.6 22.4 28.8

B203 0.21 -1.78 -0.04 0.13 0.04 0.05 83.9 26.2 34.2

błędy 0.17 0.17 0.17 0.05 0.03 0.04 34.2 20.1 25.1

B204 0.13 -0.90 -0.18 0.19 0.00 -0.02 118.7 -0.2 -9.9

błędy 0.22 0.23 0.23 0.07 0.04 0.05 46.9 27.7 34.8

B205 2.07 -0.99 0.01 0.12 0.04 0.08 76.6 26.3 49.3

błędy 0.13 0.15 0.14 0.05 0.03 0.05 32.3 21.7 29.3


86

Największe wartości osiągnęły obroty bloku 201 wokół osi Z (-0,37 mm/m) i bloków 201

i 204 wokół osi X – 0,19 mm/m. Cztery obroty z piętnastu (27%) nie przekroczyły granicy

błędu. Wyznaczone obroty prezentuje rysunek 4.49. Wartości obrotów podano ograniczając je

do wartości po separatorze dziesiętnym.

Wśród przemieszeń ściany 2 dominują przemieszczenia w kierunku osi Y. Największe

wykazały bloki B202 (-1,82 mm), B203 (-1,78 mm) oraz B201 (1,57 mm). W kierunku osi X

największe przemieszczenie bloków ściany 2, wykazuje blok B205 (2,07 mm).



Po trzecim pomiarze ściany 1 obiektu Lub wyznaczono obroty i przesunięcia bloków

w epoce pomiarowej 2-3.

Spośród 21 składowych przesunięć środków bloków tylko 4 (składowe wzdłuż osi Z) nie

przekroczyły błędu ich wyznaczenia. Największe przemieszczenie wykazały bloki B7, B8

i B13 (ΔX0B7 = 2,15 mm, ΔY0B8 = 2,13 mm, ΔX0B13 = 2,26 mm) oraz bloki B5 i B14. Wyzna-

czone obroty tylko w kilku przypadkach przekroczyły granicę błędu. Największe obroty

stwierdzono dla bloków B4 i B5 (ωZB4 = 0,12 mm/m, ωXB5 = 0,12 mm/m, ωZB5 = -0,16 mm/m).

Wyznaczone obroty i przemieszczenia zestawiono w tabeli 4.14.


Nr

bloku

[mm] [mm/m] [cc

]


B4 1.01 1.30 -0.44 0.00 0.02 0.12 0.2 11.9 77.0

błędy 0.10 0.11 0.10 0.05 0.02 0.02 30.3 12.9 15.2

B5 0.58 1.97 -0.38 0.12 -0.05 -0.16 77.4 -29.3 -99.3

błędy 0.28 0.31 0.27 0.11 0.05 0.06 70.5 34.8 40.4

B7 2.15 1.45 0.05 0.06 0.01 0.08 40.1 6.7 53.4

błędy 0.13 0.13 0.12 0.04 0.02 0.03 25.7 14.3 17.9

B8 1.11 2.13 -0.23 -0.04 0.01 -0.06 -23.0 4.2 -40.7

błędy 0.21 0.21 0.21 0.07 0.04 0.04 42.3 23.4 28.0

B12 0.71 -1.47 0.25 0.04 0.02 0.00 26.2 15.7 1.4

błędy 0.40 0.42 0.39 0.14 0.07 0.09 90.4 47.7 57.4

B13 2.26 -0.40 0.09 0.06 0.04 0.07 37.4 23.6 47.6

błędy 0.13 0.13 0.13 0.05 0.02 0.03 29.5 15.1 17.5

B14 1.83 0.27 -0.05 0.05 0.03 0.06 28.7 18.6 36.8

błędy 0.14 0.15 0.14 0.06 0.03 0.03 36.7 17.3 20.1

Istotne wartości są zaznaczone na zielono. Są to przemieszczenia, które mają zbliżoną

wartość, a przeciwny zwrot do analogicznych parametrów wyznaczonych w epoce 1-2. Ob-


87

serwując całościowo wyniki, można stwierdzić, że co do wartości przesunięcia środków blo-

ków są podobne, ale obroty bloków w drugiej epoce (2-3) są mniejsze niż w epoce pierwszej

(1-2). Dotyczy to szczególnie wyższych numerów bloków (B12, B13, B14). Wyznaczone

obroty ściany 1 przedstawiono na rysunku 4.50.


4.2.5. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej

Analogicznie jak dla obiektu Mce, sprawdzono zgodność obserwacji z zastosowanym mo-

delem, posługując się globalnym testem współczynnika wariancji. Dla poszczególnych blo-

ków sprawdzono warunek bryły sztywnej zgodnie ze wzorem (4.1). Wyniki testu przedstawia

tabela 4.15.

Tab. 4.15. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w pierwszej epoce (1-2)

Ściana Nr bloku σ0 (σ0)kryt σ0 ≤ (σ0)kryt

Ściana 1

B3 0,29 1,37 tak

B4 0,34 1,25 tak

B5 0,53 1,25 tak

B6 0,83 1,25 tak

B7 0,52 1,25 tak

B8 0,73 1,25 tak

B9 0,24 1,25 tak

B10 0,32 1,25 tak

B11 0,86 1,25 tak

B12 1,33 1,27 nie

B13 0,69 1,25 tak

B14 0,71 1,27 tak

B15 0,80 1,32 tak

Ściana 2

B201 0,59 1,32 tak

B202 0,47 1,25 tak

B203 0,51 1,25 tak

B204 0,62 1,27 tak

B205 0,26 1,45 tak

Tylko dla bloku B12 ściany 1 wynik globalnego testu wariancji jest negatywny. Błędy

grube zostały wyeliminowane, a obroty obiektu są niewielkie, dlatego powodu przekroczenia

wartości (σ0)kryt dla bloku B12 poszukiwano w odkształceniach bryły. Ponieważ bloki obiektu

Lub są pionowe można było wprost wyznaczyć wydłużenia liniowe εX, εZ i ścinanie γXZ oraz

ich błędy (tab. 4.16).


88

Tab. 4.16. Wydłużenia i ścinanie wyznaczone dla bloku B12 w epoce pomiarowej 1-2

[mm/m] [cc

]

εX εZ γXZ γXZ

B12 -0,22 -0,10 -0,03 -21,30

błędy 0,06 0,28 0,06 39,88

Z trzech wyznaczonych wartości tylko wydłużenie w kierunku osi X przekroczyło granicę

błędu i wyniosło -0,22 mm/m, co oznacza ściskanie.

W drugiej epoce pomiarowej (2-3) wszystkie pomierzone bloki ściany 1 zachowały

sztywność. Pozytywne wyniki testu sztywności bryły dla drugiej epoki (2-3) przedstawia ta-

bela 4.17.

Tab. 4.17. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w drugiej epoce (2-3)

Nr

bloku σ0 (σ0)kryt σ0 ≤ (σ0)kryt

B4 0,28 1,27 tak

B5 0,72 1,29 tak

B7 0,35 1,27 tak

B8 0,63 1,25 tak

B12 1,10 1,27 tak

B13 0,38 1,25 tak

B14 0,38 1,27 tak

89

5 Zastosowanie skanowania laserowego

do pomiaru ścian oporowych

5.1. PRZEBIEG POMIARU

W trakcie pomiarów techniką naziemnego skanowania laserowego wykorzystywano ska-

ner impulsowy Leica ScanStation C10, wykorzystujący fale o długości 532 nm (światło zie-

lone). Teoretyczny zasięg skanera wynosi 300 m, ale wartość ta jest zależna od albedo po-

wierzchni. Szybkość skanowania wynosi 50 000 pkt/s, a pole widzenia to 360 (Hz) i 270

(V). Podawana przez producenta dokładność pojedynczego pomiaru wynosi: 6 mm dla poło-

żenia punktu, 4 mm dla pomiaru odległości, 12” dla pomiaru kątów poziomego i pionowego

oraz 2 mm dla modelowanej powierzchni. Odchylenie standardowe skanowania tarcz wynosi

2 mm [I11].

Obiekt Mce w każdej z trzech sesji pomiarowych skanowano z trzech stanowisk. Ich loka-

lizację przedstawiono na rysunku 5.1.

Rys. 5.1. Szkic lokalizacji stanowisk skanera i tarcz HDS – obiekt Mce

W trakcie pomiarów obiektu Mce wykorzystywano tarcze HDS skanowane z każdego sta-

nowiska. Trzy z nich (T1-T3) to obrotowe tarcze HDS. Dodatkowo wykorzystano w terenie

płaskie tarcze HDS łączące pary skanów (T11-T13). W dalszym opracowaniu wyników tarcze

posłużyły do połączenia chmur z różnych stanowisk.

Obiekt Lub był mierzony z 6 stanowisk skanera – 4 obejmujących pomiarem ścianę 1

(S1-S4) oraz 2 stanowisk obejmujących pomiarem ścianę 2 (S5 i S6). Szkic rozmieszczenia

stanowisk skanera względem obiektu przedstawiono na rysunku 5.2.

Rys. 5.2. Szkic lokalizacji stanowisk skanera i tarcz HDS – obiekt Lub

5. Zastosowanie skanowania laserowego do pomiaru ścian oporowych

90

W trakcie pomiarów obiektu Lub wykorzystywano 7 tarcz HDS – 3 tarcze obrotowe

(T1-T3) oraz 4 tarcze płaskie (T11 – T14), które wykorzystano do połączenia chmur z wielu

stanowisk. Obiekt był skanowany trzykrotnie – dwa razy w całości (z 6 stanowisk skanera),

a raz pomiar był ograniczony tylko do ściany 1, którą pomierzono z 4 stanowisk skanera.

W celu opracowania wyników w układzie sieci kontrolnej obiektu tarcze HDS były mie-

rzone klasycznie. Tarcze posiadające współrzędne geodezyjne stają się tzw. punktami geore-

ferencyjnymi. Współrzędne tarcz wyrównano w programie GEONET. Wykaz błędów tarcz

HDS pomierzonych geodezyjnie przedstawiono w tabelach 5.1 i 5.2. Dla tarcz, które nie sta-

nowiły punktów georeferencyjnych, wartości błędów nie są podane.

Tab. 5.1. Błędy poziome tarcz HDS

Nr

tarczy Mce1 Mce2 Mce3 Lub1 Lub2 Lub3

T1 0,4 2,7 2,2 0,6 4,8 1,2

T2 0,4 2,8 2,2 0,7 (40,8)* 1,7

T3 (1,4)* 2,6 (7,5)* 0,6 2,9 0,6

T11 brak tarczy 0,9 - - - -

T12 brak tarczy (0,8)* - - - -


T14 brak tarczy brak tarczy brak tarczy - - brak tarczy

* Tarcze, których współrzędne nie były wykorzystane do orientacji chmury w układzie sieci.

Tab. 5.2. Różnice wysokości tarcz HDS wyznaczone z wcięć kątowych

Nr

tarczy Mce1 Mce2 Mce3 Lub1 Lub2 Lub3

T1 0,2 0,7 0,5 0,9 5,2 0,3

T2 0,3 0,5 0,3 1,0 (50,5)* 1,7

T3 (0,3)* 0,1 (1,4)* 1,1 3,3 1,8


T12 brak tarczy (0,5)* - - - -


T14 brak tarczy brak tarczy brak tarczy - - brak tarczy

* Tarcze, których współrzędne nie były wykorzystane do orientacji chmury w układzie sieci.

Na obiekcie Mce tarcze HDS zostały pomierzone metodą wcięcia w przód z dwóch baz.

Tarcze obrotowe zawsze miały wyznaczone współrzędne, natomiast tarcze płaskie – tylko

w pomiarze Mce2. W pomiarze Mce1 wykorzystane były tylko tarcze obrotowe. W niektó-

rych przypadkach błąd jednej z tarcz odstawał wartością od pozostałych, dlatego podejmowa-

no wtedy decyzję o wyłączeniu danej tarczy z transformacji chmury do układu sieci. Zdecy-

dowanie najmniejsze błędy tarcz otrzymano w trakcie pomiaru Mce1.

Na obiekcie Lub tylko tarcze obrotowe miały wyznaczone współrzędne. Obrotowość

tarcz pozwalała zwrócić je w stronę instrumentu, co ułatwiało pomiar klasyczny. Natomiast

nieruchome, płaskie tarcze HDS, zlokalizowane względem stanowisk instrumentów pod

ostrym kątem, praktycznie uniemożliwiały ich pomiar. Ponieważ płaskie tarcze mocowano

w terenie za pomocą magnesu, praktycznie tylko drogowe bariery ochronne mogły posłużyć

do ich zamontowania. W pierwszym i trzecim pomiarze tarcze HDS pomierzono wcięciem

kombinowanym z jednej bazy, a w drugim – wcięciem w przód z dwóch baz. Wyniki pomiaru

drugiego są obarczone większym błędem niż pierwszego i trzeciego. Współrzędne T2, ze

względu na dużą wartość błędu, nie zostały włączone do orientacji chmury w układzie współ-

rzędnych. Błąd wynika prawdopodobnie z niestabilności stanowiska tarczy T2 ustawionej na

statywie w pobliżu drogi.


91

Kontrola ogólna stanu obiektu

Przed przystąpieniem do przetwarzania danych pod kątem analizy dokładności, prze-

mieszczeń i kontroli geometrii mierzonych obiektów, warto zwrócić uwagę na użyteczność

chmur punktów pochodzących z naziemnego skanowania laserowego do ogólnej kontroli sta-

nu obiektu. Szczególną uwagę należy zwrócić na rysy, zmiany powierzchni, zniszczenia. Ry-

sunek 5.3 przedstawia przykładowy fragment chmury oraz odpowiadające mu zdjęcie części

obiektu.

Rys. 5.3. Chmura punktów (a) oraz fotografia (b) fragmentu ściany oporowej Mce

5.2. ŁĄCZENIE CHMUR PUNKTÓW

Każdy obiekt został zeskanowany z kilku stanowisk, dlatego każda chmura została zareje-

strowana we własnym układzie współrzędnych związanym ze środkiem skanera. Opracowa-

nie połączonej chmury punktów, w ujednoliconym układzie współrzędnych, wymaga połą-

czenie chmur punktów, czyli wykonania tzw. rejestracji. Proces ten polega na transformacji

wszystkich chmur punktów do wspólnego układu zdefiniowanego przez tzw. home scan

world, czyli stanowisko pomiarowe skanera, którego układ będzie wspólny dla wszystkich.

Home scan world może być definiowany poprzez dowolne stanowisko pomiarowe albo punk-

ty georeferencyjne. W przeprowadzonych testach punktami georeferencyjnymi były tarcze

HDS pomierzone klasycznie z punktów osnowy. Najważniejsze wyniki łączenia chmur punk-

tów zestawiono w tabeli 5.3.

Komentarza wymagają duże wartości wektora błędów otrzymane dla obiektu Lub. W pro-

gramie Cyclone 8.1, który był wykorzystywany do opracowania danych skanerowych,

w module służącym do rejestracji istnieje możliwość włączania i wyłączania oraz wagowania

powiązań. Mimo to, dla łączenia chmur obiektu Lub pozostawiono wszystkie obserwacje

z powodu braku merytorycznych lub terenowych przesłanek do wyłączania którychkolwiek

z nich. Uwagę zwracają niewielkie wartości poziomego wektora błędów (średnio od 1 do

3 mm), a znaczące dla wektora pionowego. Dodatkowo należy zaznaczyć, że w procesie reje-


92

stracji program, oprócz rzeczywistych powiązań między chmurami i tarczami HDS, oblicza

wszystkie możliwe kombinacje takich połączeń, tworząc w ten sposób obserwacje zależne.

Tab. 5.3. Wyniki łączenia chmur punktów obiektów Mce i Lub

Wielkości po rejestracji

Par

amet

r

Lic

zba

stan

ow

isk

Lic

zba

tarc

z H

DS

glo

bal

ny

ch*

*

Lic

zba

tarc

z H

DS

lok

aln

ych

**

*

Lic

zba

tarc

z H

DS

geo

refe

ren

cyjn

ych

Śre

dn

ia d

ług

ość

wek

tora

błę

du

[m

m]

Mak

sym

aln

a d

ług

ość

wek

tora

błę

du

[m

m]

Min

imal

na

dłu

go

ść w

ek

tora

błę

du

[m

m]

Śre

dn

ia d

ługo

ść w

ekto

ra

błę

du

po

zio

meg

o [

mm

]

Mak

sym

aln

a d

ług

ość

wek

tora

błę

du

po

zio

meg

o [

mm

]

Min

imal

na

dłu

go

ść w

ek

tora

błę

du

po

zio

meg

o [

mm

]

Śre

dn

ia d

ługo

ść w

ekto

ra

błę

du

pio

no

weg

o [

mm

]

Mak

sym

aln

a d

ług

ość

wek

tora

błę

du

pio

no

weg

o [

mm

]

Min

imal

na

dłu

go

ść w

ek

tora

błę

du

pio

no

weg

o [

mm

]

Mce1 3 3 0 2 2 3 1 1 2 0 1 3 0

Mce2 2* 3 2 5 2 3 1 1 2 0 1 2 0

Mce3 3 3 2 2 2 3 0 1 2 0 1 3 0

Lub1 śc1 4 3 3 3 7 18 1 3 9 0 5 17 1

Lub1 śc2 2 3 1 3 9 16 3 2,5 4 1 8 16 1

Lub2 śc1 4 3 3 2 6 25 1 1 3 0 6 25 0

Lub2 śc2 2 3 1 2 6 13 3 2 4 0 5,5 13 3

Lub3 śc1 4 3 3 3 7 19 1 2 5 0 6 19 0

* Skanowanie obiektu było wykonane z trzech stanowisk, ale w post-processingu pliki z trzeciego stanowiska

okazały się niemożliwe do otworzenia, dlatego opracowaniu podlegały pomiary tylko z dwóch stanowisk.

** Tarcze HDS globalne – obrotowe tarcze HDS wspólne dla całego obiektu.

*** Tarcze HDS lokalne – dodatkowe, płaskie tarcze HDS łączące poszczególne pary chmur.

Należy zwrócić uwagę na relacje pomiędzy wektorami błędów po rejestracji przedstawio-

nymi w tabelach 5.1 i 5.2 a błędami współrzędnych tarcz HDS zawartymi w tabeli 5.3. Mimo

że współrzędne tarcz HDS w drugim pomiarze obiektu Lub mają duże błędy, nie przekłada

się to wprost na wartości błędów wyznaczone w procesie rejestracji. Większość błędów ze-

stawionych w tabeli 5.3 dla pomiaru Lub2 jest mniejsza (lub równa) w porównaniu z pierw-

szym pomiarem (Lub1).

5.3. ANALIZA DOKŁADNOŚCI NAZIEMNEGO SKANOWANIA LASEROWEGO

Po wykonaniu rejestracji porównano wyniki pomiarów z naziemnego skanowania lasero-

wego i pomiarów klasycznych. Jako metodę porównania przyjęto wyznaczenie odległości

punktu pomierzonego klasycznie od płaszczyzny wpasowanej w punkty ze skanowania lase-

rowego. Analizy przeprowadzono dla trzech serii pomiarowych obiektu Mce i dwóch serii

pomiarowych obiektu Lub.

Do wpasowania płaszczyzn oraz wyznaczenia odległości punktu od płaszczyzny wykorzy-

stano program MATLAB. Dla każdego punktu Pi mierzonego klasycznie (znakowanego folią

lub laserem):

wyznaczono grupę punktów ze skanowania odległych o nie więcej niż 10 cm, 5 cm

oraz 2 cm lub 7 cm od danego punktu (wybór zasięgu 2 cm lub 7 cm zależał od tego,

czy punkt był sygnalizowany laserem czy tarczą celowniczą),


93

w każdą z grup wpasowano płaszczyznę,

wyznaczono odchylenie standardowe wpasowanej płaszczyzny σp,

odrzucono punkty chmury odległe od płaszczyzny o wartość większą od 3σp,

ponownie wpasowano płaszczyznę i obliczono odchylenie standardowe σp’,

obliczono odległość di danego punktu od płaszczyzny.

W dalszym opracowaniu wyników, dla obiektu w każdej sesji pomiarowej obliczano średnią

liczbę punktów chmury, w które wpasowywano płaszczyznę, średnią odległość punktu od

płaszczyzny, średnią z modułów odległości di oraz liczbę wpasowanych płaszczyzn. Obliczo-

no również średnią z modułów odległości po odrzuceniu odstających wartości di.

Odchylenie standardowe wpasowanych płaszczyzn w większości przypadków waha się od

1 mm do 2 mm. Liczba wpasowywanych płaszczyzn wynika z liczby znakowanych punktów.

W trakcie opracowania pomiarów Mce2 (i późniejszych) stwierdzono, że folie dalmiercze,

które na mierzonych obiektach pełniły rolę tarcz celowniczych, odskanowują się często źle

i nieprzewidywalnie. Rysunek 5.4 ilustruje dwa skrajne przypadki zeskanowanych folii dal-

mierczych. Punkty w kolorach zielonych i żółtych to punkty zeskanowanej ściany. Punkty

niebieskie obrazują folie dalmiercze naklejone na ścianę.

Rys. 5.4. Folie dalmiercze zeskanowane w trakcie pomiaru: a) prawidłowo, b) nieprawidłowo

Dla punktów znakowanych foliami dalmierczymi zrezygnowano z wpasowywania płasz-

czyzn w punkty chmury znajdujące się w zasięgu 2 cm, ponieważ naklejone na obiekcie folie

dalmiercze są większego rozmiaru niż 2 cm × 2 cm. Z tego względu wpasowywano płaszczy-

zny w punkty chmury w zasięgu 7 cm od punktu mierzonego klasycznie.

Ze względu na obszerność przeprowadzonych analiz, poniżej przedstawiono wybrane

fragmenty oraz wynik końcowy. Komplet analiz zamieszczono w załączniku nr 6. Dla pomia-

ru Mce1 analizę wykonano bez rozdzielania na punkty znakowane tarczami i laserem, gdyż

tarcze naklejono na obiekt dopiero po wykonaniu skanowania. Analizę dokładności pomiaru

Mce2 przestawiono w tabeli 5.4.

Tab. 5.4. Wyniki analizy dokładności skanowania dla sesji pomiarowej Mce2

Obiekt Maksymalna odległość od punktu Pi 10 cm 5 cm 2 cm

Mce2

(punkty

znako-

wane

laserem)

Średnia liczba punktów użytych

do wpasowania płaszczyzny 635 166 31

Średnia odległość di [mm] 0,2 0,0 0,0

Średnia z modułów odległości |di| [mm] 0,8 0,7 0,7

Liczba wpasowanych płaszczyzn 63 61 50

po odrzuceniu |di| > 3σp

Maksymalna odległość od punktu Pi 10 cm 5 cm 2 cm




94


Mce2

(punkty

znako-

wane

foliami)



Średnia odległość di [mm] -0,1 -1,4 -0,6







Wyniki pośrednie wskazują, że w przypadku folii dalmierczych zakres 5 cm jest obarczo-

ny największą średnią z modułów odległości, co potwierdzają też dalsze wyniki.

Na obiekcie Lub wszystkie punkty znakowane były tarczami celowniczymi (foliami dal-

mierczymi). Wyniki dla pierwszej połowy drugiej ściany (grunt zbrojony) znacznie odbiegają

od pozostałych. Pomiar tej części obiektu wykonano ze stanowiska zlokalizowanego bezpo-

średnio przy ruchliwej drodze krajowej. W trakcie pomiaru przejeżdżające samochody powo-

dowały drgania skanera. Dlatego pomiary z tego stanowiska obarczone są większym błędem.

W analizach uwzględniono również wariant po odrzuceniu fragmentu ściany z gruntu zbrojo-

nego. Analizę dokładności dla pomiaru Lub2 przedstawiono w tabeli 5.5.

Tab. 5.5. Wyniki analizy dokładności skanowania dla sesji pomiarowej Lub1


Lub1

ściana 1











Lub1

ściana 2










tylko druga część ściany 2





95

Podsumowanie dotychczasowych obliczeń odległości punktu od powierzchni dla poszczegól-

nych obiektów i sesji pomiarowych zestawiono w tabeli 5.6.

Tab. 5.6. Częściowe podsumowanie analizy dokładności skanowania


(laser) 7 cm

Średni moduł odległości |di| [mm] 1,9 2,2 1,4 2,4

Średnia ze wszystkich modułów |di| [mm] 2,0

Liczba płaszczyzn 596 593 188 390

Łączna liczba płaszczyzn 1767



(laser) 7 cm





Uwzględniając wszystkie wyniki, można wysunąć wniosek, że średnia odległość między

punktami wyznaczonymi metodami klasycznymi i techniką naziemnego skanowania lasero-

wego wynosi 2 mm.

Dla obiektu Mce średni moduł odległości między punktami wyznaczonymi metodami kla-

sycznymi i techniką naziemnego skanowania laserowego wyniósł 1,5 mm (1,3 mm – po od-

rzuceniu obserwacji odstających), a dla obiektu Lub – 2,5 mm (2,2 mm – po odrzuceniu ob-

serwacji odstających). Obiekt Mce jest mniejszy i był mierzony z mniejszej odległości. Róż-

nice w wynikach uzyskane dla obu obiektów wskazują na zależność dokładności skanowania

laserowego od odległości do mierzonej powierzchni.

5.4. PORÓWNANIE CHMUR PUNKTÓW

5.4.1. Podstawy teoretyczne

Chmury punktów, po uprzedniej rejestracji oraz usunięciu punktów zbędnych, wykona-

nych w programie Cyclone, wyeksportowano w formacie *.pts. Porównania chmur punktów

dokonano w programie CloudCompare 2.6 [I5] typu open- i free-source. W tym programie

istnieją dwie możliwości porównania chmur:

odległość od punktu do punktu – compute cloud-cloud distance,

odległość punktu od powierzchni mesh – compute cloud-mesh distance.

Porównywanie chmur na podstawie dwóch powierzchni mesh (mesh-mesh) nie jest możliwe

wprost. W programie CloudCompare można porównać dwie powierzchnie mesh wykorzystu-

jąc drugą metodę obliczeniową – cloud-mesh. Program jako „chmurę” traktuje wierzchołki

porównywanej powierzchni mesh, czyli oblicza odległości między wierzchołkami dwóch po-

wierzchni mesh.

Funkcja: Cloud-cloud distances

W tym działaniu program dla każdego punktu porównywanej chmury szuka najbliższego

sąsiada w chmurze referencyjnej (rys. 5.5) i oblicza odległość między nimi [I5].


96

Rys. 5.5. Zasada wyznaczenia odległości punkt-punkt w programie CloudCompare [I5]

Jeśli porównywane chmury są dostatecznie gęste w odniesieniu do rozmiaru przemiesz-

czeń, to w wielu przypadkach różnica między prawdziwą odległością (mierzoną wzdłuż nor-

malnej do powierzchni) a odległością bezpośrednią pomiędzy dwoma najbliższymi sąsiadami

jest zaniedbywalna. Jeśli jednak chmury są niedostatecznie gęste, to wyniki porównania będą

zakłócone.

Cloud Compare oferuje dodatkowe funkcje lokalnego modelowania powierzchni (rys. 5.6)

w celu poprawy dokładności wyznaczenia odległości między chmurami w działaniu cloud-

cloud.

Rys. 5.6. Zasada wyznaczenia odległości w programie CloudCompare

z wykorzystaniem funkcji lokalnego modelowania [I5]

Funkcje lokalnego modelowania korzystają z najbliższego otoczenia punktu i oferują róż-

ne metody modelowania powierzchni bazujące na liczbie najbliższych punktów, metodzie

najmniejszych kwadratów, funkcji Delaunaya. Lokalne modelowanie jest narzędziem pośred-

nim pomiędzy funkcjami cloud-cloud a cloud-mesh – pozwala osiągnąć bardziej wiarygodne

wyniki niż cloud-cloud, ale nie tak precyzyjne jak cloud-mesh. Wadami metody cloud-cloud

są:

zafałszowanie wyniku poprzez niedokładne wyznaczenie prawdziwej odległości,

wynik w postaci modułu odległości, a nie odległości z odpowiednim znakiem.

Zaletą metody jest łatwość uzyskania wyniku, w przypadku gdy nie istnieje możliwość stwo-

rzenia odpowiedniego globalnego modelu mesh i skorzystania z drugiego narzędzia porówna-

nia chmur cloud-mesh.


97

Funkcja: Cloud-mesh distances

Drugą, dokładniejszą metodą wyznaczenia odległości pomiędzy dwoma chmurami punk-

tów jest metoda cloud-mesh. Do zastosowania tego narzędzia niezbędne jest stworzenie po-

wierzchni mesh dla chmury referencyjnej (pierwotnej).

Wykorzystując tę funkcję, program dla każdego punktu porównywanej chmury znajduje

najbliższy trójkąt siatki TIN chmury referencyjnej, a następnie wyznacza odległość punktu

wzdłuż normalnej do powierzchni tego trójkąta. Zaletą tego narzędzia jest możliwość przypi-

sania odległościom właściwego znaku. Na podstawie doświadczeń stwierdzono, że znak do-

datni jest przypisywany zgodnie z dodatnim zwrotem osi układu współrzędnych.

5.4.2. Dobór rozmiaru siatki grid

Analizę przemieszczeń w programie CloudCompare rozpoczęto od porównania ze sobą

kolejno pomiarów obiektu Mce w epokach 1-2, 2-3, 1-3. Powierzchnię mesh dla wcześniej-

szego, referencyjnego pomiaru porównywano z chmurą pochodzącą z kolejnego, bieżącego

pomiaru. Otrzymane wyniki nie były zadowalające – cechowały je duża rozbieżność, szum,

brak konkretnych trendów i rejonów spójnych przemieszczeń. Selekcjonując punkty, dla któ-

rych przemieszczenia wynosiły kolejno: -5÷-3 mm, -3÷0 mm, 0÷3 mm i 3÷5 mm, stwierdzo-

no, że w tych samych rejonach występują skrajnie różne przemieszczenia punktów. Przykła-

dowe wyniki przedstawiono na rysunku 5.7.

Rys. 5.7. Przemieszczenia obiektu Mce w epoce 1-2 w zakresach: a) -5÷-3 mm, b) -3÷0 mm, c) 0÷3 mm,

d) 3÷5 mm; skala barw – od koloru niebieskiego odpowiadającego najmniejszej wartości do czerwonego

odpowiadającego największej wartości danego zakresu

Na podstawie otrzymanych wyników przemieszczeń (rys. 5.7) nie można wyciągnąć kon-

struktywnych wniosków. Środkowy, aktywny fragment obiektu według powyższych wyni-

ków jest objęty przemieszczeniami zarówno z zakresu -5÷-3 mm, jak i 3÷5 mm.

Z powodu powyższego rozmycia wyników chmurę poddano dalszej obróbce. Do wygła-

dzenia szumów zastosowano narzędzie grid, dostępne w programie CloudCompare. W jego

opcjach można ustawić m.in.: wielkość oczka, uśrednianie albo wybór minimalnej lub mak-

symalnej wysokości w oczku oraz kierunek osi, w którym program ma wykonać działanie.

Na potrzeby przetworzenia danych uśredniono głębokości (współrzędna Y) w oczku oraz

pozostawiono puste oczka. Zasadniczą trudnością było ustalenie wielkości oczka siatki. Wy-

konano trzy wersje przetworzonej chmury o bokach: 2 cm, 5 cm i 10 cm. Zestawienia wybra-

nych zakresów wyznaczonych przemieszczeń z epok pomiarowych 1-2 oraz 1-3 dla trzech

różnych siatek grid zamieszczono na rysunkach 5.8-5.10. Na obrazach prezentowane są siatki

o wielkości oczek kolejno 2 cm, 5 cm i 10 cm.


98

Rys. 5.8. Przemieszczenia środkowego fragmentu obiektu Mce w epoce 1-2 po zastosowaniu siatki grid:

a) 2 cm, b) 5 cm, c) 10 cm; zakres przemieszczeń 0÷3 mm (kolor niebieski÷czerwony)


a) 2 cm, b) 5 cm, c) 10 cm; zakres przemieszczeń 3÷5 mm (kolor niebieski÷czerwony)

Rys. 5.10. Przemieszczenia obiektu Mce w epoce 1-3 po zastosowaniu siatki grid: a) 2 cm, b) 5 cm, c) 10 cm;

zakres przemieszczeń: u góry 0÷3 mm (kolor niebieski÷czerwony), u dołu 3÷5 mm (kolor niebieski÷czerwony)

Z powyższych obrazów wynika, że siatka grid o boku 10 cm silnie wygładza wyniki

przemieszczeń. Jest to szczególnie widoczne na zestawieniu przemieszczeń w epoce 1-3

w zakresie 0÷3 mm (rys. 5.10c górny). Zamiast wartości przemieszczeń widoczne są puste

pola, co oznacza, że przemieszczenia mają inną wartość niż wyświetlany zakres. Na prze-

mieszczeniach wyznaczonych z siatki grid 10 cm puste pola są największe. Wprawdzie zosta-

ną wypełnione wartościami przemieszczeniami z wyższego zakresu 3÷5 mm (rys. 5.10c dol-

ny), jednak przemieszczenia wyznaczone na siatce grid 5 cm są bardziej szczegółowe – wy-

różniają się w nich pionowe pasy zgodnych przemieszczeń.

Wyniki uzyskane z siatki 2 cm dla dowolnych przemieszczeń są mocno „zaszumione”, co

jest wyraźnie widoczne na zestawieniu przemieszczeń w epoce 1-3 (rys. 5.10a). W zakresie

0÷3 mm nie występują żadne puste pola, co ma miejsce w przypadku innych siatek, a na tym

samym obszarze przemieszczenia znajdują się jednocześnie w zakresach 0÷3 mm i 3÷5 mm.

Przemieszczenia z zakresu 3÷5 mm, które dla innych siatek są dopełnieniem obrazu prze-

mieszczeń wcześniejszego zakresu, dla siatki grid o boku 2 cm są nakładającymi się punkta-


99

mi. Ponadto tak wykonany grid w epoce 1-3 nie pozwala wychwycić pionowych pasów ani

konkretnych granic poszczególnych zakresów przemieszczeń. Podobne efekty są zauważalne

w epoce 1-2: rozmycie, brak konkretnych granic zakresów przemieszczeń, występowanie

przemieszczeń o wartościach 0÷3 mm i 3÷5 mm w tych samych rejonach.

Powyższe analizy przeprowadzono łącznie dla 12 przypadków, tj. kolejno dla 4 zakresów:

-5÷-3 mm, -3÷0 mm, 0÷3 mm, 3÷5 mm, dla 3 okresów przemieszczeń: 1-2, 2-3, 1-3. Na ich

podstawie stwierdzono, że siatka grid, która eliminuje szum pomiarowy, ale jednocześnie

pozostawia odpowiednią szczegółowość wyników, to siatka o oczku 5 cm.

5.4.3. Porównanie chmur obiektu testowego

Uwzględniając wnioski dotyczące rozmiaru oczka siatki grid, wyniki naziemnego skano-

wania laserowego poddano dalszej obróbce po uprzednim wykonaniu na chmurach punktów

siatek grid o boku 5 cm. Następnie na odpowiednich chmurach utworzono powierzchnie mesh

przy pomocy triangulacji Delaunaya, by przyrównać do nich chmury z kolejnych sesji pomia-

rowych.

Chmury porównywano pomiędzy seriami pomiarowymi w kolejności: 1-2, 2-3, 1-3. Ten

porządek zachowano dla wszystkich analiz. Wyświetlano kolejno następujące zakresy prze-

mieszczeń: -5÷-3 mm, -3÷0 mm, 0÷3 mm i 3÷5 mm, i ostatecznie ustalano zakres przemiesz-

czeń dla danej analizy. Przykładowe postępowanie przedstawia rysunek 5.11.

Rys. 5.11. Kolejne kroki w analizie przemieszczeń obiektu Mce w epoce 1-3; zakres przemieszczeń:

a) -5÷-3 mm, b) -3÷0 mm, c) 0÷3 mm, d) 3÷5 mm, e) -3÷4 mm; skala barw: niebieski÷czerwony

Dalsza prezentacja graficzna wyników przemieszczeń wyznaczonych na podstawie przyję-

tej metodyki ograniczono do wyświetlenia przemieszczeń w ostatecznie ustalonym zakresie.

Przemieszczenia obiektu Mce w epoce 1-2

Przemieszczenia obiektu Mce w pierwszej epoce pomiarowej (1-2) zawierają się w zakre-

sie -3÷3 mm (rys. 5.12).

Rys. 5.12. Przemieszczenia ściany Mce w epoce pomiarowej 1-2, w zakresie -3÷3 mm

Prawa część ściany (połowa B6 oraz B7) wykazuje ruch od -2 do 0 mm w kierunku do

gruntu. Lewa część ściany (B1 i B2) w przeważającej części pozostaje nieruchoma. Szum


100

w wynikach przemieszczeń tego rejonu ściany wynika z niskiej gęstości skanu z drugiego

pomiaru, będącego wynikiem utraty jednego pliku.

Najliczniej występują przemieszczenia z zakresu 0÷3 mm. Środkowo-lewa część (więk-

szość B3) i środkowo-prawa część (połowa B5 i połowa B6) ściany wykazuje niewielki ruch

w zakresie 1÷1,5 mm (od gruntu). Kluczowa jest środkowa część ściany (B4) wykazująca

ruch do 3 mm (od gruntu). Na powiększeniu można wychwycić wyraźne pasy o zgodnych

przemieszczeniach (rys. 5.13).

Rys. 5.13. Powiększenie środkowego fragmentu ściany Mce;

przemieszczenia w epoce pomiarowej 1-2, w zakresie -3÷3 mm

Podsumowując, skrajne fragmenty ściany nie wykazują przemieszczeń, z niewielką ten-

dencją prawej (północnej) części do ruchu w kierunku gruntu. Dużą aktywnością cechuje się

środek ściany wykazujący ruch rzędu +3 mm. Histogram wyznaczonych przemieszczeń

przedstawiono na rysunku 5.14.

Rys. 5.14. Histogram przemieszczeń ściany Mce w epoce pomiarowej 1-2


Przemieszczenia obiektu Mce w drugiej epoce pomiarowej (2-3) również zawierają się

w zakresie -3÷3 mm (rys. 5.15).


Prawa część ściany wykazuje ruch 1,5÷3 mm w stronę gruntu (B6 i B7). W poprzednim

zestawieniu te fragmenty ściany zachowywały się podobnie, za wyjątkiem fragmentu ozna-

czonego kolorem niebieskim (-3 mm), który poprzednio wykazywał ruch 2÷3 mm od gruntu.

Dla niego zauważalna jest tendencja „tam i z powrotem”. Natomiast środek ściany (prawa

część B4) wykazuje ruch 2÷3 mm od gruntu. Jest to konsekwentny ruch tego fragmentu

obiektu od gruntu. Pozostała część ściany pozostaje nieruchoma lub wykazuje ruch w zakresie

1 mm do lub od gruntu. Histogram wyznaczonych wielkości przemieszczeń przestawiono na

rysunku 5.16.


101

Komentarza wymaga wyróżniający się fragment chmury na granicy bloków B2 i B3.

W drugim pomiarze obiektu Mce utracono pomiar z jednego stanowiska, obejmującego za-

sięgiem bloki B1, B2 i fragment B3. Punkty na tej części obiektu, w drugim pomiarze, po-

chodzą z sąsiedniego stanowiska, ze skanowania o niskiej rozdzielczości, dlatego wyniki dru-

giego pomiaru dla tego fragmentu są mało wiarygodne.



Przemieszczenia obiektu Mce pomiędzy seriami 1 i 3 zawierają się w zakresie -3÷4 mm

(rys. 5.17).


Największa cześć ściany objęta jest zakresem przemieszczeń 0÷3 mm. Przemieszczeniami

rzędu 2,5÷3 mm charakteryzują się B2, większość B4 oraz połowa B5. Ruch od -3 do 0 mm

wykazuje prawa (północna) część ściany – bloki B6 i B7, przy czym stabilność wykazuje po-

granicze bloków B5 i B6. Bloki B6 i B7 w większości cofają się do gruntu o 2-3 mm. Nikły

ruch, na poziomie 0÷1 mm, jest widoczny na pozostałych blokach.

Podsumowując, w okresie roku pomiędzy pomiarami Mce1 i Mce3, prawa część ściany

uległa przemieszczeniu w stronę gruntu o ok. 3 mm, a jej środek przemieścił się w skrajnych

miejscach o 4 mm od gruntu. Podobnie blok B2 wykazał ruch rzędu 2-3 mm od gruntu. Pozo-

stała część ściany zachowała stabilność. Histogram wyznaczonych przemieszczeń przedsta-

wiono na rysunku 5.18.


Podsumowaniem wyników analiz przemieszczeń obiektu Mce jest tabela 5.7, której

wiersze odpowiadają przemieszczeniom wyznaczanym w kolejnych zakresach: -5÷-3 mm,

-3÷0 mm, 0÷3 mm i 3÷5 mm.


102

Tab. 5.7. Zestawienie wyników analizy przemieszczeń obiektu Mce

Zakres

przemieszczeń Mce 1-2 Mce 2-3 Mce 1-3

-5÷-3 mm brak brak B7 ok. -3 mm

-3÷0 mm B1, B2 szum ok. 0 mm

½ B6, B7

B1, B2 szum ok. 0 mm

B6, B7 -3÷-1,5 mm

B3, ½ B4, B5 ok. 0 mm

½ B6, B7

0÷3 mm

B1, B2 szum ok. 1 mm

B3, ½ B5, B6 1÷1,5 mm

B4 ok. 4 mm

B1, B2 szum 1 mm

B2, B3, ½ B4 2÷3 mm

B2, B4, ½ B5 2,5÷3 mm

B1, B3, ½ B5, ½ B6 0÷1 mm

3÷5 mm B2 3÷4 mm szum

B4 3÷4 mm, pionowe pasy

praktycznie brak

½ B2 3÷4 mm

½ B2 3÷4 mm

½ B4 3÷4 mm

Porównanie przemieszczeń z naziemnego skanowania laserowego oraz pomiarów

klasycznych dla obiektu Mce

Otrzymane wartości przemieszczeń chmur punktów w programie CloudCompare porów-

nano z wartościami przemieszczeń z pomiarów klasycznych. Porównano przemieszczenia

w punktach, w których przyklejone były tarcze celownicze oraz w punktach znakowanych

laserem zgodnie ze wzorem:

p = dskan – dklas (5.1)

Wyniki porównania przedstawiono w tabeli 5.8.

Tab. 5.8. Porównanie wartości przemieszczeń otrzymanych ze skanowania i pomiarów klasycznych (Mce)

Mce 1-2 Mce 2-3 Mce 1-3

Średnia różnica przemieszczeń

w sesjach pomiarowych [mm] 1,8 0,1 1,9


na obiekcie [mm] 1,3

Średnia z modułów różnic przemieszczeń

w sesjach pomiarowych [mm] 1,8 1,0 2,1



Otrzymane różnice mieszczą się w granicach dokładności naziemnego skanowania lase-

rowego wyznaczonych w rozdziale 5.3 (±2 mm). Dla obiektu Mce, oprócz zgodności prze-

mieszczeń co do wartości, można stwierdzić zgodność trendów przemieszczeń wychwyconą

z naziemnego skanowania laserowego oraz z pomiarów klasycznych.

5.4.4. Porównanie chmur obiektu wdrożeniowego

Na podstawie analiz i rozważań wykonanych dla obiektu testowego Mce przeprowadzono

analizę przemieszczeń chmur punktów obiektu Lub w programie CloudCompare. Analogicz-

nie, oczyszczoną chmurę wyeksportowano w formacie *.pts i poddano procedurze utworzenia

siatki grid o boku 5 cm w programie CloudCompare. Na bazie punktów z pomiaru referen-

cyjnego (Lub1) utworzono powierzchnię mesh za pomocą triangulacji Delaunaya. Pomiar

aktualny przyrównywano do powierzchni referencyjnej.


103

Przemieszczenia ściany 1 w epoce 1-2

Przemieszczenia ściany 1 pomiędzy seriami 1 i 2 obrazuje zakres 0÷5 mm (rys. 5.19).

Rys. 5.19. Przemieszczenia ściany 1 obiektu Lub w epoce pomiarowej 1-2, w zakresie 0÷5 mm

Najliczniejszy zbiór wartości przemieszczeń ściany 1 mieści się w zakresie od 0 do 3 mm

(kolory niebieski i zielony). Przemieszczenia bliskie 0 mm cechują okolice bloków B13, B14,

B15. Przeważającą część ściany 1 wypełnia kolor zielony odpowiadający przemieszczeniom

oscylującym ok. +2 mm.

Największy ruch zaobserwowano dla lewego fragmentu ściany – przemieszczenia od 3 do

5 mm, przy czym maksimum przemieszczeń występuje w drugiej połowie bloku B4 oraz na

bloku B5. W okolicy bloku B12 uwidocznił się lokalny ruch na poziomie 3 mm.

Podsumowując, większość ściany wykazała ruch od 1 do 2 mm. Na szczególną uwagę za-

sługuje lewa część ściany, wykazująca ruch na poziomie 4-5 mm. Wyniki z naziemnego ska-

nowania laserowego dla lewego fragmentu ściany najbardziej odbiegają od wyników pomia-

rów klasycznych, które wskazywały na ruch poniżej granicy błędu pomiaru klasycznego. Po-

niżej przedstawiono histogram uzyskanych wielkości przemieszczeń (rys. 5.20).

Rys. 5.20. Histogram przemieszczeń ściany 1 obiektu Lub w epoce pomiarowej 1-2


Przemieszczenia ściany 2 pomiędzy seriami 1 i 2 zawierają się w zakresie 0÷5 mm (rys.

5.21).


Największa liczba wyznaczonych przemieszczeń ściany 2 oscyluje w pobliżu wartości

2 mm (kolor zielony). Widoczny jest także kolor żółty, odpowiadający przemieszczeniom

rzędu 3 mm. Dopełnieniem tych wartości są przemieszczenia w zakresie od 3 do 5 mm. Dla

tego zakresu dominuje kolor pomarańczowy odpowiadający wartości 4 mm. Niewielki, skraj-

nie lewy (północny) fragment ściany 2 wykazuje przemieszczenia rzędu 5 mm. Histogram

wyznaczonych przemieszczeń przedstawiono na rysunku 5.22.


104


Analizując ścianę 2, należy zwrócić uwagę na wpływ nachylenia powierzchni ściany na

wyniki skanowania. Okładzina fragmentu 2.2 ściany 2 ma kształt kwadratów, których jedna

przekątna jest krawędzią załamania dwóch płaszczyzn mających różne nachylenia (rys. 5.23).

Rys. 5.23. Powiększony fragment ściany 2 obiektu Lub w epoce pomiarowej 1-2, w zakresie 0÷5 mm

Należy zaznaczyć, że kształt zewnętrznej okładziny fragmentu 2.2 ściany 2 jest taki sam

jak na całej powierzchni ściany 1. Na otrzymanych wynikach przemieszczeń ściany 1 nie wi-

dać wpływu nachylenia skanowanej powierzchni na wyniki pomiarów. Istotny jest jednak

fakt, że warunki skanowania ściany 1 były znacząco lepsze niż ściany 2: nieczynna droga,

brak samochodów, lepsza lokalizacja stanowisk skanera.

Przemieszczenia ścian 1 i 2 w epoce 1-2

Ściany 1 i 2 należą do tego samego kompleksu, dlatego zależności między ich przemiesz-

czeniami mogą być istotne dla określenia zachowania całego obiektu. Na rysunku 5.24 przed-

stawiono przemieszczenia obu ścian dla zakresu 0÷5 mm. Wartości przemieszczeń lewej czę-

ści górnej ściany zbiegają się z przemieszczeniami środkowo-prawej (południowej) części

ściany 2. Również fragmenty nieruchome (niebieskie) prawej części ściany 2 odpowiadają

tym występującym pośrodku ściany 1.

Rys. 5.24. Przemieszczenia ścian 1 i 2 obiektu Lub w epoce pomiarowej 1-2, w zakresie 0÷5 mm

W pierwszej epoce pomiarowej (1-2) uwagę zwraca brak praktycznie jakichkolwiek

przemieszczeń do gruntu (ujemnych), co może sugerować przesunięcie całości chmury, będą-


105

ce skutkiem np. błędów systematycznych wyznaczenia współrzędnych geodezyjnych tarcz

HDS. Sugeruje to również średnia różnica pomiędzy wartościami przemieszczeń z pomiaru

klasycznego oraz z naziemnego skanowania laserowego w tej epoce, wynosząca 1,2 mm dla

ściany 1 i 1,6 mm dla ściany 2 (tab. 5.9).


W ostatniej, trzeciej sesji pomiarowej pomierzono tylko ścianę 1. Jej przemieszczenia

pomiędzy seriami 2 i 3 zawierają się w przedziale -3÷3 mm (rys. 5.25).

Rys. 5.25. Przemieszczenia ściany 1 obiektu Lub w epoce pomiarowej 2-3, w zakresie -3÷3 mm

Pogranicze bloków B3 i B4 oraz bloki B12 i B13 wykazują ruch do gruntu rzędu 3 mm

(kolor niebieski). Blok B6 oraz fragmenty bloku B8 wykazują ruch od gruntu na poziomie

1,5 mm. Pozostała część ściany wykazała stabilność (kolor zielony). Na rysunku 5.26 przed-

stawiono histogram otrzymanych wartości przemieszczeń.



Przemieszczenia ściany 1 pomiędzy seriami 1 i 3 zawierają się w zakresie -3÷5 mm (rys.

5.27).


Względem pomiaru pierwotnego przeważająca część ściany, według danych z naziemnego

skanowania laserowego, nie przemieściła się (kolor zielony) albo przemieściła się poniżej

granicy błędu wynoszącej ±2 mm (kolor żółty lub ciemnozielony). Fragmenty bloków B13

i B14 wykazały ruch w stronę gruntu na poziomie ok. 2 mm. Zakres przemieszczeń

3÷5 mm obejmuje niewielki fragment ściany w okolicach bloków B5 i B6. Histogram otrzy-

manych wartości przemieszczeń przedstawiono na rysunku 5.28.


106


Porównanie przemieszczeń z naziemnego skanowania laserowego oraz pomiarów

klasycznych dla obiektu Lub

Analogicznie jak dla obiektu Mce, dla obiektu Lub wyniki przemieszczeń chmur wyzna-

czone w programie CloudCompare porównano z wynikami przemieszczeń z pomiarów kla-

sycznych, zgodnie ze wzorem (5.1). Wyniki przedstawiono w tabeli 5.9.

Tab. 5.9. Porównanie wartości przemieszczeń otrzymanych ze skanowania i pomiarów klasycznych (Lub)

Lub 1-2 Lub 2-3 Lub 1-3

Ściana 1 Ściana 2 Ściana 1 Ściana 1


w sesjach pomiarowych [mm] 1,2 1,9 -1,2 0,1




w sesjach pomiarowych [mm] 1,5 2,1 1,3 1,1



Otrzymane różnice mieszczą się w granicach rozbieżności pomiędzy pomiarami klasycz-

nymi a skanowaniem, jakie wyznaczono w rozdziale 5.3 (±2,0 mm). Większe różnice wyni-

ków dla ściany 2 (większy szum) w znacznym stopniu mogą być wynikiem gorszych warun-

ków pomiarowych – dla ściany 2 stanowiska skanera zlokalizowane były bezpośrednio przy

ruchliwej drodze krajowej oraz w większej odległości od mierzonego obiektu niż w pozosta-

łych przypadkach.

Wyniki przemieszczeń wyznaczonych z pomiarów klasycznych oraz naziemnego skano-

wania laserowego podsumowano w rozdziale 7. Zarówno dla obiektu testowego Mce (tab.

5.8), jak i dla obiektu wdrożeniowego Lub (tab. 5.9), różnice pomiędzy wartościami prze-

mieszczeń wyznaczonymi na podstawie naziemnego skanowania laserowego oraz pomiarów

klasycznych wskazują na zgodność otrzymanych wartości przemieszczeń w granicach do-

kładności pomiaru.

Trudniejsza do ustalenia jest zgodność trendów i kierunków przemieszczeń. Po szczegó-

łowej analizie wyników i sprawdzeniu przemieszczeń wyznaczonych z chmur punktów

w konkretnych punktach, gdzie w pomiarze klasycznym zlokalizowane były tarcze celowni-

cze, stwierdzono, że różnice mieszczą się w granicach dokładności pomiaru. Stwierdzono

również, że rozmieszczenie tarcz celowniczych na obiekcie nie odzwierciedlało dostatecznie

jego ruchów. W wielu przypadkach tarcze celownicze umieszczono w miejscach, gdzie ruch

był niewielki. Najwierniej ruch obiektu odzwierciedlają tarcze w środkowych liniach bloków.

Punkty w liniach skrajnych najczęściej odpowiadały nieruchomym fragmentom ściany. Wy-

niki pomiarów przemieszczeń metodą naziemnego skanowania laserowego dają pełniejszy

obraz przemieszczeń ściany.


107

5.5. ZNACZENIE GĘSTEGO SKANOWANIA I ZMIANY KOLORU POWIERZCHNI

Porównując liczbę punktów z naziemnego skanowania, nawet o niskiej rozdzielczości,

z liczbą punktów pochodzącą z klasycznego, dyskretnego pomiaru, należy stwierdzić, że licz-

ba obserwacji skanerowych jest bardzo duża. Nasuwa się zatem pytanie o sens skanowania

z wysoką rozdzielczością. Prostszym rozwiązaniem jest niższa rozdzielczość skanowania,

eliminująca konieczność uśredniania punktów w chmurze i tworzenia siatki grid na etapie

opracowania wyników, i skutkująca skróceniem czasu przetwarzania danych. W celu wyja-

śnienia tego problemu, chmury z pomiarów 1 i 2 obiektu testowego rozrzedzono do gęstości

analogicznej do stosowanej siatki grid, czyli do 5 cm. Wyniki dla analizy przemieszczeń

w epoce 1-2 zobrazowano na rysunku 5.29.

Rys. 5.29. Przemieszczenia obiektu Mce w epoce 1-2: po zastosowaniu funkcji grid

o oczku 5 cm (a, d), po rozrzedzeniu chmury do odstępu 5 cm między punktami (b, e);

zakres przemieszczeń -5÷5 mm: a-c, zakres przemieszczeń 0÷3 mm: d, e

Analiza przemieszczeń wyznaczonych na podstawie rozrzedzonych chmur jest praktycz-

nie niemożliwa. Ze względu na duży szum nie jest możliwe wnioskowanie o trendach czy

kierunkach w przemieszczeniach. Nie są widoczne tak wyraźne tendencje i pasy zgodnych

przemieszczeń jak w wartościach wyznaczonych na podstawie chmury po zastosowaniu funk-

cji grid. Dla rozrzedzonej chmury wyznaczone przemieszczenia w jednym rejonie przyjmują

skrajnie różne wartości – na tym samym fragmencie ściany występują przemieszczenia

zarówno z zakresu 0÷3 mm, jak i 3÷5 mm.

Najwyraźniej widać różnicę pomiędzy wynikami na rysunkach 5.29d i 5.29e. Po zastoso-

waniu funkcji grid ujawniają się wyraźnie rejony przemieszczeń +3 mm, fragmenty prze-

mieszczające się o ok. 1 mm oraz obszary niewykazujące ruchu. Taka analiza dla chmury

rozrzedzonej jest trudna do przeprowadzenia ze względu na duży szum.

Zaobserwowano także wpływ koloru powierzchni na wykrywane przemieszczenia.

Z przeprowadzonych badań literaturowych wynika, że kolor powierzchni wpływa na inten-

sywność odbicia wiązki dalmierczej, a ta z kolei ma wpływ na dokładność pomiaru odległo-

ści. Praktyczne skutki tego zjawiska ujawniły się w przeprowadzonych badaniach.

W seriach pomiarowych 1 i 2 na obiekcie Mce widniał niecenzuralny napis w kolorze

niebieskim, który przed pomiarem 3 został usunięty. Teoretycznie taka zmiana na obiekcie

powinna się ujawnić w wartościach intensywności pomierzonych punktów, ale nie jako ich

ruch. Rysunek 5.30 pokazuje, jak usunięcie napisu zasymulowało przemieszczenie. Skala

barw odpowiada rysunkowi 5.17 – kolory pomarańczowy÷czerwony to przemieszczenia rzę-

du 3÷4 mm, a kolor żółty to ok. 1,5 mm.


108

Rys. 5.30. Imitacja przemieszczenia spowodowana zamalowaniem niecenzuralnego napisu na ścianie

5.6. ANALIZA TWORZENIA SIATKI TIN W PROGRAMACH CYCLONE

………...I CLOUDCOMPARE

Z uwagi na fakt, że w dokumentacji programu Cyclone, który był wykorzystywany w pra-

cy, nie opisano algorytmu stosowanego do tworzenia powierzchni mesh, narzędzie create

mesh-TIN poddano testom empirycznym. Podstawą porównania był model TIN (Triangulated

Irregular Network) utworzony w programie CloudCompare [I5] za pomocą algorytmu Delau-

naya.

W celu wczytania do programu Cyclone powierzchni zapisanej w jego formacie natyw-

nym *.msh, konieczne było wykonanie następujących czynności:

1) eksport punktów w formacie *.pts z programu Cyclone,

2) wczytanie pliku *.pts do programu CloudCompare, w którym opracowano powierzch-

nię mesh, i jej eksport do formatu *.off,

3) wczytanie powierzchni mesh do programu MeshLab i eksport w formacie *.wrl,

4) finalne zastosowanie darmowego programu „msh2wrl” [I6] do konwersji pliku *.wrl

do formatu *.msh.

W trakcie tworzenia powierzchni mesh dla całej chmury (prawie 8 mln punktów) Cyclone

wybiera w nieznany sposób punkty, na których tworzy siatkę (rys. 5.31).

Rys. 5.31. Fragment siatki TIN tworzonej dla ok. 8 mln punktów w programie Cyclone

Im mniej punktów zostanie wybranych do utworzenia powierzchni mesh, tym więcej

z nich Cyclone włączy do triangulacji (mniej pominie). Na rysunku 5.32 widoczny jest frag-

ment siatki TIN wygenerowanej dla ok. 2 mln punktów.

Metodą kolejnych, coraz mniejszych zakresów chmury, wybieranych do utworzenia siatki

TIN, stwierdzono, że graniczna liczba punktów, którą program w całości włącza do triangula-

cji to 500 000 (rys. 5.33).


109


Rys. 5.33. Fragment siatki TIN tworzonej dla ok. 500 000 punktów w programie Cyclone

Przekrój przez powierzchnię, dla której Cyclone uwzględnia wszystkie punkty w triangu-

lacji, jest taki sam, jak przekrój przez powierzchnię utworzoną w programie CloudCompare,

który włącza wszystkie punkty do modelu TIN. Wybrany przekrój, wykonany dla tego same-

go fragmentu, przedstawiono na rysunkach 5.34 i 5.35. Siatka trójkątów z obu programów

wygląda praktycznie tak samo, poza pojedynczymi przypadkami różnego łączenia punktów

w trójkąty.

Rys. 5.34. Fragment przekroju A

opracowany w programie Cyclone

przez siatkę TIN z programu

CloudCompare

Rys. 5.35. Fragment przekroju A

wykonany w programie Cyclone

przez siatkę TIN utworzoną w pro-

gramie Cyclone na grupie liczącej

mniej niż 500 000 punktów

Rys. 5.36. Fragment przekroju B

wykonany na dwa sposoby –

poprzez wybór części punktów

przez program Cyclone (kolor

żółty) oraz włączenie wszystkich

punktów do triangulacji (kolor

zielony)


110

Sprawdzono zatem, jaka jest różnica pomiędzy przekrojem przez model TIN wykonanym

na wszystkich punktach wybranego fragmentu chmury, a przekrojem wygenerowanym dla

chmury, z której program Cyclone wybiera punkty. Wynik opracowania oboma sposobami

przedstawiono na rysunku 5.36. Odległości między przekrojami wynoszą mniej niż 3 mm.

Dwa przedstawione przekroje (z rysunków 5.34 i 5.35 oraz z rysunku 5.36) pochodzą z róż-

nych fragmentów chmury.

Narzędzie unify

Omawiając pracę w programie Cyclone, należy wspomnieć o narzędziu unify. Punkty

w chmurze, które pochodzą z różnych skanów i zostaną poddane jego działaniu, zostają po-

zbawione informacji o pochodzeniu, czyli o relacji stanowisko-punkt. Program traktuje wów-

czas punkty jako jedną chmurę.

Narzędzie unify może być połączone z funkcją redukcji punktów zmniejszającą gęstość

chmury poprzez zmniejszenie ich liczby. Należy zaznaczyć, że narzędzie unify wybiera punk-

ty – nie uśrednia ich. Unify z redukcją na poziomie low pozostawia 25% punktów, a kolejne

poziomy dokonują redukcji wcześniejszych, pozostawiając każdorazowo 25% punktów.

Zastosowanie narzędzia unify (nawet bez redukcji) znacząco podnosi wydajność przetwa-

rzania chmury punktów w trakcie pracy.

Zależność pomiędzy zastosowaniem narzędzia unify a siatką TIN

Zastosowanie narzędzia unify wpływa na przebieg trójkątów tworzonych przez Cyclone

w modelu TIN w przypadku modelu tworzonego dla ponad 500 000 punktów, gdy program

wybiera punkty, na których tworzy siatkę. Rysunki 5.37 i 5.38 obrazują fragment przykłado-

wego przebiegu triangulacji wykonanej dla tego samego obszaru obejmującego ponad

500 000 punktów przed i po zastosowaniu narzędzia unify.

a)

b)

Rys. 5.37. Model wykonany w Cyclone przed zastosowaniem narzędzia unify: a) TIN, b) TIN i chmura

a)

b)

Rys. 5.38. Model wykonany w Cyclone po zastosowaniu narzędzia unify: a) TIN, b) TIN i chmura


111

Ponieważ siatki TIN (wygenerowane dla ponad 500 000 punktów) różnią się przed i po

zastosowaniu narzędzia unify, inne będą przekroje przez powierzchnie utworzone na ich pod-

stawie. Różnice w tak opracowanych przekrojach maksymalnie sięgały 3 mm po współrzęd-

nej Y (głębokość).

Jeżeli TIN w Cyclone tworzony jest na liczbie punktów mniejszej niż 500 000, wtedy

otrzymuje się TIN wyglądający identycznie dla punktów przed i po zastosowaniu narzędzia

unify i pokrywa się on z siatką TIN z CloudCompare.

Program CloudCompare zawsze tworzy w taki sam sposób siatkę trójkątów – niezależnie

czy punkty były poddane narzędziu unify, czy nie. CloudCompare zawsze włącza wszystkie

punkty do triangulacji.

5.7. PRZEKROJE PRZEZ OBIEKT

5.7.1. Zastosowanie średniej kroczącej

Po utworzeniu odpowiedniej powierzchni mesh opracowano przekroje przez obiekt, wyko-

rzystując płaszczyznę referencyjną jako płaszczyznę tnącą. Definiując wektor normalny oraz

punkt na obiekcie, przez który płaszczyzna ma przechodzić, wyznaczono płaszczyznę w kie-

runku prostopadłym do ściany (pokrywającym się z osią Y). Pozwoliło to na powtórzenie

przekroju w opracowaniu kolejnych sesji pomiarowych.

Dzięki możliwości wykonania przekrojów w dowolnym punkcie, wybrano dla nich miej-

sca przebiegu pionowych linii punktów znakowanych tarczami celowniczymi lub laserem.

Współrzędną X przekroju ustalano jako średnią współrzędną X liczoną z grupy punktów

w danej linii.

Dla obiektu Mce wykonano 20 przekrojów w miejscach, gdzie były rozmieszczone punkty

do obserwacji klasycznych. Fragment przykładowego (surowego) przekroju obiektu Mce zo-

stał przedstawiony na rysunku 5.39.

Rys. 5.39. Fragment przekroju nr 2 z pomiaru Mce1 przed obróbką danych

Rysunek 5.39 wskazuje na mocne „zaszumienie” wyników. Z takiej postaci wykresu trud-

no jest wyciągnąć wnioski, ustalić rzeczywisty przebieg przekroju przez ścianę. Dlatego

otrzymany przekrój poddano dalszej obróbce z zastosowaniem średniej kroczącej.

W średniej kroczącej narzucono warunek uśredniania wartości Y (głębokości) z odcinka

przekroju o długości 10 cm. Na podstawie całkowitej długości przekroju oraz liczby wierz-

chołków linii obliczano średnią liczbę punktów przypadających na odcinek 10 cm i dla takiej

liczby punktów uśredniano wartość Y. Odcinek 10 cm wybrano arbitralnie na podstawie zna-

jomości obiektu. Rysunek 5.40 przedstawia wcześniejszy fragment przekroju przed zastoso-

waniem średniej kroczącej (kolor czarny) oraz po jej zastosowaniu (kolor czerwony).


112

Rys. 5.40. Fragment przekroju nr 2 (Mce1) przed (czarny) i po (czerwony) zastosowaniu średniej kroczącej

Zastosowanie średniej kroczącej wygładziło wykres i uczytelniło wyniki, ale nadal moż-

liwe jest zaobserwowanie nieregularności na obiekcie. Na podstawie znajomości kształtu

obiektu oraz jego lokalnych nieregularności stwierdzono, że wygładzony przebieg odpowiada

rzeczywistości.

Dalsze wyniki bazują na zastosowaniu średniej kroczącej, uśredniającej wyniki z odcin-

ków o długości 10 cm dla danego przekroju.

5.7.2. Przekroje przez obiekt testowy

Przykładowe przekroje przez obiekt Mce przedstawiono poniżej. Rysunki 5.41 i 5.42 ob-

razują przekroje dla tej samej płaszczyzny tnącej, wykonane przez powierzchnie mesh pocho-

dzące z trzech pomiarów. Dodatkowo na rysunkach zaznaczono położenie punktów z pomiaru

klasycznego.

Wykonanie przekrojów przez obiekt pozwala obserwować zmiany jego kształtu w kon-

kretnych miejscach i wychwycić zmiany lokalne, trudne lub niemożliwe do uchwycenia

w pomiarze punktowym (klasycznym) czy w globalnej analizie obiektu. Wykresy na rysunku

5.41 mają zbliżony przebieg. Czerwona linia (Mce3) jest oddalona od czarnej (Mce1) mak-

symalnie o 1,2 mm, ale przeciętnie ta odległość jest mniejsza od 1 mm. Linia niebieska

(Mce2) albo pokrywa się z linią czarną, albo oscyluje pomiędzy nią a linią czerwoną. Dodat-

kowo na rysunku zaznaczono punkty z pomiaru klasycznego. Ich lokalizacja, w granicach

dokładności pomiaru, pokrywa się z przebiegiem odpowiedniej linii przekroju.

Na powiększonym fragmencie wykresu można zauważyć, jak lokalna deformacja zwięk-

sza się z czasem. W tym przypadku ruch ten jest jeszcze poniżej granicy dokładności pomia-

ru, jednak należy na niego zwrócić uwagę z racji występowania w tym fragmencie jednej

z trzech głównych rys na obiekcie. Pomiar klasyczny nie daje możliwości wychwycenia takiej

zmiany.

Rysunek 5.42 ilustruje przebieg przekroju nr 11 przez obiekt Mce. Maksymalna odległość

między linią czerwoną (Mce3) i czarną (Mce1) sięga 2 mm. Wartość ta jest na granicy do-

kładności pomiaru, jednak konsekwencja przemieszczenia linii czerwonej względem czarnej

jest zauważalna. We fragmentach zaznaczonych strzałkami widać postępujące, lokalne de-

formacje (rysy na obiekcie).


113

Rys. 5.41. Przekrój nr 6 przez obiekt Mce



114

5.7.3. Przekroje przez obiekt wdrożeniowy

Postępując analogicznie dla obiektu Lub, jak dla obiektu Mce, po opracowaniu odpowied-

niej powierzchni mesh oraz zastosowaniu średniej kroczącej wykonano przekroje przez obiekt

w wybranych miejscach.

Dla ściany 1 przedstawiono fragmenty dwóch wybranych przekrojów o różnym przebiegu.

Rysunek 5.43 to przekrój przez blok B4, który na podstawie porównania chmur punktów wy-

kazał dużą aktywność (3÷5 mm). Drugi przekrój (rys. 5.44) to przekrój przez blok B13, który

zachował stałość (ruch na poziomie 0÷1 mm).

Rys. 5.43. Przekrój przez ścianę 1w linii punktów

047-049 (B4); Lub1 – czarny, Lub2 – czerwony

Rys. 5.44. Przekrój przez ścianę 1 w linii punktów

137-139 (B13); Lub1 – czarny, Lub2 – czerwony

Przekroje wykonane przez wybrane fragmenty ściany obrazują ruch w jej konkretnym

miejscu. Wyraźne wcięcia w przekroju to krawędzie bloków okładziny żelbetowej, na grani-

cach których tworzą się charakterystyczne wypłaszczenia (półeczki).

Z uwagi na fakt, że ściana 2 obiektu Lub na ponad połowie swojej długości ma taką samą

okładzinę zewnętrzną jak ściana 1, pominięto prezentowanie przekrojów dla tego fragmentu

ściany 2.

Rysunek 5.45 przedstawia natomiast fragment przekroju przez ścianę 2 w obszarze gruntu

zbrojonego. Przekrój obejmuje zakres jednej płyty okładzinowej. Na rysunku 5.45 widoczne

jest przemieszczenie całej płyty o 3 mm od gruntu. Według wyników pomiaru klasycznego

punkt zlokalizowany na tej płycie przemieścił się o 1,0 mm.


115

Rys. 5.45. Fragment przekroju przez okładziny zewnętrzne gruntu zbrojonego (okolice punktu 209)

Niemal pionowy przebieg linii przekrojów (rys. 5.45) jest zakłócony mocno wciętymi

fragmentami. Są one efektem przerwy między płytami okładziny gruntu zbrojonego. Różnicy

w przebiegu przekroju w przerwie między płytami nie należy doszukiwać się w przemiesz-

czeniach, a w niedokładności skanowania. Wiązka lasera docieraj ąca w tak niewielką szcze-

linę jest ograniczona i w zależności od ustawienia skanera punkty są zlokalizowane głębiej

lub płycej, co wpływa następnie na utworzoną powierzchnię mesh i przekrój wygenerowany

na jej podstawie.

Możliwość tworzenia przekrojów przez obiekt jest użytecznym narzędziem, należy jednak

stosować je z rozwagą. Aby wykonać miarodajny przekrój, należy pamiętać o bardzo dokład-

nym wyczyszczeniu chmury ze zbędnych punktów, utworzeniu odpowiedniej powierzchni

mesh i wyeliminowaniu szumów w wynikach. W przypadku ścian oporowych przekroje są

szczególnie użyteczne w monitorowaniu szczelin i lokalnych wybrzuszeń. Należy jednak pa-

miętać, że przekrój traktuje obiekt wybiórczo i nie daje pełnego obrazu zachowania całej

ściany.

116

6 Zastosowanie systemu IBIS-L do pomiaru ścian oporowych

6.1. DOBÓR STANOWISKA OBSERWACYJNEGO

Technika naziemnej interferometrii radarowej (GBSAR) jest stosowana do pomiaru prze-

mieszczeń obiektów powierzchniowych takich jak osuwiska czy ściany kopalni odkrywko-

wych (por. rozdział 3.4). Ze względu na podobny kierunek przemieszczeń (osuwisk i ścian

kopalni odkrywkowych), którym mogą podlegać ściany oporowe, w ramach pracy sprawdzo-

no przydatność techniki GBSAR do wyznaczania przemieszczeń tego typu obiektów. W ba-

daniach wykorzystano system IBIS-L wyprodukowany przez włoską firmę IDS Corporation.

Dobór stanowiska radaru IBIS-L wymaga uwzględnienia kilku czynników:

zakresu kątowego anten radarowych,

rozdzielczości odległościowej ΔR,

rozdzielczości azymutalnej ΔA.

Zakres kątowy anten radarowych wynika z ich charakterystyki. Użycie anten szerokokąt-

nych pozwala ukształtować emitowaną wiązkę radarową w taki sposób, aby obejmowała szer-

szy zakres obserwowanej przestrzeni niż w przypadku użycia anten wąskokątnych kosztem

większego rozproszenia emitowanej energii. Wydłużony kształt ścian oporowych oraz ogra-

niczenie przestrzeni użytecznej do obserwacji przez warunki terenowe wskazują na zasadność

użycia anten szerokokątnych do obserwacji przemieszczeń i deformacji techniką GB-SAR.

W ramach badań prowadzonych przy użyciu systemu IBIS-L wykorzystano anteny IBIS-

ANT1 o najszerszej charakterystyce azymutalnej spośród dostępnych modeli anten. Kąt

HPBW dla tego modelu wynosi 38°, a kąt OTPBW – 70° (rys. 3.12). W przypadku skierowa-

nia osi radaru prostopadle do powierzchni ściany oporowej, długość obserwowanego frag-

mentu ściany wynosi:

2tg2 HPBW

HPBW

DL ,

2tg2 OTPBW

OTPBW

DL (6.1)

gdzie:

D – odległość radaru od ściany oporowej,

αHPBW – zakres kątowy, w którym zysk energetyczny jest większy niż 50% maksymalne-

go zysku anteny,

αOTPBW – zakres kątowy, w którym zysk energetyczny jest większy niż 10% maksymal-

nego zysku anteny,

LHPBW – długość fragmentu ściany objęta wiązką radarową w zakresie αHPBW,

LOTPBW – długość fragmentu ściany objęta wiązką radarową w zakresie αOTPBW.

W tabeli 6.1 przedstawiono zależności pomiędzy powyższymi parametrami. Podano war-

tości dla trzech ścian oporowych, które były objęte obserwacjami w ramach niniejszej pracy.

Ze względu na otoczenie obiektów Mce oraz Lub (ściana 1) ustawienie radaru możliwe jest

w stosunkowo niewielkiej odległości od ściany, co skutkuje objęciem obserwacjami małego

fragmentu ściany. Z tego względu radar IBIS-L wykorzystano do obserwacji ściany 2 obiektu

Lub, gdzie dla D = 25 m wartości LHPBW i LOTPBW wynoszą odpowiednio 17 i 35 m.

6. Zastosowanie systemu IBIS-L do pomiaru ścian oporowych

117

W tabeli 6.1 zestawiono także wartości odległości D, jakie są wymagane dla obserwacji

fragmentów ściany o wybranych przykładowych długościach LOTPBW. Oznaczają one, że do

prowadzenia pomiarów radarowych wymagana jest dostępność dużej odsłoniętej przestrzeni

poniżej ściany, co w rzeczywistych warunkach może być trudne do uzyskania.

Tab. 6.1. Zależność między odległością D radaru od ściany a obserwowanym fragmentem ściany (LHPBW

i LOTPBW)

Mce

Lub

ściana 1

Lub

ściana 2

Śc (LOTPBW

= 50 m)

Śc (LOTPBW

= 100 m) Śc (LOTPBW

= 150 m) Śc (LOTPBW

= 200 m) D 9,5 m 12 m 25 m 35,5 m 71,5 m 107 m 143 m

LHPBW 6,5 m 8,5 m 17 m 24,5 m 49 m 73,5 m 98,5 m

LOTPBW 13 m 17 m 35 m 50 m 100 m 150 m 200 m

Wartości rozdzielczości odległościowej ΔR i rozdzielczości azymutalnej ΔA (rys. 3.10)

określają wielkość fragmentu przestrzeni, która może być obserwowana za pomocą techniki

GBSAR. Fragment obserwowanej przestrzeni, ograniczony wartościami ΔR i ΔA, i zrzutowa-

ny na badaną powierzchnię, jest nazywany pikselem. Podział obserwowanego obiektu na pik-

sele pozwala na punktową obserwację przemieszczeń i deformacji zachodzących na jego po-

wierzchni.

W pracy wykorzystano maksymalne wartości ΔR i ΔA, które oferuje system IBIS-L, aby

uzyskać jak najpełniejszy obraz zjawisk zachodzących na powierzchni. Wartości te wynoszą

odpowiednio 0,5 m i 4,40 mrad ≈ 0,25°. Ich wpływ na możliwość obserwacji ściany oporo-

wej, która jest zwykle obiektem wydłużonym, mającym pionową lub niemal pionową po-

wierzchnię, został przedstawiony na rysunku 6.1.

Rys. 6.1. Przedstawienie rozdzielczości odległościowej ΔR i rozdzielczości azymutalnej ΔA

w odniesieniu do ściany oporowej: a) widok z góry, b) widok z boku

Rozmiar piksela dla ściany 2 (obiektu Lub) obserwowany ze stanowiska radaru odległego

od ściany o D = 25 m wynosi ΔR × ΔA = 0,5 m × (0,11÷0,13) m. Aby zobrazować wartości

ΔR i ΔA w odniesieniu do obserwowanej ściany, na rysunku 6.2 przedstawiono chmurę punk-

tów pozyskaną ze skanowania laserowego z zaznaczonymi punktami mieszczącymi się

w zakresie pojedynczego przedziału o szerokości ΔR (rys. 6.2a) oraz pojedynczego piksela

o wymiarze ΔR × ΔA (rys. 6.2b).

Radar interferometryczny IBIS-L jest zwykle stosowany do ciągłej obserwacji przemiesz-

czeń obiektów ze stabilnych stanowisk obserwacyjnych. Ze względu na półroczny interwał

czasu między pierwszym i drugim pomiarem ściany oporowej oraz brak możliwości stabiliza-

cji stanowiska obserwacyjnego w obrębie pasa drogowego, skąd najlepiej wykonywać obser-

wacje, w eksperymencie nie zastosowano trwałej stabilizacji stanowiska radaru. Instrument


118

ustawiono na ciężkich bloczkach betonowych (rys. 6.3), w których sztywno zamocowano

śruby w konfiguracji odpowiadającej trwałemu stanowisku radaru zgodnie z instrukcją obsłu-

gi urządzenia. a)

b)

Rys. 6.2. Chmura punktów przedstawiająca ścianę obserwowaną techniką GB-SAR z zaznaczonym zakresem:

a) pojedynczego przedziału ΔR, b) pojedynczego piksela ΔR × ΔA

Położenie bloczków betonowych na podłożu zostało zamarkowane przy użyciu gwoździ.

Dzięki temu możliwe jest odtworzenie położenia stanowiska radaru w przybliżony sposób

podczas wykonywania kolejnych obserwacji.

Rys. 6.3. Nietrwałe stanowisko radaru do obserwacji ściany oporowej Lub


119

6.2. PRECYZYJNE ODTWORZENIE STANOWISKA RADARU

Zgodnie z instrukcją obsługi elementy montażowe radaru IBIS-L (śruby stabilizowane

trwale, tuleja z kulką centrującą) zapewniają powtarzalność jego ustawienia na stanowisku

obserwacyjnym. W trakcie prac stwierdzono jednak występowanie pewnych ograniczeń me-

chanicznych uniemożliwiających precyzyjne odtworzenie pozycji radaru na stanowisku stabi-

lizowanym trwale.

Aby dokładnie wyznaczyć zmianę położenia radaru między sesjami pomiarowymi Lub1

i Lub2, na sztywne elementy szyny naniesiono 24 tarcze celownicze (rys. 6.3), których poło-

żenie było wyznaczone z punktów 3001 i 3002, włączonych w sieć obserwacyjną założoną

dla obiektu Lub (rys. 4.27 i 4.36). Z tych punktów, metodą wcięcia kątowego zostało wyzna-

czone położenie tarcz celowniczych. Do tego celu użyto instrumentów TC2002 i TCA2003.

Otrzymano następujące wartości przemieszczeń radaru:

ΔX0 = 0,89 ± 0,02 mm ωX = -1,39 ± 0,26 mm/m

ΔY0 = -1,28 ± 0,08 mm ωY = -1,56 ± 0,03 mm/m

ΔZ0 = -0,58 ± 0,02 mm ωZ = 3,86 ± 0,02 mm/m

Wartości te przedstawiono na rysunku 6.4, przy czym lokalny układ współrzędnych XYZ,

w którym będą wykonywane obliczenia w niniejszym rozdziale, został zdefiniowany poprzez:

przyjęcie początku układu współrzędnych (X0, Y0, Z0) w fizycznym środku jednostki

radarowej, oznaczonym jako punkt S,

przyjęcie zgodności kierunków i zwrotów osi układu XYZ z osiami globalnego układu

współrzędnych sieci obserwacyjnej.

Rys. 6.4. Przemieszczenia jednostki radarowej wyznaczone na podstawie obserwacji geodezyjnych

Na podstawie wyznaczonych wartości możliwe jest obliczenie wpływu przemieszczenia

stanowiska na teoretyczne wartości przemieszczeń punktów reprezentujących mierzoną ścia-

nę, przy założeniu stabilności ściany. Wielkości te będą nazywane przemieszczeniami pozor-

nymi punktów i oznaczane symbolem dS.

Do obliczeń przyjęto, że stanowisko radaru w pomiarze Lub1 ma współrzędne S (0, 0, 0),

natomiast współrzędne stanowiska S’ radaru z pomiaru Lub2 w tym samym układzie wynoszą

(0,89; -1,28; -0,58) [mm]. Współrzędne punktów Pi w układzie globalnym są znane z pomiaru

klasycznego i skanowania.

Aby obliczyć przemieszczenie pozorne punktu Pi, wyznaczono równanie prostej w prze-

strzeni, przechodzącej przez stanowisko S oraz i-ty punkt (rys. 6.5). Na podstawie tego rów-

nania i współrzędnych punktu S’ możliwe jest obliczenie współrzędnych punktu S”, czyli

rzutu punktu S’ na prostą S-Pi. Długość odcinka SS” będzie przemieszczeniem pozornym dS


120

punktu Pi, wywołanym przemieszczeniem stanowiska radaru S, przy założeniu stałości punktu

Pi. Wartości dS są wyznaczone wzdłuż linii łączącej punkt S z punktami Pi.

Rys. 6.5. Wpływ przemieszczenia stanowiska radaru na wartości przemieszczeń pozornych punktów ściany

Na rysunku 6.6 przedstawiono wartości przemieszczeń pozornych dS punktów ściany. In-

terpolację wykonano na podstawie siatki 2,5 × 2,5 m, którą pokryto fragment ściany o wymia-

rach 35 × 10 m, czyli fragment objęty obserwacjami radarowymi.

Rys. 6.6. Przemieszczenia pozorne punktów ściany [mm]

Wartości obliczone w ten sposób, zakładające stabilność ściany, zostaną porównane

z przemieszczeniami punktów zaobserwowanymi za pomocą radaru. Wystąpienie różnic mię-

dzy nimi będzie świadczyło o rzeczywistym przemieszczeniu punktów ściany.

6.3. WYKONANIE OBSERWACJI RADAROWYCH

Do wykonania analizy obserwacji radarowych konieczny jest wybór właściwych punktów

reprezentujących badany obiekt, czyli pikseli. Każdy piksel przestrzeni obserwowanej rada-

rem IBIS-L jest charakteryzowany za pomocą kilku parametrów. Są nimi m.in.:

termiczny stosunek sygnału do szumu (ang. thermal SNR), czyli stosunek między mo-

cą sygnału zarejestrowanego dla danego piksela a mocą szumu termicznego sensora,

estymowany stosunek sygnału do szumu (ang. estimated SNR), czyli stosunek między

mocą sygnału zarejestrowanego dla danego piksela a szacowaną mocą zjawisk zakłó-

cających (w tym szumu termicznego sensora) wpływających na obserwację piksela,

spójność czasowa (ang. temporal coherence), czyli możliwość interferencji promieni

pochodzących z tego samego źródła w różnych momentach czasu, która jest tym

większa, im mniejsze są zakłócenia regularności rejestrowanej fazy fali,


121

zgodność fazowa (ang. phase stability), czyli miara regularności zmienności rejestro-

wanej fazy fali.

Wartości tych parametrów mają wpływ na dokładność wyznaczenia przemieszczeń obserwo-

wanych pikseli. Stosowne zależności przedstawiono w tabeli 6.2.

Tab. 6.2. Wpływ parametrów charakteryzujących odbicia na błąd wyznaczenia przemieszczenia

(Rödelsperger, 2011)

Spójność czasowa SNR [dB] Błąd pomiaru fazy [°] Błąd przemieszczenia [mm]

0,5 0,0 70,2 3,39

0,8 6,0 30,4 1,47

0,9 9,5 19,6 0,95

0,95 12,8 13,3 0,64

0,99 20,0 5,8 0,28

0,999 30,0 1,8 0,09

0,9999 40,0 0,6 0,03

Wartości uzyskane na podstawie pomiaru terenowego można wyrazić graficznie. Wykresy

wartości parametrów odbicia, otrzymane dla badanej ściany oporowej (rys. 6.7) sporządzono

w lokalnym układzie współrzędnych radaru xy, który został zdefiniowany poprzez:

przyjęcie początku układu współrzędnych (x0, y0, z0) w fizycznym środku jednostki

radarowej, oznaczonym jako punkt S,

przyjęcie kierunku i zwrotu osi y zgodnie z osią radaru, która w trakcie pomiaru była

nachylona względem płaszczyzny poziomej pod kątem ξ = 23°.

Na wykresach widoczne są piksele zarejestrowane podczas pierwszej sesji pomiarowej dla

ściany 2 (w odległości 25÷30 m), a także górnego pasa ściany 1 i ekranów dźwiękochłonnych

(w odległości 42÷48 m). W drugiej sesji pomiarowej otrzymano analogiczne wykresy. Opra-

cowanie danych wykonano w programie IBIS Data Viewer (IBISDV), w wersji 03.04.019.

a) b)

c) d)

Rys. 6.7. Parametry charakteryzujące właściwości pikseli reprezentujących obserwowaną przestrzeń:

a) termiczny SNR [dB], b) estymowany SNR [dB], c) spójność czasowa, d) zgodność fazowa [mm],

przy czym maksymalna zgodność fazowa wynosi λ/4 = 4,36 mm


122

Najsilniejsze odbicia pochodzą od tych fragmentów obiektu, które mają zróżnicowane kształ-

ty. W punkcie o współrzędnych (x = -13,6 m; y = 44,8 m) widoczny jest szczególnie silny

sygnał dla reflektora radarowego przymocowanego do ekranu dźwiękochłonnego (rys. 6.8).

Rys. 6.8. Zakres obiektu obserwowany przez radar oraz miejsce montażu reflektora radarowego

Wykresy przedstawione na rysunku 6.7 zostały utworzone na podstawie wielokrotnego

obrazowania SAR (Lub1). Wykonano 35 obrazowań w przedziale czasu 19 h 20 min. Długi

okres obserwacji został przyjęty w celu określenia wpływu zmiany czynników zewnętrznych

(temperatury, ciśnienia, wilgotności) na obserwowane przemieszczenia poszczególnych pik-

seli. Zmiany warunków atmosferycznych w trakcie sesji Lub1 przedstawiono na rysunkach

6.9a-c. Na ich podstawie, z wykorzystaniem wzorów dla mikrofal podanych przez Zebkera

(1997), obliczono teoretyczne przemieszczenia pozorne dla punktu znajdującego się w odle-

głości 25 m (rys. 6.9d), wynikające ze zmian parametrów atmosfery. W obliczeniu wpływu

atmosfery uwzględniono przebieg fali w kierunku ściany i z powrotem, a zatem przyjęto

dwukrotnie większą odległość, czyli 50 m.

Rys. 6.9. Zmienność warunków atmosferycznych podczas pierwszej sesji obserwacyjnej: a) temperatury,

b) ciśnienia, c) wilgotności względnej; d) teoretyczne przemieszczenie punktu w odległości 25 m,

wynikające ze zmienności warunków atmosferycznych


123

Na rysunku 6.10a przedstawiono wartości otrzymane bezpośrednio z pomiaru dla 5 wy-

branych punktów silnie odbijających falę radarową (tab. 6.3). Wykresy te obrazują obserwo-

wane przemieszczenia punktów ściany, jednak nakładają się na nie przemieszczenia pozorne,

wynikające ze zmienności warunków atmosferycznych. Fakt ten jest potwierdzony przez po-

dobieństwo między modelową (rys. 6.9d) a obserwowaną (rys. 6.10a) zmiennością prze-

mieszczeń.

Sposobem na eliminację wpływów atmosferycznych, który jest zalecany przez producenta

radaru, jest obserwacja stabilnego punktu (tzw. GCP – ground control point) w obserwowanej

przestrzeni. W tym celu powyżej ściany 1 zainstalowano reflektor radarowy (rys. 6.8). Przyję-

to, że przemieszczenia pozorne reflektora radarowego, wynikające ze zmienności czynników

atmosferycznych, będą podobne do przemieszczeń pozornych punktów ściany oporowej.

Efekty zastosowania korekty atmosferycznej przedstawiono na rysunku 6.10b oraz w tabeli

6.3. Jako miarę zmienności położenia punktów zastosowano odchylenie standardowe. Jego

wartości znacznie maleją po zastosowaniu korekty atmosferycznej.

a)

b)

Rys. 6.10. Zarejestrowane przemieszczenia wybranych pikseli: a) bez uwzględnienia

korekty atmosferycznej, b) z uwzględnieniem korekty atmosferycznej

Tab. 6.3. Charakterystyka pikseli wybranych do określenia wpływu warunków atmosferycznych

Numer Termiczny

SNR [dB]

Estymowany

SNR [dB]

Odchylenie standardowe bez

korekty atmosferycznej [mm]

Odchylenie standardowe

z korektą atmosferyczną

[mm]

GCP 66,9 12,6 – –

P5 60,6 28,0 0,15 0,08

P68 62,4 36,5 0,16 0,06

P84 47,7 22,0 0,16 0,11

P142 45,6 18,5 0,20 0,16

P155 73,6 34,6 0,12 0,07


124

6.4. SELEKCJA PIKSELI

Pierwszy etap selekcji pikseli przydatnych do obrazowania zachowania ściany oporowej

wykonano w sposób automatyczny – dla parametrów charakteryzujących właściwości pikseli

przyjęto wartości progowe na poziomie:

15 dB dla termicznego SNR,

10 dB dla estymowanego SNR,

0,70 dla spójności czasowej,

0,50 (czyli 2,18 mm) dla zgodności fazowej.

Piksele spełniające wszystkie warunki przedstawiono na rysunku 6.11. Wykresy przedstawia-

ją wartości termicznego SNR zarejestrowane podczas dwóch sesji pomiarowych. Zwraca

uwagę wysoka powtarzalność obrazowania, uzyskana mimo półrocznego przedziału czasu

między obserwacjami, różnych warunków pomiaru i braku wymuszonego centrowania radaru.

a)

Te

rmic

zny S

NR

[d

B]

b)

Te

rmic

zny S

NR

[d

B]

Rys. 6.11. Wartości termicznego SNR uzyskane podczas: a) pierwszej, b) drugiej sesji pomiarowej

Drugim etapem selekcji był wybór odpowiadających sobie pikseli z obu pomiarów. Mimo

dużego podobieństwa między wartościami termicznego SNR, współrzędne odpowiadających

sobie pikseli nie są identyczne ze względu na niewielką zmianę położenia radaru. Szczególnie

istotna jest tutaj wartość ωZ = 3,86 mm/m. Dla odległości ok. 25 m od ściany 2 oznacza to ok.

10 cm przesunięcia pikseli między pierwszym i drugim pomiarem. Dodatnia wartość obrotu

oznacza, że wartości x w układzie współrzędnych radaru z pomiaru drugiego będą o ok.

10 cm mniejsze niż z pomiaru pierwszego. Wartość ta odpowiada w przybliżeniu szerokości

ΔA pojedynczego piksela, zatem wykresy będą wzajemnie przesunięte o ok. 1 piksel. Wnio-

sek ten znajduje potwierdzenie we współrzędnych odpowiadających sobie pikseli (tab. 6.4).


125

Selekcji dokonano w sposób ręczny. Na wykresie wybrano piksele cechujące się maksy-

malną wartością termicznego SNR w ich najbliższym otoczeniu. Znaleziono łącznie 314

punktów (rys. 6.12). Współrzędne przypisane pikselowi odnoszą się do jego lewego dolnego

narożnika w układzie współrzędnych radaru. Rysunek 6.12 został sporządzony dla pierwszej

sesji pomiarowej. Dla sesji drugiej powstał analogiczny wykres.

Tab. 6.4. Charakterystyki 5 przykładowych (spośród 314) pikseli wybranych do analizy

Pik-

sel

Pomiar Lub1

Pomiar Lub2

Δφ

[°] x, y

[m]

Term.

SNR

[dB]

Est.

SNR

[dB]

Kohe-

rencja

φ

[°]

x, y

[m]

Term.

SNR

[dB]

Est.

SNR

[dB]

Kohe-

rencja

φ

[°]

P5 0,7; 24,7 60,6 28,0 1 113 0,5; 24,7 58,6 32,1 0,99 -39 208

P68 0,9; 26,2 62,4 36,5 1 165 0,8; 26,2 60,3 34,0 1 -1 194

P84 -9,3; 25,0 47,7 22,0 0,99 -156 -9,4; 25,0 44,3 15,9 0,99 20 176

P142 13,2; 24,3 45,6 18,5 0,97 -114 13,1; 24,4 43,4 21,0 0,97 115 229

P155 1,1; 28,2 73,6 34,6 1 190 1,0; 28,2 70,2 29,2 1 42 212

Rys. 6.12. Wybór pikseli w lokalnych maksimach termicznego SNR

W tabeli 6.4, oprócz parametrów charakteryzujących właściwości pikseli, podano warto-

ści odczytów fazy φ dla obu sesji pomiarowych. Ponadto obliczono różnice faz jako:

Δφ = φ2 – φ1 (+360°) (6.2)

Wartości różnic faz otrzymane dla wszystkich pikseli przedstawiono za pomocą histogramu

(rys. 6.13) oraz wykresu punktowego (rys. 6.14). Uwagę zwraca podobieństwo między rysun-

kami 6.14 oraz 6.6, co potwierdza wpływ przemieszczenia stanowiska radaru na obserwowa-

ne wartości różnic faz.

Rys. 6.13. Histogram wartości różnic faz dla wybranych pikseli


126

Rys. 6.14. Wartości różnic fazy uzyskane dla punktów reprezentujących ścianę w układzie radaru xy

6.5. ANALIZA SKŁADOWYCH OBSERWOWANEGO PRZEMIESZCZENIA

Na podstawie różnic faz zarejestrowanych między obiema sesjami pomiarowych dla od-

powiadających sobie punktów możliwe jest obliczenie przemieszczeń dΔφ tych punktów na

podstawie równania (3.2). Wyznaczone w ten sposób wartości przemieszczeń będą wynikiem:

rzeczywistych przemieszczeń punktów ściany dSc,

pozornych przemieszczeń punktów ściany dS, wywołanych przemieszczeniem stano-

wiska radaru,

różnych warunków atmosferycznych panujących w trakcie obu sesji pomiarowych da.

Wszystkie wymienione wyżej wartości odnoszą się do kierunku radialnego obserwacji, czyli

mają kierunek zgodny z linią łączącą jednostkę radarową z punktem Pi (rys. 6.15).

Wykonanie obliczeń wymaga szczególnego zwrócenia uwagi na znaki tych wielkości,

czyli zwroty odpowiednich wektorów. W celu zobrazowania zależności między wielkościami

wykonano rysunek 6.15. Przedstawiono na nim przykładowe wartości przemieszczeń dla

punktu znajdującego się w okolicy środka obserwowanego fragmentu ściany, jednak dla

wszystkich punktów wartości są podobne w stopniu niewpływającym na zwroty wektorów.

W obliczeniach założono, że pełny przebieg fali, czyli zmiana fazy o 360°, odpowiada prze-

mieszczeniu równemu połowie długości fali radarowej λ/2 = 8,71 mm. Wynika to z faktu po-

konywania przez falę radarową dwukrotnej odległości do ściany, co jest uwzględnione

w równaniu (3.2).

Rys. 6.15. Wpływ przemieszczenia stanowiska, przemieszczenia ściany

oraz zmian atmosfery na rejestrowaną wartość fazy


127

Przemieszczenie pozorne dS, wywołane przemieszczeniem stanowiska radaru, przyjmuje

wartości ujemne z zakresu (-1,7; -0,4 mm), co wynika z analizy pomiaru geodezyjnego, której

efekty zostały przedstawione na rysunku 6.6. Dla wybranego punktu wynosi ono -1,3 mm.

Linią czarną zaznaczono symbolicznie przebieg fali w pierwszej sesji pomiarowej (φ1 = 0°),

a czerwoną – w sesji drugiej (φ2 = 205°). Tak przyjęte (jedynie do celów poglądowych) war-

tości dają wynik Δφ = 205° dla punktu położonego pośrodku ściany. Zakres wartości Δφ za-

wiera się w przedziale (160°, 280°), co przedstawiono na rysunkach 6.13 i 6.14. Wartość

Δφ = 205° wystąpi również dla innych przemieszczeń dΔφ, różnych o ±N ∙ 360°, czyli

±N ∙ 8,7 mm (gdzie N oznacza liczbę całkowitą), ze względu na nieoznaczoność całkowitej

liczby odłożeń pełnej długości fali. Jednak z obserwacji geodezyjnych i skanerowych (roz-

działy 4 i 5) wynika, że przemieszczenie ściany nie osiąga takich wartości. W związku z tym

przemieszczenie dSc(a), obarczone składową da, wynosi 2,4 mm.

Odczyty fazy przedstawione w tabeli 6.4, które posłużyły do wyznaczenia wartości Δφ,

zostały wykonane w różnych warunkach atmosferycznych. Z wielogodzinnych okresów ob-

serwacji radarowych wybrano momenty pomiaru, w których panowały najbardziej podobne

warunki. Są one następujące:

dla pomiaru Lub1: t = 10 °C, p = 975 hPa, h = 32%,

dla pomiaru Lub2: t = 10 °C, p = 975 hPa, h = 68%.

Na podstawie modelu atmosfery (Zebker, 1997) określono wpływ zmienności warunków

na wyznaczone przemieszczenia. Dla odcinka r = 50 m (dwukrotna odległość od radaru do

ściany) różnica między odległością z pomiarów Lub1 i Lub2 wynosi 1,0 mm. Oznacza to, że

w celu obliczenia wartości dSc należy dodać składową da do wartości dSc(a). W efekcie dSc wy-

nosi 3,4 mm.

6.6. WYZNACZENIE PRZEMIESZCZEŃ ŚCIANY

Powyższa analiza została przeprowadzona dla punktu znajdującego się pośrodku ściany.

Aby wykonać ją dla dowolnego punktu na ścianie, konieczna jest transformacja współrzęd-

nych punktów ściany z układu lokalnego XYZ do układu radaru xy, w którym wyrażone jest

położenie pikseli. Na podstawie zależności geometrycznych przedstawionych na rysunku 6.16

można wyznaczyć współrzędne piksela Pxi (xi, yi) odpowiadającego punktowi Pi (Xi, Yi, Zi)

znajdującemu się na ścianie:

cossin ScYZy

Xx

ii

ii (6.3)

gdzie: ξ = 23°, YSc = 24,5 m (na podstawie pomiaru geodezyjnego).

Rys. 6.16. Zależności geometryczne między układem lokalnym XYZ a układem radaru xy:

a) widok z boku, b) widok z góry


128

Powyższa transformacja jest niezbędna, ponieważ wartości dΔφ są wyznaczone dla pikseli

w układzie radaru xy, natomiast wartości dS i da – w układzie lokalnym XYZ. Przemieszczenia

ściany zostaną docelowo wyznaczone w układzie XYZ (dY). Będą równoznaczne przemiesz-

czeniom w układzie globalnym sieci obserwacyjnej ze względu na wzajemną równoległość

ich osi. Dzięki temu możliwe będzie porównanie przemieszczeń ściany w kierunku Y z warto-

ściami wyznaczonymi przy użyciu pozostałych technik pomiarowych.

Korzystając z zależności, która jest przedstawiona na rysunku 6.15, obliczono przemiesz-

czenia dSc dla wszystkich 314 pikseli. W tabeli 6.5 zamieszczono wartości dla 5 przykłado-

wych pikseli, wraz z wartościami średnimi dla wszystkich pikseli. Wielkości te przedstawiono

również na histogramach (rys. 6.17).

Na rysunkach 6.17a-c można zauważyć wpływy systematyczne, przejawiające się w po-

staci niesymetrycznego kształtu histogramu. Dla wektorów dY (rys. 6.17d) nie są one tak wy-

raźne.

Tab. 6.5. Przemieszczenia 5 przykładowych (spośród 314) pikseli oraz ich wartości średnie

Piksel x, y

[m]

X, Y, Z

[m] Δφ

[°]

dΔφ

[mm]

dS

[mm]

da

[mm]

dSc

[mm] dY

[mm]

P5 0,7; 24,7 0,7; 24,5; 5,5 208 3,67 -1,35 1,04 3,36 3,28

P68 0,9; 26,2 0,9; 24,5; 9,3 194 4,01 -1,37 1,09 3,73 3,49

P84 -9,3; 25,0 -9,3; 24,7; 6,3 176 4,46 -1,61 1,12 3,98 3,60

P142 13,2; 24,3 13,2; 24,2; 4,5 229 3,18 -0,79 1,16 3,55 3,11

P155 1,1; 28,2 1,1; 24,5; 9,5 212 3,58 -1,37 1,09 3,30 3,08

średnia – – 205 3,75 -0,99 1,10 3,51 3,25

Rys. 6.17. Histogramy wartości: a) dS, b) da, c) dSc, d) dY

Wektory dS, da, dSc są wyznaczone w kierunku radialnym. W celu przeliczenia tych warto-

ści na kierunki prostopadłe do powierzchni ściany, w których spodziewane są przemieszcze-

nia obiektu, należy skorzystać z zależności geometrycznej przedstawionej na rysunku 6.18.


129

Rys. 6.18. Sposób przeliczenia obserwowanych wartości przemieszczeń

na składowe prostopadłe do powierzchni ściany

Przemieszczenie ostateczne dY wynosi:

222

ScSc

iii

Y

ZYX

Ydd

(6.4)

Obliczone wartości dY przedstawiono w postaci wykresów punktowych: w układzie

współrzędnych radaru xy oraz płaszczyźnie XZ (czyli pionowej płaszczyźnie ściany) lokalne-

go układu współrzędnych XYZ (rys. 6.19).

Rys. 6.19. Wartości składowej dY przemieszczeń punktów ściany przedstawione na płaszczyźnie: a) xy, b) XZ

W celu sprawdzenia, czy wśród wartości dY występują wpływy systematyczne, sporzą-

dzono wykres wartości dY w zależności od współrzędnej X, czyli wzdłuż ściany, oraz wpaso-

wano w nie prostą regresji (rys. 6.20). Równanie tej prostej ma postać:

dY = -0,0165 X + 3,26

i potwierdza średnią wartość przemieszczenia dY równą 3,26 mm, przedstawioną w tabeli 6.5.

Ponadto równanie wskazuje na wystąpienie skręcenia obserwowanego fragmentu ściany.

Wynosi ono 0,58 mm dla 35-metrowego obserwowanego fragmentu ściany.


130

Rys. 6.20. Rozkład wartości dY w zależności od współrzędnej X (długości ściany oporowej)

Wartości otrzymane dla fragmentu ściany obserwowanego radarem wykazują dużą zgod-

ność z wynikami otrzymanymi przy użyciu innych technik. Rysunek 6.21, który stanowi

fragment rysunku 5.21, zawiera wartości przemieszczeń fragmentu ściany 2 wyznaczone

techniką skanowania laserowego. Kolorem jasnoniebieskim oznaczono zakres obserwacji

radarowych, a różowym – położenie osi radaru. Fragment położony na lewo od osi wykazuje

przemieszczenia średnio ok. 3,5 mm. Po stronie prawej wartości przemieszczeń są dość silnie

zróżnicowane, ale wyraźnie mniejsze. Ruch o podobnej tendencji otrzymano z pomiarów ra-

darowych (rys. 6.20), co potwierdza poprawność uzyskanych wyników.

Rys. 6.21. Zakres obserwacji radarowych przedstawiony na obrazie przemieszczeń ze skanowania laserowego

6.7. OGRANICZENIE LICZBY PIKSELI

Przemieszczenia wyznaczone dla niektórych fragmentów ściany 2 wykazują duże zróżni-

cowanie, co jest widoczne jako wartości odstające na rysunkach 6.19 i 6.20. Z tego powodu

podjęto próbę ograniczenia liczby obserwacji radarowych poprzez eliminację pikseli, które

dają najmniej dokładne wyniki. Uwzględniając wpływ parametrów SNR oraz spójności cza-

sowej na dokładność wyznaczenia przemieszczenia (tab. 6.2), ustalono wartości progowe jako

wartości średnie wyznaczone ze wszystkich 314 pikseli. Wynoszą one:

47,1 dB (Lub1) i 44,6 dB (Lub2) dla termicznego SNR,

21,5 dB (Lub1) i 21,0 dB (Lub2) dla estymowanego SNR,

0,966 (Lub1) i 0,947 (Lub2) dla spójności czasowej.

W zbiorze pikseli służących do wyznaczenia przemieszczeń ściany pozostały jedynie te, które

spełniały jednocześnie wszystkie powyższe warunki. W ten sposób ich liczbę ograniczono do

76. Wartości przemieszczeń dY zostały obliczone zgodnie z procedurą przedstawioną w roz-

działach 6.5-6.6 i przedstawione na rysunku 6.22 (analogicznym do rysunku 6.19).


131

Rys. 6.22. Wartości składowej dY przemieszczeń punktów ściany po ograniczeniu liczby pikseli

Mimo odrzucenia 76% pikseli o najsłabszej odbijalności, wartości przemieszczeń przypi-

sane pozostałym pikselom są nadal zróżnicowane, na co wskazują różne kolory punktów na

rysunku 6.22. Zmniejszył się jednak rozrzut wartości przemieszczeń dY – z ok. 2,1÷4,4 mm

przed ograniczeniem liczby pikseli (rys. 6.19) do 2,8÷3,8 mm po ich odrzuceniu (rys. 6.22).

W celu sprawdzenia, czy ograniczenie liczby pikseli wpływa na obraz obserwowanego

ruchu ściany, ponownie sporządzono wykres wartości dY w zależności od współrzędnej X oraz

dokonano wpasowania prostej regresji (rys. 6.23). Równanie nowej prostej ma postać:

dY = -0,0262 X + 3,24.

Przemieszczenie średnie praktycznie nie uległo zmianie i wynosi ok. 3,2 mm. Natomiast inna

wartość skręcenia ściany wynika przede wszystkim z faktu pozostawienia do analizy pikseli

położonych na zaledwie 13-metrowym fragmencie ściany, znajdującym się najbliżej osi rada-

ru, który zapewnił najsilniejsze odbicie sygnału. Na tym odcinku skręcenie wynosi 0,34 mm,

ale jego kierunek jest taki sam – lewa część fragmentu ściany wykazuje większy ruch.

Rys. 6.23. Rozkład wartości dY w zależności od współrzędnej X po ograniczeniu liczby pikseli

132

7 Podsumowanie i wnioski

Celem niniejszej pracy było sprawdzenie użyteczności nowoczesnych, bezinwazyjnych

metod pomiarowych w kontroli geometrii ścian oporowych. Obserwacjami doświadczalnymi

objęto dwa obiekty. Pierwszy miał charakter testowy. Był nim niewielki mur oporowy (ozna-

czenie Mce) zlokalizowany przy drodze zbiorczej i zabezpieczający zabudowane zbocze.

Drugim obiektem, który miał charakter wdrożeniowy dla testowanych metod pomiarowych,

był zespół ścian oporowych (oznaczenie Lub), spośród których dwie największe konstrukcje

zostały objęte obserwacjami. W opracowaniu wyników pomiarów obiektu Mce więcej uwagi

poświęcono analizie różnych wariantów opracowania danych. Dla zespołu ścian Lub wyko-

rzystano wnioski z wcześniejszych analiz i zastosowano konkretne rozwiązania. Oba obiekty

pomierzono w trzech sesjach pomiarowych.

Ze względu na obszerne opracowanie wyników badanych metod pomiarów, w celu uła-

twienia ich analizy porównawczej i podsumowania, najważniejsze rysunki zestawiono w za-

łącznikach nr 7 i 8.

Dla obiektu Mce średnia różnica wartości przemieszczeń wyznaczonych z pomiarów kla-

sycznych i z naziemnego skanowania laserowego wyniosła ±1,7 mm. Wyznaczone różnice

mieszczą się w graniach dokładności pomiaru skanerem. Trendy przemieszczeń uzyskane

z obu metod są w większości zgodne, przy czym obraz przemieszczeń uzyskany na podstawie

danych z naziemnego skanowania laserowego jest bardziej szczegółowy i obejmuje cały

obiekt, a nie tylko wybrane punkty.

Przemieszczenia obiektu Lub, wyznaczone metodami klasycznymi i naziemnym skano-

waniem laserowym, są zgodne co do wartości – średni moduł różnicy wyznaczonych prze-

mieszczeń wyniósł 1,5 mm. Trendy przemieszczeń ściany 1 otrzymane tymi metodami rów-

nież są zgodne, a rozbieżności mieszczą się granicach dokładności skanowania. Wyjątkiem

jest północny fragment ściany 1. Porównanie wyników między sesjami pomiarowymi 1 i 2

wskazuje, że w trakcie pierwszego pomiaru, w którym pomiar dwiema metodami był wyko-

nany w odstępie kilku dni, nastąpiło przemieszczenie tego fragmentu ściany. Nie zostało ono

stwierdzone na podstawie wykonanego wcześniej pomiaru geodezyjnego, a zostało zareje-

strowane przez pomiar skanerem laserowym. Po konsultacji z Zastępcą Naczelnika Wydziału

do Spraw Budowy Autostrady A4 Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad, Oddzia-

łu w Krakowie, Krzysztofem Langem, który nadzorował budowę obiektu Lub, ustalono, że

powodem takiej sytuacji mogło być parcie wody gruntowej. Jeszcze w trakcie budowy zaob-

serwowano tam nietypowe warunki wodno-gruntowe. Nawet do dwóch tygodni po opadach

atmosferycznych nagromadzona woda wypływała w różnych miejscach gruntu, wówczas

jeszcze odsłoniętego. Podobna sytuacja mogła mieć miejsce w trakcie pierwszej sesji pomia-

rowej i być wywołana lokalnym naporem gruntu nasączonego wodą.

Niekorzystne warunki terenowe pomiaru ściany 2 obiektu Lub uwidoczniły się w gorszej

dokładności zarówno pomiarów klasycznych, jak i naziemnego skanowania laserowego. Dla-

tego rozbieżności pomiędzy wynikami są większe niż dla ściany 1, jednak ogólna tendencja

niewielkich przemieszczeń ściany 2 jest zgodna pomiędzy tymi metodami.

Przemieszczenia wyznaczone z pomiaru radarowego oraz skanowania laserowego można

ze sobą porównać ze względu na quasi-ciągły charakter wyników tych obserwacji. Wartości

7. Podsumowanie i wnioski

133

przemieszczeń uzyskanych skanerem i radarem są bardzo zbliżone (w zakresie 0,5÷1,0 mm),

a trend przemieszczeń z obu metod jest podobny. Jednak dokładna interpretacja położenia

pikseli obrazowania radarowego jest trudna. W zakresie piksela, któremu przypisywane są

współrzędne lewego dolnego naroża, obserwowany jest punkt najsilniej odbijający wiązkę

laserową, ale mający nieznane położenie w obrębie piksela. W związku z tym porównanie

przemieszczeń pikseli z wynikami pomiaru klasycznego o charakterze dyskretnym nie jest

możliwe. Taka analiza była wykonana w celu porównania skanowania i pomiaru klasycznego.

W tym przypadku współrzędne punktów były wyznaczone w tym samym układzie współ-

rzędnych z podobną szczegółowością.

Podsumowując, przemieszczenia wyznaczone w niniejszej pracy na podstawie geodezyj-

nych pomiarów klasycznych, naziemnego skanowania laserowego i naziemnej interferometrii

radarowej są zgodne w granicach dokładności pomiaru.

Przeprowadzone badania pozwoliły sformułować następujące wnioski.

1. Sieć kontrolno-pomiarowa

Praktyczne zastosowanie wszystkich omówionych metod pomiarowych do obserwacji

okresowych wymaga założenia w terenie sieci kontrolnej, umożliwiającej analizę prze-

mieszczeń w zewnętrznym układzie odniesienia.

W pomiarach klasycznych punkty sieci stanowią bazę do wcięć. Podczas skanowania la-

serowego tarcze, służące do łączenia chmur punktów z różnych stanowisk, są mierzone

w lokalnym układzie współrzędnych sieci kontrolnej, stając się punktami georeferencyj-

nymi. Również położenie radaru IBIS-L jest wyznaczane na podstawie pomiaru geode-

zyjnego wykonywanego ze stanowisk sieci.

Ściany oporowe są często zlokalizowane w obszarach osuwiskowych lub na terenach

o trudnych warunkach geologicznych. Dlatego istnieje prawdopodobieństwo, że punkty

sieci stabilizowane w ich okolicy nie zachowają stałości. Konieczna jest stabilizacja

punktów odniesienia, a stałość punktów sieci powinna być badana w kolejnych sesjach

pomiarowych.

2. Ograniczenia metod geodezyjnych

W porównaniu do innych metod pomiarowych testowanych w pracy, pomiar klasyczny

ścian oporowych jest czasochłonny. Dotyczy to szczególnie dużych obiektów takich jak

zespół ścian oporowych Lub, a zgodnie z aktami prawnymi i normami technicznymi,

przede wszystkim takie obiekty powinny być objęte pomiarami kontrolnymi.

Wydłużony kształt konstrukcji oporowych wpływa niekorzystnie na geometrię sieci

punktów kontrolowanych. Złe warunki terenowe, na które składają się ruch samochodo-

wy oraz gęsta infrastruktura drogowa, utrudniają wykonanie pomiarów o wysokiej do-

kładności.

3. Zalety metod geodezyjnych

Dużą zaletą pomiarów klasycznych jest możliwość wyznaczenia trzech składowych

przemieszczeń punktów. Kontrola przemieszczeń pionowych ścian oporowych w głównej

mierze jest realizowana przez niwelację reperów. Wyznaczone przemieszczenia punktów

na ścianie względem poziomu odniesienia nie przekraczały granicy błędu pomiaru, dlate-

go szczególnie cenne jest wyznaczenie składowych poziomych – w kierunkach prostopa-

dłym i równoległym do ściany.

Obserwacja odpowiedniej liczby punktów na blokach ściany oporowej, które są wydzie-

lone szczelinami dylatacyjnymi, umożliwia wyznaczenie obrotów i przemieszczeń blo-

ków oraz sprawdzenie warunku bryły sztywnej i wyznaczenie ewentualnych deformacji.


134

4. Dyskretny charakter obserwacji geodezyjnych

Słabą stroną pomiarów klasycznych jest dyskretny charakter pozyskiwanych danych.

Wyniki przemieszczeń dla obiektu Mce wykazały, że na podstawie obserwacji punktów

znakowanych tarczami celowniczymi nie było możliwe wychwycenie rzeczywistych ten-

dencji przemieszczeń punktów reprezentujących obiekt. Dopiero uzupełnienie informacji

o przemieszczenia punktów znakowanych laserem uwidoczniło tendencje analogiczne do

uzyskanych z naziemnego skanowania laserowego.

Na podstawie porównania wyników z różnych metod stwierdzono problem wynikający

z lokalizacji punktów kontrolowanych. W trakcie utrwalania znaków na obiekcie niezna-

ne są miejsca, w których wystąpią przemieszczenia. W badaniach niejednokrotnie stwier-

dzono, że przemieszczenie tarczy nie było reprezentatywne dla lokalnego ruchu obiektu –

tarcza celownicza znajdowała się w miejscu, gdzie ruch nie występował albo uwidaczniał

się w niewielkim stopniu, natomiast okoliczne punkty wykazywały inną tendencję.

5. Dokładność skanowania laserowego

Istotnym etapem prac badawczych była weryfikacja dokładności danych pozyskanych

techniką naziemnego skanowania laserowego. Analizę wykonywano, wyznaczając odle-

głość punktu mierzonego klasycznie od powierzchni wpasowanej we fragment chmury

punktów odpowiadający lokalizacją pomierzonemu punktowi. Płaszczyzny wpasowywa-

no w grupę najbliższych punktów w zasięgu 10 cm, 5 cm oraz 2 lub 7 cm – w zależności

od sposobu znakowania punktów. Stwierdzono, że średnia odległość między płaszczyzną

wyznaczoną na postawie naziemnego skanowania laserowego a punktem pomierzonym

klasycznie wynosi 2 mm. Tę wielkość przyjęto jako dokładność pozyskiwania współ-

rzędnych metodą naziemnego skanowania laserowego.

Analizy przeprowadzone dla obiektu Mce oraz dla ścian 1 i 2 obiektu Lub pozwalają na

wskazanie negatywnego wpływu wzrostu odległości i kąta padania wiązki dalmierczej na

dokładność pomiaru. W opracowanych danych zauważono wpływ niekorzystnych wa-

runków terenowych wynikających z ruchu samochodowego w trakcie pomiarów. Wyraź-

nie uwidacznia się to w wynikach dotyczących fragmentu ściany 2 obiektu Lub, który

jest wykonany z gruntu zbrojonego.

6. Elementy wiążące chmury punktów

W naziemnym skanowaniu laserowym bardzo istotne jest łączenie chmur punktów z róż-

nych stanowisk. Błąd ich połączenia oraz orientacji w układzie geodezyjnym wpływa na

wartości przemieszczeń. Dla uzyskania dobrych wyników kluczowa jest geometria roz-

mieszczenia tarcz służących do łączenia chmur. W celu wyznaczenia ich położenia

w układzie współrzędnych należy wykonać pomiar geodezyjny. Zdarza się, co miało

miejsce w przeprowadzonych pracach, że tarcze są uszkodzone lub nieidealnie wykona-

ne, co skutkuje np. ich niecentrycznym obrotem. Eliminacja lub minimalizacja tego

wpływu podczas skanowania jest możliwa poprzez odpowiednie ustawienie problema-

tycznej tarczy. Jest to jednak trudne w pomiarze geodezyjnym, gdyż w celu osiągnięcia

wysokiej dokładności tarcze należy obrócić w stronę każdego stanowiska tachymetru,

z którego wykonywany jest pomiar. Dodatkowo pomiar z punktów sieci kontrolnej obar-

cza wyniki wpływami błędności samej sieci.

Autorka pracy proponuje trwałą lokalizację tarcz w postaci stabilizacji na obiekcie tulejek

do wymuszonego centrowania – analogicznych do tulei, jakie są stosowane w sieciach

kontrolno-pomiarowych dla zapór wodnych (np. zapory w Niedzicy). Mosiężne kulki do

centrowania precyzyjnego z odpowiednim gwintem pozwolą na powtarzalne ustawianie

tarczy oraz wstawienie w ich miejsce reflektora dalmierczego w celu dokładnego pomia-

ru współrzędnych punktu. Różnicę pomiędzy środkami tarczy i reflektora można wyzna-

czyć laboratoryjnie.


135

Wymuszone centrowanie punktów będących stanowiskami tarcz umożliwi odtwarzanie

geometrii łączenia chmur punktów oraz orientowania ich w geodezyjnym układzie

współrzędnych. Dodatkową zaletą jest możliwość pomiaru tych punktów wraz z pomia-

rem i badaniem stałości całej sieci kontrolnej, co podniesie dokładność wyznaczenia ich

współrzędnych.

7. Rozdzielczość skanowania laserowego

Największą zaletą naziemnego skanowania laserowego jest duża ilość zgromadzonych

danych, która daje obraz całości konstrukcji, a nie wybranych jej fragmentów, jak to ma

miejsce w przypadku geodezyjnych pomiarów klasycznych. Przemieszczenia wyznaczo-

ne na podstawie danych z naziemnego skanowania laserowego pozwalają lepiej wychwy-

cić lokalne deformacje obiektu niż pomiary klasyczne.

Odpowiednia szczegółowość pozyskanych danych pozwala również na ogólną analizę

konstrukcji – na obrazie z pojedynczego skanowania możliwa jest lokalizacja szczelin

dylatacyjnych, otworów odwadniających oraz przebiegu rys na obiekcie. Dodatkową za-

letą naziemnego skanowania laserowego jest krótki czas pozyskania danych. Pomiar du-

żego obiektu (pokroju obiektu Lub) jest możliwy do wykonania w ciągu jednego dnia.

8. Opracowanie danych skanerowych

Duża ilość danych pozyskiwanych metodą naziemnego skanowania laserowego jest zale-

tą tej techniki i jednocześnie wyzwaniem dla ich właściwego opracowania. W trakcie ich

analizy stwierdzono wpływ zaszumienia surowych danych na wyznaczone przemieszcze-

nia. W celu jego eliminacji autorka zaproponowała uśrednienie wyników pomiarów za

pomocą narzędzia grid. W pracy zastosowano siatkę grid o rozmiarze 5 cm, który został

wyznaczony empirycznie.

Narzędziem użytecznym szczególnie w analizie przebiegu rys oraz lokalnych deformacji

(np. wybrzuszeń) są przekroje przez obiekt. Aby je wykonać, konieczne jest utworzenie

modelu TIN na punktach chmury. Należy zwracać szczególną uwagę na narzędzia do-

stępne w programach do opracowania chmur punktów. W trakcie prac stwierdzono, że

zastosowane oprogramowanie, tworząc siatkę TIN na grupie punktów liczniejszej niż

500 000, nie włącza wszystkich punktów do tworzonego modelu, co skutkuje zniekształ-

ceniem wygenerowanego przekroju.

9. Kierunek przemieszczeń ze skanowania

W pomiarze ścian oporowych naziemnym skanerem laserowym największym ogranicze-

niem jest możliwość wyznaczenia przemieszczeń tylko w kierunku prostopadłym do

obiektu ze względu na mało urozmaicony kształt ściany.

Autorka proponuje rozwiązanie tego ograniczenia poprzez zastosowanie na obiektach

pomiarowych regularnych, niewielkich brył montowanych na stałe. Przykładem takich

brył mogą być półkula o średnicy 10 cm lub sześcian o boku 5 cm. Takie dodatkowe

elementy nie powinny pogarszać estetyki ścian oporowych. Autorka proponuje skanować

je z większą dokładnością niż resztę obiektu, a następnie wpasować w nie odpowiednie

bryły. Porównanie wyników pomiędzy kolejnymi sesjami pomiarowymi bazowałoby na

porównaniu współrzędnych środków brył wpasowanych we fragmenty chmur punktów,

pozyskanych z kolejnych pomiarów. Takie rozwiązanie umożliwiłoby analizę przemiesz-

czeń obiektu we wszystkich trzech kierunkach układu współrzędnych.

10. Czasochłonność pomiaru radarowego

Obserwacje radarowe zapewniają bardzo wysoką dokładność wyznaczenia przemiesz-

czeń na podstawie pomiaru różnic faz fali wysyłanej i odbitej od obiektu. Przeprowadze-

nie pomiaru jest jednak czasochłonne ze względu na wielkość i ciężar urządzeń wcho-

dzących w skład systemu. Ponadto opracowanie danych obserwacyjnych jest procesem


136

złożonym, zwłaszcza w przypadku konieczności wyznaczenia przemieszczenia jednostki

radarowej na podstawie obserwacji geodezyjnych. Technika radarowa jest jednak stosun-

kowo nowym rozwiązaniem, zatem usprawnienie procesu opracowania danych jest kwe-

stią czasu.

11. Precyzyjne odtwarzanie stanowiska radaru

W niniejszej pracy zaproponowano i zastosowano metodykę pomiarów radarowych pro-

wadzonych z tymczasowego stanowiska obserwacyjnego. Opracowano sposób eliminacji

wpływu zmiany pozycji radaru pomiędzy kolejnymi sesjami pomiarowymi na uzyskane

wyniki. Autorka empirycznie udowodniła, że możliwe jest wyznaczenie przemieszczeń

na podstawie danych radarowych pozyskanych bez konieczności trwałej stabilizacji sta-

nowiska pomiarowego. Ten efekt pracy badawczej jest istotny dla praktycznej realizacji

pomiarów, ze szczególnym uwzględnieniem miejsc wykluczających utrwalenie elemen-

tów stanowiska radaru.

12. Nieoznaczoność fazy w obserwacjach radarowych

Ograniczeniem dla techniki radarowej jest problem nieoznaczoności liczby pełnych odło-

żeń fali, występujących w wartościach Δφ wyznaczanych z kolejnych sesji obserwacyj-

nych. Wystąpienie przemieszczenia przekraczającego wartość ±λ/4 = ±4,36 mm nie jest

jednoznacznie wyznaczalne. Sposobem na rozwiązanie tego problemu jest wykonanie

dodatkowych obserwacji klasycznych dla kilku punktów stabilizowanych trwale i roz-

mieszczonych równomiernie na obiekcie w celu wyznaczenia wartości przemieszczeń

bezwzględnych i określenie tendencji ruchu ściany. Większą liczbę obserwowanych

punktów zapewnia technika SAR zastosowana w radarze, pozwalająca na zobrazowanie

obiektu w postaci pikseli.

13. Czas wykonania obserwacji

Na podstawie różnic w wartościach przemieszczeń wyznaczonych z pomiarów geodezyj-

nych, naziemnego skanowania laserowego oraz naziemnej interferometrii radarowej, na

szczególną uwagę zasługuje czynnik czasu. Kilka dni przerwy pomiędzy pomiarami wy-

konanymi różnymi metodami wystarczyło na wystąpienie nowych odkształceń w kon-

strukcji wywołanych prawdopodobnie parciem wód gruntowych. Dlatego krótki czas po-

zyskania danych metodą naziemnego skanowania laserowego i naziemnej interferometrii

radarowej jest dużym atutem tych metod.

Każda ściana oporowa jest inna ze względu na konstrukcję, kształt i otoczenie, i wymaga

indywidualnego podejścia. Nie jest zatem możliwe zdefiniowanie dokładnej metodyki wy-

znaczania przemieszczeń ścian oporowych. Jednak na podstawie przeprowadzonych badań

można wskazać konkretne rozwiązania, które należy rozważyć przy planowaniu pomiarów

konstrukcji oporowych.

Każda z omówionych technik pomiarowych dla potrzeb wyznaczania przemieszczeń wy-

maga założenia sieci kontrolnej. Zdaniem autorki najlepsze wyniki wyznaczania przemiesz-

czeń pozwoli uzyskać połączenie metod klasycznych z naziemnym skanowaniem laserowym

lub naziemną interferometrią radarową. Klasyczne pomiary geodezyjne umożliwią pozyska-

nie wartości przemieszczeń z najwyższą dokładnością oraz określenie kierunku przemiesz-

czeń koniecznego do opracowania danych radarowych. Pomiar całego obiektu skanerem lub

urządzeniem typu IBIS-L pozwoli na analizę całości konstrukcji i wychwycenie lokalnych

deformacji. Przy pomiarze naziemnym skanerem laserowym autorka sugeruje trwałą stabili-

zację stanowisk tarcz z wymuszonym centrowaniem, które zostaną objęte pomiarem i bada-

niem stałości wraz z całą siecią. Dodatkowo na obiekcie można umieścić trójwymiarowe bry-

ły umożliwiające wyznaczenie trzech składowych przemieszczeń obiektu.


137

Przeprowadzone badania potwierdziły tezę postawioną na początku pracy. Techniki na-

ziemnego skanowania laserowego i naziemnej interferometrii radarowej, dzięki wysokiej do-

kładności i rozdzielczości pomiaru, pozwalają na pozyskanie istotnych danych do badania

przemieszczeń i odkształceń ścian oporowych.

Jak zaznaczono we wstępie, geodezja jest sztuką wyboru. Przeprowadzone prace wykaza-

ły, że w zakresie wyznaczania przemieszczeń ścian oporowych, przy dostępnych technikach

pomiarowych, istnieje dziś szerokie spektrum wyboru metod pozyskiwania danych w tym

zakresie. Nowoczesne, bezkontaktowe metody pomiarów ścian oporowych nie mogą jednak

zastąpić pomiarów klasycznych. Dopiero połączenie tych technik pozwala uzyskać pełen ob-

raz przemieszczeń ścian oporowych.

Bibliografia

138

1. Abellan A., Jaboyedoff M., Oppikofer T., Vilaplana J. M., 2009. Detection of millimetric deformation

using a terrestrial laser scanner: experiment and application to a rockfall event, Natural Hazards and Earth

System Sciences, vol. 9, no. 2, s. 365-372

2. Alba M., Giussani A., Roncoroni F., Scaioni M., Valgoi P., 2006. Geometric Modelling of a Large Dam by

Terrestrial Laser Scanning, Proceedings of XXIII FIG Congress, Munich, Germany, October 8-13

3. Alba M., Bernardini G., Giussani A., Ricci P.P., Roncoroni F., Scaioni M., Valgoi P., Zhang K., 2008.

Measurement of Dam Deformations by Terrestrial Interferometric Techniques, The International Archives

of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVII, Part B1, s. 133-139

4. Armer G.S.T. (red.), 2001. Monitoring and assessment of structures, Spon Press, New York

5. Ascending Technologies, 2015. UAV Retaining Wall Inspection of a Federal Motorway, http://www.asctec.de/en/uav-retaining-wall-inspection-of-a-federal-motorway/

6. Bernasik J., Tokarczyk A., 1997. Naziemna fotogrametria inżynieryjno-przemysłowa, Skrypty Uczelniane,

Wydawnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica, Kraków

7. ie ., 2010. Uszkodzenia i diagnostyka obiektów mostowych, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności,

Warszawa

8. ryś H., Przewłocki S., 1998. Geodezyjne metody pomiarów przemieszcze budowli, Wydawnictwa

Naukowe PWN, Warszawa

9. zówka ., uzwa A., Knapik K., Stelmach K., 2012. Geotechnika komunikacyjna, Wydawnictwo

Politechniki Śląskiej, Gliwice

10. Casagli N., Tibaldi A., Merri A., Del Ventisette C., Apuani C., Guerri L., Fortuny-Guasch J., Tarchi D.,

2009. Deformation of Stromboli Volcano (Italy) during the 2007 eruption revealed by radar interferometry:

numerical modelling and structural geological field data, vol. 182, no. 3-4, s. 182-200

11. Casagli N., Catani F., Del Ventisette C., Luzi G., 2010. Monitoring, Prediction, and Early Warning Using

Ground-Based Radar Interferometry, Landslides, vol. 7, s. 291–301

12. CDoT, 2011. California Department of Transportation, Surveys Manual, Chapter 15 – Terrestrial Laser

Scanning Specifications, http://www.dot.ca.gov/hq/row/landsurveys/SurveysManual/Manual_TOC.html

13. Chmelina K., Jansa J., Hesina G., Traxler C., 2012. A 3-D Laser Scanning System and Scan Data

Processing Method for the Monitoring of Tunnel Deformations, Journal of Applied Geodesy, vol. 11, s.

177-185

14. Cios I., Garwacka-Piórkowska S., 2008. Projektowanie fundamentów, Oficyna Wydawnicza Politechniki

Warszawskiej, Warszawa

15. Crosetto M., Gili J. A., Monserrat O., Cuevas-Gonzalez M., Corominas J., Serral D., 2013. Interferometric

SAR monitoring of the Vallcebre landslide (Spain) using corner reflectors, Natural Hazards and Earth

System Sciences, vol. 13, s. 923-933

16. Czekała Z., 1999. Parada radarów, Dom Wydawniczy ellona, Warszawa

17. Ćwiąkała P., Kuras P., Sukta O., 2011. Analysis of dynamic strains of suspension bridge on the example of

pedestrian footbridge, Geomatics and Environmental Engineering, vol. 5, no. 3, s. 37-46

18. Dembicki E. (red.), 1988. Fundamentowanie – projektowanie i wykonawstwo, tom 2: Posadowienie

budowli, Wydawnictwo Arkady, Warszawa

19. Deumlich F., Staiger R., 2002. Instrumentenkunde der Vermessungstechnik, Herbert Wirchmann Verlag,

Heidelberg

20. ETSI, 2006. ETSI TR 102 522 V1.1.1 (2006-12). Electromagnetic compatibility and Radio spectrum

Matters (ERM); Short Range Devices (SRD); Equipment for Detecting Movement; Radio equipment

operating in the frequency range 17,1 GHz to 17,3 GHz; System Reference Document for Ground Based

Synthetic Aperture Radar (GBSAR), European Telecommunications Standards Institute (ETSI)

21. Fraden J., 2010. Handbook of Modern Sensors: Physics, Designs, and Applications, Springer

22. Gajek A., Juda Z., 2009. Czujniki. Mechanika samochodowa, Wydawnictwo Komunikacji i Łączności,

Warszawa

23. Gargula T., Kwinta A., 2008. Porównanie geodezyjnych metod pomiarów przemieszcze , Prace Naukowe

GIG VI/2008, str. 83-92

24. Glazer Z., Malinowski J., 1991. Geologia i geotechnika dla inżynierów budownictwa, Wydawnictwo

Naukowe PWN, Warszawa

25. Glinicki S., 1990. Geotechnika budowlana, część I, Wydawnictwa Politechniki iałostockiej, iałystok

26. Gocał ., Ortyl Ł., Owerko T., Kuras P., Kocierz R., Ćwiąkała P., Puniach E., Sukta O., ałut A., 2013.

Determination of displacements and vibrations of engineering structures using groud-based radar

interferometry, Wydawnicwtwa AGH, Kraków

27. Gordon S.J., Lichti D.D., 2007. Modeling Terrestrial Laser Scanner Data for Precise Structural

Deformation Measurement, Journal of Surveying Engineering, vol. 133, no. 2, s. 72-80

Bibliografia

139

28. Grabowski D., Marciniec P., Mrozek T., Nescieruk P., Rączkowski W., Wójcik A., Zimnal Z., 2009.

System Osłony Przeciwosuwiskowej SOPO – rejestracja osuwisk i terenów zagrożonych na terenie Karpat

– zarządzanie zagrożeniami związanymi z ruchami masowymi, [w:] Problematyka osuwisk w

budownictwie komunikacyjnym, Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników

Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej, Oddział w Krakowie, Materiały konferencyjne, nr 88, zeszyt 144,

Kraków

29. Gruszczy ski W., 2015. Method for precise determination of eccentric instrument set-ups, Survey Review,

vol. 47, no. 342, s. 185-194

30. Grzywacz W., 2009. Informacja o skali zagrożenia osuwiskami dróg krajowych na terenie Małopolski, [w:]

Problematyka osuwisk w budownictwie komunikacyjnym, Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia

Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej, Oddział w Krakowie, Materiały

konferencyjne, nr 88, zeszyt 144, Kraków

31. Hallermann N., Morgenthal G., 2014. Visual inspection strategies for large bridges using Unmanned Aerial

Vehicles (UAV), Proceedings of IABMAS 7th International Conference on Bridge Maintenance, Safety

and Management, Shanghai

32. Hallermann N., Morgenthal G., Rodehorst V., 2014. Vision-based deformation monitoring of large scale

structures using Unmanned Aerial Systems, Proceedings of IABSE 37th International Association for

Bridge and Structural Engineering Symposium, Madrid

33. IDS, 2012. IDS Ingegneria dei Sistemi S.p.A. IBIS-FL System, User Manual v. 02.00

34. Ioannidis C., Valani A., Georgopoulos A., Tsiligiris E., 2006. 3d Model Generation for Deformation

Analysis Using Laser Scanning Data of a Cooling Tower, Proceedings of 12th FIG Symposium, Baden

35. Johnson W.H., Johnson A.M., 2012. Operational Considerations for Terrestrial Laser Scanner Use in

Highway Construction Applications, Journal Of Surveying Engineering, vol. 138, no. 4, s. 214-222

36. Kami ski W., ojarowski K., Dumalski A., Mroczkowski K., Trystuła ., 2008. Ocena możliwości

wykorzystania skanera laserowego ScanStation firmy Leica w badaniu deformacji obiektów budowlanych,

Czasopismo Techniczne, Zeszyt 2-Ś, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej

37. Karmarska R., Frydel ., egli ski W., 2011. Zastosowanie metody naziemnego skaningu laserowego do

oceny geodynamiki wybrzeża na przykładzie klifu astrzębiej Góry, iuletyn Pa stwowego Instytutu

Geologicznego nr 446, s. 101-108

38. Karsznia K., 2008.Wykrywanie słabych punktów, Nowoczesne udownictwo Inżynieryjne, lipiec-sierpie

39. Kersten T. P., Sternberg H., Mechelke K., 2005. Investigations into the accuracy behavior of the terrestrial

laser scanning system Mensi GS100, [w:] Optical 3-D Measurement Techniques VII, Vol. I, s. 122-131,

Wiede

40. Kessler A., Trzpis B., 2009. Wykorzystanie systemów geokomórkowych w rozwiązaniach konstrukcyjnych

zabezpiecze osuwisk, [w:] Problematyka osuwisk w budownictwie komunikacyjnym, Zeszyty Naukowo-

Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej, Oddział

w Krakowie, Materiały konferencyjne, nr 88, zeszyt 144, Kraków

41. Kleczkowski A., 1955. Osuwiska i zjawiska pokrewne, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa

42. Koerner R.M., Koerner G.R., 2009. A Data Base of Analysis of Geosynthetic Reinforces Wall Failures,

GRI Report #38, Geosynthetic Institute Falsom

43. Koerner R.M., Koerner G.R., 2011. Recommended Layout of Instrumentation to Monitor Potential

Movement of MSE Walls, Berms and Slopes, Geosynthetic Institute http://www.geosynthetic-institute.org/papers/paper19.pdf

44. Kowanic L., 2013. Możliwości wykorzystania naziemnego skaningu laserowego w monitorowaniu

deformacji w zakładach górniczych, Inżynieria Mineralna, stycze -czerwiec

45. Kowalski W.C., 1988. Geologia inżynierska, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa

46. Kronenberg P., Casanova N., Inaudi D., Vurpillot S., 1997. Dam monitoring with fiber optics deformation

sensor, SPIE Conference on Smart Structures and Materials, San Diego

47. Książkiewicz M., 1959. Geologia dynamiczna, Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa

48. Kulawik A., 2009. Most nad dolinką w rejonie Lubnia, Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, nr 4 (25),

lipiec-sierpie

49. Kuras P., 2012. Zastosowanie interferometrii mikrofalowej do wyznaczania przemieszcze i odkształce

budowli inżynierskich oraz obiektów przemysłowych – rozprawa doktorska (promotor an Gocał),

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geodezji Górniczej

i Inżynierii Środowiska

50. Kuras P., Owerko T., Szafarczyk A., 2010. Applicability of Ground-Based Microwave Interferometer on

the Example of an Industrial Chimney Located on the Mining Area, Schriftenreihe des Institutes für

Markscheidewesen und Geodäsie an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg, zeszyt 2010-1,

s. 249-258

Bibliografia

140

51. Kuras P., Rusek J., Sukta O., 2011. Determining the Dynamic Characteristics of Footbridges Using

Ground-Based Interferometric Radar, Footbridge 2011, 4th International Conference, Wrocław

52. Kuras P., Owerko T., Ortyl Ł., Kocierz R., Sukta O., Pradelok S., 2012. Advantages of radar interferometry

for assessment of dynamic deformation of bridge, [w:] Bridge maintenance, safety, management, resilience

and sustainability, Proceedings of the 6th international IABMAS conference, Stresa

53. Kuras P., Ortyl Ł., Kędzierski M., Podstolak P., 2014. Pomiary drga kominów stalowych wyposażonych

w tłumiki masowe, przy użyciu radaru interferometrycznego, tachymetru zrobotyzowanego

i przyspieszeniomierza, Pomiary, Automatyka, Kontrola, vol. 60, nr 12, s. 1090–1095

54. Kuras P., Wójcik ., 2014. Techniki pomiaru przemieszcze i drga masztów wiertniczych, [w:]

Teoretyczne podstawy budownictwa. T.6, Geodezyjne systemy pomiarowe (red. J. Kulesza, I. Wyczałek),

Instytut Inżynierii udowlanej Politechniki Warszawskiej, Warszawa

55. Kwiecie A., Zając ., udzikowski A., 2011. Powstrzymanie procesu destrukcji uszkodzonego muru

oporowego na aktywnym osuwisku z użyciem polimerowych złączy podatnych, Czasopismo Techniczne

Środowisko, 3-Ś, Zeszyt 21, Rok 108, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej

56. Kwinta A., 2006. Dokładność wyznaczania odkształce z pomiarów kątowo-liniowych, Prace Naukowe

GIG, Wydanie specjalne Górnictwo i Środowisko. Katowice 2006, str. 232-241

57. Lazzarini i in., 1977. Geodezyjne pomiary przemieszcze budowli i ich otoczenia, Pa stwowe

Przedsiębiorstwo Wydawnictw Kartograficznych, Warszawa

58. Leica Geosystems, 2005. Wellington Cut – Retaining wall monitoring, test dostępny 59. http://www.gridpointsolutions.com/gpsltd2/downloads/gpsltd%20case%20studies/Wellington_Cut_Case_Study_web.pdf

60. Leica DNA03/DNA10User Manual, Leica Geosystems

61. Leva, D., Nico, G., Tarchi, D., Fortuny, J., Sieber, A. J., 2003. Temporal analysis of a landslide by means

of a ground-based SAR interferometer, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 41, no.

4, s. 745-752

62. Lim M., Petley D. N., Rosser N. J., Allison R. J., Long A. J., 2005. Combined Digital Photogrammetry and

Time-of-Flight Laser Scanning for Monitoring Cliff Evolution, The Photogrammetric Record, 20(110), s.

109–129

63. Lindenbergh R., Uchanski L., Bucksch A., van Gosliga R., 2009. Structural Monitoring of Tunnels Using

Terrestrial Laser Scanning, Reports on Geodesy, tom z. 2/87, s. 231-238

64. Luzi, G., Pieraccini, M., Mecatti, D., Noferini, L., Macaluso, G.,Tamburini, A., Atzeni, C., 2007.

Monitoring of an Alpine Glacier by Means of Ground-Based SAR Interferometry, IEEE, Geoscience and

Remote Sensing Letters, vol. 4 (3), s. 495–499

65. Mikrut S., Marmol U., ędkowski K., 2006. Generowanie NMT i NMPT obszarów z pokrywa roślinną na

podstawie danych lidarowych, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, vol. 16, Stare abłonki

66. Monserrat O., Moya J., Luzi G., Crosetto M., Gili J. A., Corominas J., 2013. Non-interferometric GB-SAR

measurement: application to the Vallcebre landslide (eastern Pyrenees, Spain), Natural Hazards and Earth

System Sciences, vol. 13, no. 7, s. 1873-1887

67. Mrozik M., Sierant J., 2009. Zalety gwoździowania skarp w połączeniu z oblicowaniem elastycznym, na

przykładzie dużych inwestycji drogowych – obwodnicy miejscowości Lubie w ciągu drogi S-7 oraz

obwodnicy Grodźca Śląskiego w ciągu drogi S-1, [w:] Problematyka osuwisk w budownictwie

komunikacyjnym, Zeszyty Naukowo-Techniczne Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Komunikacji

Rzeczpospolitej Polskiej, Oddział w Krakowie, Materiały konferencyjne, nr 88, zeszyt 144, Kraków

68. National Cooperative Highway Research Program, 2012. Assesing the Long-Term Performance of

Mechanicaly Stabilized Earth Walls, Transportation Research Board, Waszyngton

69. NYC Buildings, Castle Village Retaining Wall Collapse, Board of Inquiry Report, April 2007 r. dostępny

pod adresem: http://www.nyc.gov/html/dob/downloads/pdf/castle_village_report.pdf

70. Pieraccini M., Tarchi D., Rudolf H., Leva D., Luzi G., Bartoli G., Atzeni C., 2000. Structural Static Testing

by Interferometric Synthetic Radar, NDT & E International, Vol. 33, s. 565-570

71. Pieraccini M., Luzi G., Atzeni C. 2001. Terrain Mapping by Ground-Based Interferometric Radar, IEEE

Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 39, No. 10, s. 2176-2181

72. Pisarczyk S., 2012. Fundamentowanie dla inżynierów budownictwa wodnego, Oficyna Wydawnicza

Politechniki Warszawskiej, Warszawa

73. Preweda E., 2002. Estymacja parametrów kinematycznego modelu przemieszcze , Rozprawy monografie,

Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków

74. Preweda E., 2014, Geodezyjne modele kinematyczne, Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, Nr

II/2/2014, Polska Akademia Nauk, Kraków, s. 437–452

75. Prószy ski W., Kwaśniak M. 2006. Podstawy geodezyjnego wyznaczania przemieszcze . Pojęcia i

elementy metodyki, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa

http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-journal-0867-3179-reports_on_geodesy

Bibliografia

141

76. Puniach E., Sukta O., Kuras P., 2013. A Comparison of the Ground-Based Radar Interferometry, Surveying

Methods and Accelerometers on the Example of the Steel Bridge Measurement, [w:] Conference

proceedings SGEM2013: GeoConference on Informatics, geoinformatics and remote sensing,

vol. 2, Geodesy and mine surveying; Photogrammetry and remote sensing, Albena

77. Pyka K., Rzonca A., 2006. adanie jakości radiometrycznej ortofotogramów sporządzonych na drodze

integracji fotogrametrii bliskiego zasięgu i skaningu laserowego, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii

i Teledetekcji, vol. 16, Stare abłonki

78. Rossi ski . (red.), 1976. Fundamenty – projektowanie i wykonawstwo, Arkady, Warszawa

79. Skłodowski M., 2009. Współczesny monitoring obiektów budowlanych, Przegląd udowlany nr 3, s. 37-46

80. Rödelsperger S., 2011. Real-Time Processing of Ground Based Synthetic Aperture Radar (GBSAR)

Measurements. Schriftenreihe Fachrichtung Geodäsie, Heft 33, Fachbereich Bauingenieurwesen und

Geodäsie, Technische Universität Darmstadt

81. Salo P., Jokinen O., Kukko A., 2008. On the Calibration of the Distance Measuring Component of a

Terrestrial Laser Scanner, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial

Information Sciences, vol. XXXVII, part B5, s. 1067-1072

82. Sandri D., Silver G., Trazo R., 2000. Design, Construction, and Monitoring of a 14.9 m High Geosynthetic

Reinforced Segmental Retaining Wall in a Seismically Active Region, Proceedings of GeoDenver, August,

Denver, Colorado

83. Schulz T., 2007. Calibration of a Terrestrial Laser Scanner for Engineering Geodesy, Rozprawa doktorska,

ETH Zurich

84. Skolnik M.I., 2002. Introduction to Radar Systems. Third Edition, McGraw-Hill

85. Sobczyk Z., 2003. Funkcja automatycznego naprowadzania na cel w tachymetrach elektronicznych,

Geodezja, vol. 9

86. Soudarissanane S., van Ree J., Bucksch A., Lindenbergh R., 2007. Error budget of terrestrial laser

scanning: influence of the incidence angle on the scan quality, Proceedings 3DNordOst, Berlin

87. Staiger R., 2011. 10 Years of Terrestrial Laser Scanning - Technology, Systems and Applications 88. http://cyberleninka.ru/article/n/10-years-of-terrestrial-laser-scanning-technology-systems-and-applications

89. Suchocki Cz., 2009. Zastosowanie skanera naziemnego w monitorowaniu brzegów klifowych, Rocznik

Ochrony Środowiska, tom 11, s. 715-725

90. Sukta O., Wiącek A., 2010. adanie stałości punktów osnowy poziomej zapory Czorsztyn-Niedzica

metodami klasycznymi i GPS, Praca dyplomowa magisterska, promotor Adam ałut, Akademia Górniczo-

Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska

91. Szóstka ., 2000. Fale i anteny, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa

92. Tarchi D., Rudolf H., Pieraccini M., Atzeni C., 2000. Remote Monitoring of Buildings Using a Ground-

Based SAR: Application to Cultural Heritage Survey, Journal of remote Sensing, Vol. 21, No. 18, s. 3545-

3551

93. Tarchi D., Casagli N., Fanti R., Leva D.D., Luzi G., Pasuto A., Pieraccini M., Silvano S., 2003. Landslide

Monitoring by Using Ground-Based SAR Interferometry: an Example of Application to the Tessina

Landslide in Italy, Engineering Geology, Vol. 68, s. 15-30.

94. TPS – System 1000 User Manual, Leica Geosystems

95. Van Genechten B., Schueremans L., 2009. Laserscanning for heritage documentation, Widomości

konserwatorskie 26/2009

96. Voegtle T., Schwab I., Landes T., 2008. Influence of different materials on the measurements of terrestrial

laser scanner, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information

Sciences, vol. 37, part B5, Pekin

97. Vosselman G, Maas H.-G., 2010. Airborne and Terrestrial Laser Scanning, Whittles Publishing, Dunbeath

98. Wężyk P., 2006. Wprowadzenie do technologii skaningu laserowego w leśnictwie, Roczniki Geomatyki

2006, tom IV, zeszyt 4

99. Wężyk P., 2010. Naziemny skaning laserowy, W: Teledetekcja i fotogrametria obszarów leśnych.

Geomatyka w Lasach Pa stwowych - cz. I podstawy, Centrum Informacyjne Lasów Pa stwowych,

Warszawa, s. 343-357

100. Wężyk P., 2014. Lotniczy i naziemny skaning laserowy w badaniach środowiska, Materiały wykładowe

dostępne pod adresem: http://www.mos.gov.pl/g2/big/2014_10/5_6_Piotr_Wezyk_Uniwersytet_Rolniczy_w_Krakowie.pdf

101. Wild T2002/T3000/Wild TC2002, Leica Geosystems

102. Wiłun Z., 2010. Zarys geotechniki, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa

103. Witakowski P., 2007. Zdalne monitorowanie obiektów budowlanych podczas budowy i eksploatacji,

Czasopismo Techniczne 1-Ś, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej

Bibliografia

142

104. Wolski B., 1996. Geodezyjna identyfikacja procesu deformacji podłoża gruntowego, Monografia 201, Seria

Inżynieria Sanitarna i Wodna, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Kraków

105. Wolski B., 2001. Pomiary geodezyjne w geotechnice, podręcznik dla studentów wyższych szkół

technicznych, Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki, Kraków

106. Wolski B., 2006, Monitoring metrologiczny obiektów geotechnicznych, Wydawnictwo Politechniki

Krakowskiej, Kraków

107. Wolski ., Kwiecie A., 2006. Monitoring uszkodzonych konstrukcji budowli zabytkowych, W: Problemy

odnowy staromiejskich zespołów zabytkowych, VII Konferencja Naukowo-Techniczna „REW-INŻ’2006”,

Kraków

108. Zaczek-Peplinska J., Pasik M., Popielski P., 2013. Geodezyjny monitoring obiektów w rejonie

oddziaływania budowy tuneli i głębokich wykopów – doświadczenia i wnioski, Architectura 12(2)

109. Zebker H.A., 1997. Atmospheric Artifacts in Interferometric SAR Surfaces Deformation and Topographic

Maps, Journal of Geophysical Resarch, vol. 102, no. 84, s. 7547-7563

Normy i instrukcje

110. PN-B 02481:1998. Geotechnika – Terminologia podstawowa, symbole literowe, jednostki miar

111. PN-B-03010:1983. Ściany oporowe – Obliczenia statyczne i projektowanie (wycofana)

112. PN-EN 1537:2013-11. Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Kotwy gruntowe

113. PN-EN 1538:2010. Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Ściany szczelinowe

114. PN-EN 1990:2004. Eurokod – Podstawy projektowania konstrukcji

115. PN-EN 1997-1:2008. Eurokod 7. Projektowanie geotechniczne. Część 1. Zasady ogólne

116. PN-EN 12063:2001. Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Ścianki szczelne

117. PN-EN 14475:2006. Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Grunt zbrojony

118. PN-EN 14490:2010. Wykonawstwo specjalnych robót geotechnicznych. Gwoździe gruntowe

119. PN-ISO 8930:1997. Podstawy projektowania i niezawodności konstrukcji budowlanych – Terminologia

120. Ministerstwo Środowiska, Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, 2008. Instrukcja

opracowania Mapy osuwiska i terenów zagrożonych ruchami masowymi w sakli 1:10 000, Pa stwowy

Instytut Geologiczny, Warszawa

121. Instytut Techniki Budowlanej, 2011. Ocena stateczności skarp i zboczy. Zasady wyboru zabezpiecze .

Instrukcje, Wytyczne, Poradniki 424/2011, Warszawa

Akty prawne

122. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane

123. Ustawa z dnia 3 lutego 1995 r. o ochronie gruntów rolnych i leśnych

124. Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska

125. Ustawa z dnia 18 kwietnia 2002 r. o stanie klęski żywiołowej 126. Ustawa z dnia 12 września 2002 r. o normalizacji

127. Ustawa z dnia 27 marca 2003 r. o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym

128. Ustawa z dnia 29 stycznia 2004 r. Prawo zamówie publicznych

129. Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i udownictwa z dn. 21 lutego 1995 w sprawie rodzaju

i zakresu opracowa geodezyjno-kartograficznych oraz czynności geodezyjnych obowiązujących

w budownictwie

130. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dn. 02.03.1999 w sprawie warunków

technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie

131. Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w sprawie warunków

technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie.

132. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 czerwca 2007 r. w sprawie informacji dotyczących ruchów

masowych ziemi.

133. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 10 grudnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie

warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

Materiały niepublikowane

134. Projekt MP-07, 2003. Projekt wykonawczy – aktualizacja, MP-07 Mur oporowy nr 07, Przebudowa drogi

krajowej nr 7 Kraków – Chyżne na drogę ekspresową S7 odcinek Myślenice Pcim, Krakowskie iuro

Projektów Dróg i Mostów Transprojekt Sp. z o.o., Własność Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych

i Autostrad, Oddział w Krakowie

135. Projekt GZ, 2006. Projekt zamienny, M8. Mury oporowe w ciągu drogi ekspresowej S7/M8, udowa

obwodnicy miejscowości Lubie w ciągu drogi ekspresowej S7 Kraków – Rabka, Krakowskie Biuro

Bibliografia

143

Projektów Drógi Mostów Transprojekt Sp. z o.o.,Własność Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych

i Autostrad, Oddział w Krakowie

136. Projekt RL2, 2007. Projekt wykonawczy – projekt zamienny, R.8. Mury oporowe – projekt zamienny muru

RL2, udowa obwodnicy miejscowości Lubie w ciągu drogi ekspresowej S7 Kraków – Rabka, Andrzej

Kulawik biuro inżynierskie, Własność Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad, Oddział

w Krakowie

137. Projekt R0, 2008. Projekt wykonawczy – projekt zamienny, R.8. Mury oporowe – projekt zamienny muru

R0, udowa obwodnicy miejscowości Lubie w ciągu drogi ekspresowej S7 Kraków – Rabka, Andrzej

Kulawik biuro inżynierskie, Własność Generalnej Dyrekcji Dróg Krajowych i Autostrad, Oddział

w Krakowie

Źródła internetowe:

[I1] Strona Głównego Urzędu Geodezji i Kartografii – projekt ISOK (maj 2015) http://www.gugik.gov.pl/projekty/isok

[I2] Strona Pa stwowego Instytutu Geologicznego – projekt SOPO (listopad 2013) http://geoportal.pgi.gov.pl/portal/page/portal/SOPO

[I3] Strona rządowego projektu ISOK (maj 2015) http://www.isok.gov.pl/pl/

[I4] Strona NASA – projekt Geoscience Laser Altimeter System (kwiecie 2015) http://attic.gsfc.nasa.gov/glas/

[I5] Dokumentacja programu CloudCompare (maj 2015) http://www.cloudcompare.org/doc/wiki/index.php?title=Main_Page

[I6] Strona twórców programu msh2wrl (stycze 2015) http://k154.fsv.cvut.cz/~koska/software/msh2wrl/msh2wrl.php

[I7] Strona firmy TITAN POLSKA (listopad 2013) http://www.titan.com.pl/geotechnika.html

[I8] Strona „Katalogu Inżyniera” (listopad 2013) http://www.kataloginzyniera.pl/produkty/18248/Zerdz_systemu_TITAN_127_111.html

[I9] Strona firmy MTE (maj 2015) http://www.mte85.com/MTE-Consultants-Inc.htm

[I10] Strona firmy Strainstall (maj 2015) http://strainstallmalaysiacommy.14-2.a01.co.uk/retaining_wall_monitoring.html

[I11] Strona firmy Leica Geosystems Polska (maj 2015) http://www.leica-geosystems.pl/pl/index.htm

[I12] Strona Advanced Highway Maintenance & Construction Technology Research Center (kwiecie 2015) http://www.ahmct.ucdavis.edu

Źródła internetowe dotyczące awarii i uszkodzeń ścian oporowych (aktualność: stycze 2014):

[I13] Strona prof. D. Petleya z Uniwersytetu w Durham (Wielka Brytania) http://blogs.agu.org/landslideblog/2012/03/28/retaining-wall-failure-in-austria-and-large-scale-wash-outs-in-new-zealand/

[I14] http://blogs.agu.org/landslideblog/2010/01/26/the-san-antonio-retaining-wall-collapse-did-the-developer-have-a-

permit/

[I15] http://blogs.agu.org/landslideblog/2013/01/03/greater-clarity-and-some-controversial-media-statements-about-the-

bukit-setiawangsa-landslide-in-malaysia/ [I16] http://blogs.agu.org/landslideblog/2012/07/17/a-landslide-closes-a-famous-hotel-in-india/

[I17] Wiadomości internetowe dziennika The New York Times http://www.nytimes.com/2005/05/13/nyregion/13retain.html?pagewanted=all&_r=0

[I18] Wiadomości internetowe dziennika Daily Mail – Mail Online http://www.dailymail.co.uk/news/article-2204426/Terrifying-typhoon-hits-South-Korea-100mph-winds-strong-rocks-sent-

flying-air.html

[I19] http://www.dailymail.co.uk/news/article-1367404/Landslide-shuts-Californian-Highway-1-big-chunk-falls-sea.html

[I20] Wiadomości internetowe BBC http://www.bbc.co.uk/news/uk-northern-ireland-foyle-west-16213558

[I21] http://www.bbc.co.uk/news/uk-northern-ireland-16233330

[I22] http://www.bbc.co.uk/news/uk-northern-ireland-foyle-west-16242188

[I23] Strona encyklopedii on-line InspectAPedia http://inspectapedia.com/exterior/Retaining_Wall_Damage.php

[I24] Album użytkownika Virgo Czeladź https://picasaweb.google.com/110025725240281680810/ZawalenieMuruOporowegoPrzyKoscieleSwStanisAwa

[I25] Strona miasta Czeladź http://czeladz.org.pl/wiadomosci,0,2058,0,zawali__si__mur_oporowy_przy_ko_ciele__w_stanis_awa_bm.html

[I26] http://czeladz.org.pl/wiadomosci,0,2452,45,archiwum.html

Bibliografia

144

[I27] Internetowy portal pogodowy TVN Meteo http://tvnmeteo.tvn24.pl/archiwum-2012-03-20,1/ziemia-zsunela-sie-ze-zbocza-tyrolu-betonowy-mur-zgniotl-

tira,39046,0.html

[I28] Serwis informacyjny The Star Online http://www.thestar.com.my/story.aspx/?file=%2f2012%2f12%2f30%2fnation%2f12518441&sec=nation

[I29] Serwis informacyjny fz.com http://www.fz.com/content/cliffhanger-setiawangsa

[I30] Wiadomości internetowe HP – Hill Post – News & Views from Northern Hills of India http://hillpost.in/2012/06/sliding-zone-near-himachal-high-court-threatens-oberoi-clarkes-hotel/46073/

[I31] Serwis informacyjny KSL.com http://www.ksl.com/?sid=10778140

[I32] Serwis informacyjny Deseret News http://www.deseretnews.com/article/700032539/Owner-of-fallen-North-Salt-Lake-backyard-is-victim-attorney-

says.html?pg=all

[I33] Strona prywatna Random Thoughts http://up2randomthoughts.wordpress.com/tag/retaining-wall-collapse/

[I34] Serwis informacyjny The Baltimore Sun http://www.baltimoresun.com/explore/howard/news/ph-ho-cf-flooding-thursday-0915-20110908,0,2702891.story

[I35] Serwis informacyjny Pennine Waterways http://www.penninewaterways.co.uk/news/news2008a.htm

[I36] Serwis informacyjny o ścianach oporowych RetainingWallExpert.com http://retainingwallexpert.com/artman2/publish/Wall_Failures/Retaining_Wall_Failure_and_Rebuild_6041.shtml

[I37] Rządowy serwis informacyjny Washington State Department of Transportation http://www.wsdot.wa.gov/Projects/SR169/CedarRiverFloodRepairs/Photos

[I38] Strona firmy New Mexico Dirtbags http://www.nmdirtbags.com/erosion.html

[I39] Internetowe czasopismo SKYlines, nr 4 (14)/2013 r. http://skylinerestoration.com/skylines/skylines.skylinerestoration.com/Skylines_Engineers_Corner__Keep_Retaining_Walls_

From_Tumblin_Down.html

Spis rysunków

145

Rys. 2.1. Zabezpieczenie podstawy stoku za pomocą muru oporowego (Pisarczyk, 2012)

Rys. 2.2. Przykłady typowych murów oporowych masywnych (Pisarczyk, 2012)

Rys. 2.3. Przykłady murów oporowych masywnych z elementami odciążającymi (Pisarczyk, 2012)

Rys. 2.4. Przykłady murów oporowych płytowo-kątowych. (Pisarczyk, 2012)

Rys. 2.5. Klasyczny grunt zbrojony (Pisarczyk, 2012)

Rys. 2.6. Ustawianie gabionów przy skarpie (Pisarczyk, 2012)

Rys. 2.7. Schematy kotew gruntowych iniekcyjnych: a) kotwa czynna, b) kotwa bierna (Pisarczyk, 2012)

Rys. 2.8. Technika umacniania gruntu gwoździami TITAN: a) wiercenie i iniekcja, b) żerdź wiertnicza [I7, I8]

Rys. 2.9. Rodzaje parcia gruntu (PN-B-03010:1983)

Rys. 2.10. Przykłady utraty ogólnej stateczności konstrukcji oporowych (PN-EN 1997-1:2008)

Rys. 2.11. Przykład utraty stateczności pionowej ściany zagłębionej (PN-EN 1997-1:2008)

Rys. 2.12. Przykłady zniszczenia ścian oporowych (PN-EN 1997-1:2008)

Rys. 2.13. Przykłady awarii ścian oporowych (Pisarczyk, 2012)

Rys. 2.14. Sposoby wzmacniania uszkodzonego muru oporowego (Kwiecień i in., 2011)

Rys. 2.15. Mur oporowy przy drodze z widocznymi pęknięciami

Rys. 2.16. Ciężarówka przygnieciona przez mur oporowy i gruz na autostradzie w pobliżu Innsbrucka [I27]

Rys. 2.17. Zawalony mur oporowy przy zabytkowym kościele w Czeladzi (fot. Krzysztof Paliga) [I24]

Rys. 2.18. Zawalony mur na Górnym Manhattanie, który umacniał zabudowany taras (NYC Buildings, 2007)

Rys. 2.19. Przemieszczenia ściany na Manhattanie w okresie monitorowania [628]

Rys. 2.20. Mur pękający powyżej otworu spustowego [I23]

Rys. 2.21. Zawalony mur oporowy po tajfunie Sanba w Korei Południowej [I18]

Rys. 2.22. Awaria muru oporowego i osunięcie ziemi w San Antonio [I14]

Rys. 2.23. Uszkodzenie muru w mieście Shimla spowodowane prawdopodobnie przez roboty budowlane [I16, I30]

Rys. 2.24. Zawalony mur oporowy w Kuala Lumpur [I28, I15, I29]

Rys. 2.25. Zawalone dwie ściany oporowe w Londonerry [I20, I21, I22]

Rys. 2.26. Zawalony mur oporowy w North Salt Lake City [I30, I31]

Rys. 2.27. Zawalony mur zabezpieczający kościół w Ellicott City [I33, I34]

Rys. 2.28. Zawalony mur oporowy nad kanałem Macclesfield [I35]

Rys. 2.29. Częściowe zawalenie muru w Zanesville [I36]

Rys. 2.30. Zniszczenie infrastruktury drogowej w Renton [I37]

Rys. 2.31. Zniszczenie fragmentu drogi Californian Highway 1 [I38, I19]

Rys. 3.1. Dokładność (a) i precyzja (b) pomiaru TLS w zależności od kąta padania wiązki i odległości od szarej

………....powierzchni (Schulz, 2007)

Rys. 3.2. Tarcze HDS firmy Leica w trakcie pomiaru klasycznego

Rys. 3.3. Baza i tarcze testowe (Salo i in., 2008)

Rys. 3.4. Przemieszczenia wyznaczone na podstawie surowych danych (z lewej) oraz na danych uśrednionych

………....z najbliższych sąsiadów (z prawej) dla przemieszczeń: a) 5 mm, b) 10 mm, c) 15 mm, d) 20 mm,

………....e) 25 mm (Abellan i in., 2009)

Rys. 3.5. Wyznaczenie przemieszczeń skalnej ściany z dwóch sesji pomiarowych (III 2007 i IV 2007);

………....skala barw: niebieski – 0 m, czerwony – 1,5 m (Abellan i in., 2009)

Rys. 3.6. Wykrywanie przemieszczeń symulowanych sztucznymi elementami (Lindenbergh i in. 2009)

Rys. 3.7. Prototyp systemu ORTHOS PLUS (Chmelina i in., 2012)

Rys. 3.8. Obiekty znajdujące się w odległości D: a) mniejszej niż ΔR – jeden odbity sygnał obejmuje dwa

………....obiekty, b) większej niż ΔR – dwa odbite sygnały pochodzą od dwóch obiektów (Gocał i in., 2013)

Rys. 3.9. Obrazowanie GBSAR (Dei i in., 2009; Kuras, 2012)

Rys. 3.10. Rozdzielczość odległościowa i rozdzielczość azymutalna systemu GBSAR (Pieraccini i in., 2001;

……….....Kuras, 2012; Gocał i in., 2013)

Rys. 3.11. System IBIS-L w trakcie pracy

Rys. 3.12. Charakterystyki anten według IDS (2010b), zgodne z raportem ECC (2007): a) IBIS-ANT1 –

……….....elewacyjna, b) IBIS-ANT1 – azymutalna, c) IBIS-ANT4 – elewacyjna, d) IBIS-ANT4 – azymutalna

Rys. 3.13. Realizacja anteny syntetyzowanej: a) rozpiętość anteny, b) szerokość wiązki (Czekała, 1999;

……….....Gocał i in., 2013)

Rys. 3.14. Radar IBIS-L w trakcie pomiaru (a) oraz przemieszczenia punktów wybranych do obserwacji (b)

……….....(Alba i in., 2008)

Rys. 3.15. System TenCate GeoDetect bazujący na czujnikach światłowodowych: a) komponenty systemu,

……….....b) monitoring ściany oporowej (Koerner i Koerner, 2011)

Rys. 3.16. System AscTec (a), parametry przeprowadzonego nalotu (b), plan nalotu z punktami wiążącymi (c)

………..... (Hallermann i in., 2014))

Rys. 3.17. Model TIN stworzony na podstawie zdjęć (Hallermann i in., 2014)

Spis rysunków

146

Rys. 3.18. Porównanie wyników dwóch pomiarów; skala barw:

……….....kolor niebieski (-15 cm) ÷ kolor czerwony (+15 cm) (Hallermann i in., 2014)

Rys. 4.1. Ściana oporowa przy drodze zbiorczej – obiekt Mce

Rys. 4.2. Przekrój przez obiekt Mce (a) i pojedynczy kotwiony segment (b) (Projekt MP-07, 2003)

Rys. 4.3. Szkic sieci kontrolnej z elipsami błędów

Rys. 4.4. Sposób znakowania punktów wcinanych: a) tarcza celownicza, b) znakowanie laserem

Rys. 4.5. Obiekt pomiarowy z zaznaczonymi punktami pomiarowymi

Rys. 4.6. Instrumenty w trakcie pomiaru Mce1

Rys. 4.7. Szkic lokalizacji stanowisk instrumentu sygnalizującego punkty laserem; L – stanowiska lasera

Rys. 4.8. Szkic geometrii wcięć punktów skrajnych

Rys. 4.9. Szkic rozmieszczenia reperów na obiekcie Mce

Rys. 4.10. Przemieszczenia poziome punktów znakowanych tarczami celowniczymi pomiędzy pomiarami 1 i 2 –

………….dla każdego punktu podana jest wartość wypadkowa poziomego wektora przemieszczeń













Rys. 4.21. Wydłużenia i ścinanie w pierwszej epoce pomiarowej (1-2)

Rys. 4.22. Wydłużenia i ścinanie w drugiej epoce pomiarowej (2-3)

Rys. 4.23. Zespół ścian oporowych Lub

Rys. 4.24. Fragmenty zespołu ścian oporowych Lub podlegające pomiarowi

Rys. 4.25. Przekrój przez obiekt Lub obejmujący ścianę 1 i 2 (Projekt RL2, 2007)

Rys. 4.26. Przekrój przez grunt zbrojony ściany 2 (Projekt GZ, 2006)

Rys. 4.27. Lokalizacja punktów sieci względem ścian oporowych oraz otoczenia

Rys. 4.28. Punkt sieci kontrolnej stabilizowany prętem zbrojeniowym z nawierconym centrem

Rys. 4.29. Sesja GPS na punktach 5001 i 5004 – obiekt Lub w tle Rys. 4.30. Tarcze celownicze na otulinie żelbetowej ściany 1 po przeciwnych stronach szczeliny dylatacyjnej



Rys. 4.33. Tarcze celownicze na okładzinie gruntu zbrojonego



Rys. 4.36. Szkic pomiaru sieci




Rys. 4.40. Przemieszczenia poziome tarcz celowniczych na ścianie 1 pomiędzy seriami pomiarowymi 1 i 2

Rys. 4.41. Przemieszczenia poziome tarcz celowniczych na ścianie 2.1 pomiędzy seriami pomiarowymi 1 i 2

Rys. 4.42. Przemieszczenia poziome tarcz celowniczych na ścianie 2.2 i 2.3 pomiędzy seriami pomiarowymi 1 i 2



Rys. 4.45. Przemieszczenia punktów na okładzinie gruntu zbrojonego






Rys. 5.1. Szkic lokalizacji stanowisk skanera i tarcz HDS – obiekt Mce

Rys. 5.2. Szkic lokalizacji stanowisk skanera i tarcz HDS – obiekt Lub

Rys. 5.3. Chmura punktów (a) oraz fotografia (b) fragmentu ściany oporowej Mce

Spis rysunków

147

Rys. 5.4. Folie dalmiercze zeskanowane w trakcie pomiaru: a) prawidłowo, b) nieprawidłowo

Rys. 5.5. Zasada wyznaczenia odległości punkt-punkt w programie CloudCompare [I5]

Rys. 5.6. Zasada wyznaczenia odległości w programie CloudCompare z wykorzystaniem funkcji lokalnego

…………modelowania [I5]

Rys. 5.7. Przemieszczenia obiektu Mce w epoce 1-2 w zakresach: a) -5÷-3 mm, b) -3÷0 mm, c) 0÷3 mm,

…………d) 3÷5 mm; skala barw – od koloru niebieskiego odpowiadającego najmniejszej wartości do

…………czerwonego odpowiadającego największej wartości danego zakresu


…………a) 2 cm, b) 5 cm, c) 10 cm; zakres przemieszczeń 0÷3 mm (kolor niebieski÷czerwony)


…………a) 2 cm, b) 5 cm, c) 10 cm; zakres przemieszczeń 3÷5 mm (kolor niebieski÷czerwony)

Rys. 5.10. Przemieszczenia obiektu Mce w epoce 1-3 po zastosowaniu siatki grid: a) 2 cm, b) 5 cm, c) 10 cm;

………….zakres przemieszczeń: u góry 0÷3 mm (kolor niebieski÷czerwony), u dołu 3÷5 mm (kolor

………….niebieski÷czerwony)

Rys. 5.11. Kolejne kroki w analizie przemieszczeń obiektu Mce w epoce 1-3; zakres przemieszczeń:

………….a) -5÷-3 mm, b) -3÷0 mm, c) 0÷3 mm, d) 3÷5 mm, e) -3÷4 mm; skala barw: niebieski÷czerwony


Rys. 5.13. Powiększenie środkowego fragmentu ściany Mce; przemieszczenia w epoce pomiarowej 1-2,

………….w zakresie -3÷3 mm

Rys. 5.14. Histogram przemieszczeń ściany Mce w epoce pomiarowej 1-2 Rys. 5.15. Przemieszczenia ściany Mce w epoce pomiarowej 2-3, w zakresie -3÷3 mm

Rys. 5.16. Histogram przemieszczeń ściany Mce w epoce pomiarowej 2-3 Rys. 5.17. Przemieszczenia ściany Mce w epoce pomiarowej 1-3, w zakresie -3÷4 mm






Rys. 5.23. Powiększony fragment ściany 2 obiektu Lub w epoce pomiarowej 1-2, w zakresie 0÷5 mm

Rys. 5.24. Przemieszczenia ścian 1 i 2 obiektu Lub w epoce pomiarowej 1-2, w zakresie 0÷5 mm





Rys. 5.29. Przemieszczenia obiektu Mce w epoce 1-2: po zastosowaniu funkcji grid o oczku 5 cm (a, d), po

…………. rozrzedzeniu chmury do odstępu 5 cm między punktami (b, e); zakres przemieszczeń -5÷5 mm: a-c,

………..... zakres przemieszczeń 0÷3 mm: d, e

Rys. 5.30. Imitacja przemieszczenia spowodowana zamalowaniem niecenzuralnego napisu na ścianie



Rys. 5.33. Fragment siatki TIN tworzonej dla ok. 500 000 punktów w programie Cyclone

Rys. 5.34. Fragment przekroju A opracowany w programie Cyclone przez siatkę TIN z programu CloudCompare

Rys. 5.35. Fragment przekroju A wykonany w programie Cyclone przez siatkę TIN utworzoną w programie

…………. Cyclone na grupie liczącej mniej niż 500 000 punktów

Rys. 5.36. Fragment przekroju B wykonany na dwa sposoby – poprzez wybór części punktów przez program

Cyclone (kolor żółty) oraz włączenie wszystkich punktów do triangulacji (kolor zielony) Rys. 5.37. Model wykonany w Cyclone przed zastosowaniem narzędzia unify: a) TIN, B) TIN i chmura

Rys. 5.38. Model wykonany w Cyclone po zastosowaniu narzędzia unify: a) TIN, B) TIN i chmura

Rys. 5.39. Fragment przekroju nr 2 z pomiaru Mce1 przed obróbką danych

Rys. 5.40. Fragment przekroju nr 2 (Mce1) przed (czarny) i po (czerwony) zastosowaniu średniej kroczącej



Rys. 5.43. Przekrój przez ścianę 1w linii punktów 047-049 (B4); Lub1 – czarny, Lub2 – czerwony

Rys. 5.44. Przekrój przez ścianę 1 w linii punktów 137-139 (B13); Lub1 – czarny, Lub2 – czerwony

Rys. 5.45. Fragment przekroju przez okładziny zewnętrzne gruntu zbrojonego (okolice punktu 209)

Rys. 6.1. Przedstawienie rozdzielczości odległościowej ΔR i rozdzielczości azymutalnej ΔA

…………w odniesieniu do ściany oporowej: a) widok z góry, b) widok z boku

Rys. 6.2. Chmura punktów przedstawiająca ścianę obserwowaną techniką GB-SAR z zaznaczonym zakresem:

…………a) pojedynczego przedziału ΔR, b) pojedynczego piksela ΔR × ΔA

Spis rysunków

148

Rys. 6.4. Przemieszczenia jednostki radarowej wyznaczone na podstawie obserwacji geodezyjnych

Rys. 6.5. Wpływ przemieszczenia stanowiska radaru na wartości przemieszczeń pozornych punktów ściany

Rys. 6.6. Przemieszczenia pozorne punktów ściany [mm]

Rys. 6.7. Parametry charakteryzujące właściwości pikseli reprezentujących obserwowaną przestrzeń:

…………a) termiczny SNR [dB], b) estymowany SNR [dB], c) spójność czasowa, d) zgodność fazowa [mm],

…………przy czym maksymalna zgodność fazowa wynosi λ/4 = 4,36 mm

Rys. 6.8. Zakres obiektu obserwowany przez radar oraz miejsce montażu reflektora radarowego

Rys. 6.9. Zmienność warunków atmosferycznych podczas pierwszej sesji obserwacyjnej: a) temperatury,

…………b) ciśnienia, c) wilgotności względnej; d) teoretyczne przemieszczenie punktu w odległości 25 m,

…………wynikające ze zmienności warunków atmosferycznych

Rys. 6.10. Zarejestrowane przemieszczenia wybranych pikseli: a) bez uwzględnienia korekty atmosferycznej,

………….b) z uwzględnieniem korekty atmosferycznej

Rys. 6.11. Wartości termicznego SNR uzyskane podczas: a) pierwszej, b) drugiej sesji pomiarowej

Rys. 6.12. Wybór pikseli w lokalnych maksimach termicznego SNR

Rys. 6.13. Histogram wartości różnic faz dla wybranych pikseli

Rys. 6.14. Wartości różnic fazy uzyskane dla punktów reprezentujących ścianę w układzie radaru xy

Rys. 6.15. Wpływ przemieszczenia stanowiska, przemieszczenia ściany

………….oraz zmian atmosfery na rejestrowaną wartość fazy

Rys. 6.16. Zależności geometryczne między układem lokalnym XYZ a układem radaru xy:

………….a) widok z boku, b) widok z góry

Rys. 6.17. Histogramy wartości: a) dS, b) da, c) dSc, d) dY

Rys. 6.18. Sposób przeliczenia obserwowanych wartości przemieszczeńna składowe prostopadłe do powierzchni

………….ściany

Rys. 6.19. Wartości składowej dY przemieszczeń punktów ściany przedstawione na płaszczyźnie: a) xy, b) XZ

Rys. 6.20. Rozkład wartości dY w zależności od współrzędnej X (długości ściany oporowej)

Rys. 6.21. Zakres obserwacji radarowych przedstawiony na obrazie przemieszczeń ze skanowania laserowego

Rys. 6.22. Wartości składowej dY przemieszczeń punktów ściany po ograniczeniu liczby pikseli

Rys. 6.23. Rozkład wartości dY w zależności od współrzędnej X po ograniczeniu liczby pikseli

Spis tabel, spis załączników

149

Tab. 3.1. Charakterystyka systemu IBIS (ETSI, 2006; Gocał i in., 2013)

Tab. 4.1. Specyfikacja sprzętowa (na podstawie danych technicznych instrumentów) [I11]

Tab. 4.2. Wyniki wyrównania sieci Mce

Tab. 4.3. Przemieszczenia punktów będących początkami lokalnych układów współrzędnych i obroty brył oraz

………...ich błędy w epoce 1-2

Tab. 4.4. Przemieszczenia punktów będących początkami lokalnych układów współrzędnych i obroty brył oraz

………...ich błędy w epoce 2-3

Tab. 4.5. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w pierwszej epoce pomiarowej (1-2)

Tab. 4.6. Wydłużenia i ścinanie wyznaczone w pierwszej epoce pomiarowej (1-2) wraz z błędami

Tab. 4.7. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w drugiej epoce pomiarowej (2-3)

Tab. 4.8. Wydłużenia i ścinanie wyznaczone w drugiej epoce pomiarowej (2-3) wraz z błędami

Tab. 4.9. Wyniki wyrównania sieci z pierwszego pomiaru

Tab. 4.10. Wyniki wyrównania sieci z drugiego pomiaru

Tab. 4.11. Wyniki wyrównania sieci z trzeciego pomiaru




Tab. 4.15. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w pierwszej epoce (1-2)

Tab. 4.16. Wydłużenia i ścinanie wyznaczone dla bloku B12 w epoce pomiarowej 1-2

Tab. 4.17. Sprawdzenie warunku bryły sztywnej w drugiej epoce (2-3)

Tab. 5.1. Błędy poziome tarcz HDS

Tab. 5.2. Różnice wysokości tarcz HDS wyznaczone z wcięć kątowych

Tab. 5.3. Wyniki łączenia chmur punktów obiektów Mce i Lub

Tab. 5.4. Wyniki analizy dokładności skanowania dla sesji pomiarowej Mce2

Tab. 5.5. Wyniki analizy dokładności skanowania dla sesji pomiarowej Lub1

Tab. 5.6. Częściowe podsumowanie analizy dokładności skanowania

Tab. 5.7. Zestawienie wyników analizy przemieszczeń obiektu Mce

Tab. 5.8. Porównanie wartości przemieszczeń otrzymanych ze skanowania i pomiarów klasycznych (Mce)

Tab. 5.9. Porównanie wartości przemieszczeń otrzymanych ze skanowania i pomiarów klasycznych (Lub)

Tab. 6.1. Zależność między odległością D radaru od ściany a obserwowanym fragmentem ściany

…………(LHPBW i LOTPBW)

Tab. 6.2. Wpływ parametrów charakteryzujących odbicia na błąd wyznaczenia przemieszczenia

…………(Rödelsperger, 2011)

Tab. 6.3. Charakterystyka pikseli wybranych do określenia wpływu warunków atmosferycznych

Tab. 6.4. Charakterystyki 5 przykładowych (spośród 314) pikseli wybranych do analizy

Tab. 6.5. Przemieszczenia 5 przykładowych (spośród 314) pikseli oraz ich wartości średnie

Zał. 1. Szkic rozmieszczenia punktów na obiekcie Mce wraz z numeracją

Zał. 2. Przemieszczenia punktów znakowanych tarczami celowniczymi na obiekcie Mce

Zał. 3. Szkic rozmieszczenia punktów na ścianie 1 obiektu Lub wraz z numeracją

Zał. 4. Szkic rozmieszczenia punktów na ścianie 2 obiektu Lub wraz z numeracją

Zał. 5. Przemieszczenia punktów znakowanych tarczami celowniczych na obiekcie Lub

Zał. 6. Pełna analiza dokładności skanowania

Zał. 7. Zestawienie wyników przemieszczeń obiektu Mce z różnych metod pomiarów

Zał. 8. Zestawienie wyników przemieszczeń obiektu Lub z różnych metod pomiarów

Załącznik 1 – Szkic rozmieszczenia punktów na obiekcie Mce wraz z numeracją

150

Załącznik 2 – Przemieszczenia punktów znakowanych tarczami celowniczymi na obiekcie Mce

151

Epoka pom. 1-2 Epoka pom. 2-3 Epoka pom. 1-3

Bloki Nr ΔX

[mm]

ΔY

[mm]

ΔZ

[mm] Nr

ΔX

[mm]

ΔY

[mm]

ΔZ

[mm] Nr

ΔX

[mm]

ΔY

[mm]

ΔZ

[mm]

B2

101 -2,2 -1,9 -0,2 101 -0,5 -0,3 0,2 101 -2,7 -2,2 0,0

102 1,7 -1,2 0,5 102 -0,7 0,2 -0,1 102 1,0 -1,0 0,4

103 1,3 -0,6 -0,1 103 -0,3 -0,5 -0,1 103 1,0 -1,1 -0,2

B3

104 Zniszczona

104

104

105 Zniszczona

105

105

106 3,5 -1,1 -0,1 106 -1,2 1,8 -0,1 106 2,3 0,6 -0,2

107 3,3 0,2 -1,1 107 -1,3 0,9 0,5 107 2,0 1,1 -0,6

B4

108 -0,2 0,3 -1,1 108 0,7 0,9 0,7 108 0,5 1,2 -0,4

109 -1,1 -0,7 0,0 109 0,6 1,4 -0,3 109 -0,4 0,7 -0,3

110 0,3 1,7 0,4 110 -0,6 0,3 -0,7 110 -0,3 2,1 -0,3

111 1,4 -1,4 0,4 111 -4,3 -0,2 -0,5 111 -2,9 -1,7 0,0

112 3,7 -2,8 0,5 112 -2,5 2,6 -0,4 112 1,3 -0,2 0,1

113 2,4 -0,6 -1,0 113 -1,8 0,8 0,2 113 0,5 0,2 -0,8

B5

114 -1,3 -0,5 -1,1 114 1,6 0,3 0,4 114 0,4 -0,2 -0,7

115 -1,7 -1,8 -0,1 115 2,2 1,5 0,0 115 0,5 -0,4 -0,1

116 1,2 -0,2 -0,7 116 -0,2 0,8 0,4 116 1,0 0,6 -0,2

117 1,1 -1,0 0,3 117 -0,1 1,7 -0,2 117 1,1 0,8 0,1

B6

118 -3,2 0,5 0,0 118 3,4 0,5 0,1 118 0,2 1,1 0,1

119 -2,3 0,6 -1,0 119 2,8 0,2 0,8 119 0,5 0,8 -0,2

120 1,9 -1,0 -0,3 120 -0,5 0,2 0,5 120 1,4 -0,8 0,2

Przemieszczenia punktów znakowanych laserem były wyznaczane tylko w kierunku osi Y i wszystkie ich war-

tości zostały podane na rysunkach w treści pracy.

Załącznik 3 – Szkic rozmieszczenia punktów na ścianie 1 obiektu Lub wraz z numeracją

152

Załącznik 4 – Szkic rozmieszczenia punktów na ścianie 2 obiektu Lub wraz z numeracją

153

Załącznik 5 – Przemieszczenia punktów znakowanych tarczami celowniczych na obiekcie Lub

154

Ściana 1

Epoka pom. 1-2 Epoka pom. 2-3 Epoka pom. 1-3

Nr ΔX

[mm]

ΔY

[mm]

ΔZ

[mm] Nr

ΔX

[mm]

ΔY

[mm]

ΔZ

[mm] Nr

ΔX

[mm]

ΔY

[mm]

ΔZ

[mm]

011 -1,1 2,7 -0,2

021 0,8 1,4 -0,1

022 0,4 1,5 0,0

031 0,1 1,6 0,0

032 -0,6 0,8 -0,4

033 -0,7 0,6 -0,1

034 0,2 0,3 -0,4

035 -0,4 0,0 -0,2

041 0,7 0,2 -0,2 041 0,5 0,6 -0,5 041 1,2 0,8 -0,7

042 0,3 0,1 -0,3 042 0,4 0,5 -0,3 042 0,7 0,6 -0,6

043 0,0 0,3 0,0 043 0,9 0,8 -0,3 043 0,9 1,1 -0,3

044 0,0 -0,1 -0,3 044 1,1 1,1 -0,3 044 1,1 1,0 -0,6

045 0,1 -0,3 0,0 045 1,2 1,0 -0,5 045 1,3 0,7 -0,4

046 0,2 0,2 -0,1 046 1,2 1,3 -0,3 046 1,4 1,5 -0,3

047 -0,8 -1,4 0,3 047 1,5 2,2 -0,7 047 0,7 0,8 -0,4

048 -0,3 -0,9 -0,1 048 1,4 1,9 -0,4 048 1,1 1,0 -0,6

049 0,4 0,2 0,0 049 Zniszczona 049

051 -0,1 -0,7 0,1 051 0,4 1,7 -0,7 051 0,3 1,0 -0,6

052 0,1 -0,4 0,0 052 0,7 2,2 -0,6 052 0,8 1,8 -0,7

053 -0,3 -0,9 0,0 053 Zniszczona 053

054 -0,3 -1,3 0,2 054 0,6 3,1 -1,0 054 0,3 1,8 -0,8

055 -0,3 -2,2 0,1 055 0,5 3,4 -0,5 055 0,2 1,2 -0,4

056 -0,4 -1,5 -0,1 056 0,2 2,4 -0,3 056 -0,2 0,9 -0,3

057 -0,4 0,6 -1,4 057 0,7 -0,1 0,6 057 0,3 0,5 -0,8

058 -0,1 -0,2 -0,4 058 0,6 0,3 -0,15 058 0,5 0,1 -0,5

059 -0,2 -0,2 -0,1

061 -0,2 -0,4 -0,9

062 -0,3 2,2 -1,2

063 0,4 -0,8 -0,4

064 -0,5 0,1 -1,1

065 -0,5 -0,4 -0,6

066 -0,1 -0,2 -0,2

067 -2,3 -1,2 -1,8

068 -1,5 -0,3 -0,4

069 -1,8 -0,5 -0,2

071 -1,1 -0,8 -0,6 071 1,7 0,5 0,4 071 0,6 -0,3 -0,2

072 -1,8 -0,6 -0,5 072 1,8 1,0 0,1 072 0,0 0,4 -0,5

073 -1,5 -0,4 -0,1 073 1,7 1,2 -0,4 073 0,2 0,8 -0,5

074 -1,6 -1,1 -0,9 074 2,3 1,2 0,2 074 0,7 0,1 -0,7

075 -2,1 -1,1 -0,7 075 2,8 1,9 0,0 075 0,7 0,8 -0,6

076 -2,2 -0,8 -0,3 076 1,9 1,3 -0,1 076 -0,3 0,5 -0,4

077 -2,3 -1,2 -0,6 077 2,7 1,5 0,1 077 0,4 0,3 -0,5

078 -2,1 -1,2 -0,8 078 2,4 2,0 0,1 078 0,3 0,8 -0,7

079 -2,3 -1,2 -0,5 079 Zniszczona 079

081 -1,3 -1,2 -0,7 081 0,9 1,6 0,0 081 -0,4 0,4 -0,8

082 -1,7 -1,8 -0,4 082 1,2 1,9 -0,1 082 -0,5 0,1 -0,5

083 -1,7 -2,0 -0,2 083 1,5 2,4 -0,2 083 -0,2 0,4 -0,5

084 -1,3 -3,3 0,3 084 1,7 3,7 -0,7 084 0,4 0,4 -0,4

085 -1,2 -2,1 -0,5 085 1,3 3,4 -0,2 085 0,1 1,3 -0,8

086 -1,7 -2,2 -0,4 086 1,5 2,6 0,0 086 -0,2 0,4 -0,4


155

087 -0,2 0,4 -0,7 087 0,7 1,5 0,1 087 0,5 1,9 -0,6

088 -0,3 -0,6 0,1 088 0,8 1,3 -0,5 088 0,5 0,7 -0,4

089 -0,5 -0,6 0,1 089 0,4 0,9 -0,4 089 -0,1 0,3 -0,2

091 -0,4 -0,5 -0,5

092 0,1 -0,4 -0,1

093 -0,2 -0,3 0,1

094 -0,1 -0,7 -0,3

095 -0,2 -0,6 -0,1

096 -0,3 -0,6 0,0

097 -0,5 -0,9 0,1

098 -0,9 -0,3 0,1

099 -0,5 -0,2 0,3

101 0,0 -0,4 -0,2

102 0,2 -0,4 -0,1

103 0,6 -0,8 0,4

104 -0,1 -0,5 -0,4

105 -0,3 -0,3 -0,2

106 -0,5 -0,6 0,0

107 -0,3 -0,5 -0,3

108 -0,9 -0,7 0,1

109 -0,3 -0,3 0,0

111 0,1 -0,9 -0,4

112 0,3 -0,3 0,0

113 1,1 0,1 0,2

114 0,0 -0,5 0,1

115 0,0 -0,4 0,0

116 0,1 0,2 0,2

117 -0,1 2,6 -0,9

118 -0,2 3,7 -0,5

119 0,0 -0,9 -0,2

121 0,4 3,4 -1,5 121 -1,0 -1,9 1,0 121 -0,6 1,5 -0,4

122 0,3 3,0 -0,9 122 -1,0 -1,5 0,3 122 -0,7 1,5 -0,5

123 0,7 -0,4 -0,2 123 -1,1 -0,7 -0,3 123 -0,4 -1,1 -0,5

124 -1,8 3,7 -1,2 124 0,9 -2,2 0,8 124 -0,9 1,5 -0,3

125 -2,1 4,4 -0,6 125 1,3 -1,9 0,2 125 -0,8 2,5 -0,4

126 -0,2 0,5 0,3 126 1,4 -1,8 -0,4 126 1,2 -1,3 -0,1

127 -2,9 1,9 -0,8 127 2,3 -0,7 0,2 127 -0,6 1,2 -0,5

128 -3,5 3,0 -0,7 128 3,1 -1,4 0,2 128 -0,4 1,6 -0,4

129 Zniszczona 129

129

131 -2,6 2,4 -0,9 131 1,8 -1,1 0,8 131 -0,8 1,3 0,0

132 -2,7 2,4 -0,6 132 1,6 -0,6 0,2 132 -1,1 1,8 -0,4

133 -0,8 0,8 -0,2 133 1,8 -0,9 -0,3 133 1,0 -0,1 -0,5

134 -3,2 1,7 -0,7 134 2,9 -0,5 0,3 134 -0,3 1,2 -0,4

135 -3,1 2,2 -0,7 135 2,4 -0,5 0,3 135 -0,7 1,7 -0,4

136 -0,9 0,4 0,0 136 2,2 -0,4 0,0 136 1,3 0,0 -0,1

137 -2,6 1,8 -0,8 137 2,7 -0,5 0,2 137 0,1 1,3 -0,6

138 -2,4 0,8 -0,2 138 2,4 0,3 -0,3 138 0,0 1,1 -0,6

139 -0,4 0,1 -0,2 139 2,7 0,4 -0,3 139 2,3 0,5 -0,5

141 -3,1 1,5 -0,7 141 2,9 0,0 0,3 141 -0,2 1,5 -0,4

142 -2,4 1,5 -0,4 142 2,1 0,0 0,0 142 -0,3 1,5 -0,4

143 -0,2 0,3 -0,1 143 1,8 0,0 -0,3 143 1,6 0,3 -0,4

144 -2,1 1,7 -0,2 144 2,1 -0,1 -0,1 144 0,0 1,6 -0,3

145 -1,3 1,0 -0,2 145 1,8 0,6 0,0 145 0,5 1,6 -0,3

146 0,6 0,4 -0,1 146 1,1 -0,1 -0,2 146 1,7 0,3 -0,3


156

147 -1,3 1,1 -0,7 147 1,6 0,1 0,2 147 0,3 1,2 -0,6

148 -1,3 0,7 0,3 148 1,5 1,0 -0,1 148 0,2 1,7 0,1

149 Zniszczona

151 -0,7 0,5 -0,6

152 -0,7 1,2 0,0

153 Zniszczona

154 1,1 -0,9 0,7

155 1,2 -1,0 0,5

156 Zniszczona

157 1,7 -0,8 0,4

158 1,6 -0,6 0,2

159 Zniszczona

161 1,2 -0,3 0,2

162 Zniszczona

163 2,0 0,6 0,1

164 zniszczona

165 1,9 0,3 0,2

166 Zniszczona

171 1,9 0,4 0,2

172 Zniszczona

173 1,4 0,5 0,1

174 Zniszczona

175 1,3 0,9 -0,3

181 Zniszczona

182 Zniszczona

Ściana 2

201 -1,2 0,6 -1,4

202 -1,4 -0,2 -0,5

203 -1,5 -0,4 -0,8

204 -0,8 0,4 -0,9

205 -1,3 0,5 -0,8

206 -1,3 0,1 -1,2

207 -1,4 0,2 -1,2

208 -1,4 1,2 -1,4

209 -1,0 1,0 -1,3

210 -1,6 1,8 -1,7

211 -1,2 1,6 0,2

212 -2,4 1,2 -1,6

213 -2,4 1,6 -1,9

214 -2,3 1,9 -1,9

215 -2,4 0,9 -1,7

221 0,4 -1,4 -0,4

222 1,5 1,1 -0,8

223 1,1 1,1 -0,3

224 0,8 -0,1 -0,7

225 0,8 -1,2 -0,1

226 0,8 0,0 -0,2

227 0,0 -1,6 0,0

228 0,4 -1,5 -0,1

229 0,2 -1,5 -0,4

230 0,8 -1,0 -0,5

231 0,5 -1,3 -0,1

232 0,1 -1,3 -0,2

233 0,6 -3,7 0,5


157

234 0,5 -2,4 0,2

235 -0,2 -2,1 0,0

236 0,0 -3,6 0,5

237 Zniszczona

238 -0,2 -2,1 0,1

239 0,0 -1,5 0,1

240 0,2 -1,3 0,2

241 Zniszczona

242 0,2 -1,7 0,2

244 0,0 -0,5 -0,2

245 0,4 -2,3 -0,4

246 0,8 -2,3 -0,4

247 0,6 -1,1 -0,5

248 0,0 -1,8 -0,6

249 0,1 -0,9 -0,4

250 -0,1 0,2 -0,2

251 -0,6 -1,7 0,1

252 -0,3 -0,7 -0,1

253 -0,9 0,0 -0,3

254 1,4 -1,1 0,0

255 1,6 -1,2 -0,1

256 2,0 -1,4 0,2

257 1,7 -0,9 -0,2

258 2,5 -1,1 0,0

259 2,1 -0,3 -0,2

260 2,0 -0,5 -0,2

261 2,3 0,1 -0,3

Załącznik 6 – Pełna analiza dokładności skanowania

158


Mce1*

punkty

znako-

wane

laserem

i foliami



Średnia odległość di [mm] 0,5 0,5 -0,1







*oDla Mce1 analizę wykonano bez rozdzielania na punkty znakowane foliami i laserem, gdyż folie naklejono na

obiekt dopiero po wykonaniu skanowania.


Mce2

punkty

znako-

wane

laserem



Średnia odległość di [mm] 0,2 0,0 0,0







Mce2

punkty

znako-

wane

foliami












Mce3

punkty

znako-

wane

laserem



Średnia odległość di [mm] -0,1 0,2 0,1







po odrzuceniu początku ściany**




Mce3

punkty

znako-

wane

foliami




Średnia odległość di [mm] 0,3 -0,7 -1,1



Załącznik 6

159





po odrzuceniu początku ściany**




** Wyniki Mce3 dla początku ściany (bloki B1 i ½ B2) niezrozumiale odbiegały od reszty wyników, dlatego

postanowiono sprawdzić wyniki pod odrzuceniu tych obserwacji.


Lub1

Ściana 1










Lub1

Ściana 2











tylko druga część ściany***




*** Wyniki dla pierwszej połowy ściany 2 obiektu Lub (grunt zbrojony) znacznie odbiegają od reszty wyników.

Pomiar tej części obiektu pochodzi ze stanowiska zlokalizowanego bezpośrednio przy ruchliwej drodze krajo-

wej. W trakcie pomiaru przejeżdżające samochody powodowały drganie skanera. Dlatego pomiary z tego stano-

wiska mogą być obarczone większym błędem. W analizach uwzględniono również wariant po odrzuceniu tego

fragmentu ściany.


Lub2

Ściana 1










Lub2

Ściana 2







Załącznik 6

160









Obiekt Maksymalna odległość od punktu Pi 10 cm 5 cm 2 cm 7 cm

Mce

punkty

znako-

wane

laserem

Średni moduł odległości |di| [mm] 1,5 1,4 1,4 bd

Liczba płaszczyzn 206 204 188 bd




Mce

punkty

znako-

wane

foliami

Średni moduł odległości |di| [mm] 1,1 2,0 bd 1,5

Liczba płaszczyzn 36 36 bd 36




Obiekt Maksymalna odległość od punktu Pi 10 cm 5 cm 2 cm 7 cm

Lub

ściana 1






Lub

ściana 2









bd – brak danych

Wielkość Maksymalna odległość od punktu Pi 10 cm 5 cm 2 cm

(laser) 7 cm

Średni

moduł ze

wszy-

stkich

wyzna-

czonych

wielkości










Lub tylko druga część ściany 2***










Załącznik 6

161

Wielkość Maksymalna odległość od punktu Pi 10 cm 5 cm 2 cm 7 cm

Średni

moduł

z samego

lasera

(Mce)










Średni

moduł

z samych

folii

(Mce

+

Lub)










Lub tylko druga część ściany 2***










Przemieszczenia obiektu Mce pomiędzy seriami pomiarowymi 1-2

Załączn

ik n

r 7



162

Przemieszczenia ściany 1 obiektu Lub pomiędzy seriami pomiarowymi 1 -2

Załą

czn

ik n

r 8




163

1 Cel, zakres i teza pracy

Documents

Transcript of 1 Cel, zakres i teza pracy