Superpřesné určování svislých průhybů mostních konstrukcí metodou pozemní

radarové interferometrie

Ing. Milan Talich, Ph.D.

Ústav teorie informace a automatizace AV ČR, v.v.i.Pod Vodárenskou věží 4, 182 08, Praha 8

Setkání geodetů 2013, 6. až 8. června 2013, hotel Akademie - Naháč

Základní principy radarové interferometrie

Princip určování průhybů mostů

d=dp·R/h

Veškeré posuny jsou měřeny ve směru záměry a přepočteny na svislé průhyby

Pozemní interferometrický radar IBIS-FS

Výrobce: Ingegneria Dei Sistemi S.p.A., Itálie

Zastoupení v ČR: Geodézie Ledeč nad Sázavou s.r.o.

• frekvenční pásmo 17.1 až 17.3 GHz (Ku)• dosah až 500m• směrodatná odchylka určených poklesů 0,01 až

0,5mm• frekvence vyhodnocených dat až 100 Hz (100

hodnot za sekundu)• délková rozlišovací schopnost neboli min.

vzdálenost mezi sledovanými body ve směru záměry je 0,75m

Ověření přesnosti určování posunůMetodou komparace = porovnáním s geodetickým určením

změn délky (měření dvěma nezávislými metodami v nepříznivých polních podmínkách):

• radarové interferometrické měření změn délky testovací základny 39 m dlouhé

• geodetické určení délky téže testovací základny dálkoměrem totální stanice SOKKIA NET1AX

• speciální mikrometrické zařízení k vynucení posunů o známých velikostech

• cíleno na kovový koutový odražeč pro radar a skleněný odrazný hranol pro dálkoměr

• oba pevně spojeny a společně připevněny k mikrometrickému šroubu

• rozlišovací schopnost mikrometrického šroubu je 0.01 mm

Ověření přesnosti určování posunů

Pohled na místo komparace ve směru záměry

Ověření přesnosti určování posunů

Grafy posunů o velikosti 1mm měřených totální stanicí a radarem

SOKKIA NET1AX radar IBIS-S

Ověření přesnosti určování posunů

Grafy posunů o velikosti 0,5mm měřených totální stanicí a radarem

SOKKIA NET1AX radar IBIS-S

Ověření přesnosti určování posunů

Grafy posunů o velikosti 0,1mm měřených totální stanicí a radarem

SOKKIA NET1AX radar IBIS-S

Ověření přesnosti určování posunů

Vnitřní šum radaru v klidové fázi v polních podmínkách = cca 0,005mm

Metody sledování posunů radarovou interferometrií

Dynamické sledování:• Obvykle krátkodobé sledování (cca 1 hodina) s vysokou frekvencí až 100 Hz

(100 údajů za sekundu)• využíváno u většiny aplikací IBIS-FS kde se očekávají rychlé změny polohy

sledovaného objektu

Statické sledování:• dlouhodobé sledování s nízkou frekvencí od 0,5 Hz (od 1 údaj za 2 sekundy)• využití v případech kde se očekávají pomalé (dlouhodobé) změny polohy

sledovaného objektu

Výhody radarové interferometrie

• bezkontaktní metoda sledování dálkovým přístupem,• rychlá a jednoduchá instalace a měření,• vysoká přesnost (až 0,01mm) a vysoká frekvence (až 100 Hz),• současné přímé sledování velkého počtu bodů - celého

mostu, nebo jeho vybrané části (závisí na rozměrech mostu)• kontinuální sledování a sběr dat o dynamickém přetvoření celého

objektu (sledování rizikových objektů apod.),

• v reálném čase, za běžného provozu nebo při kontrolním měření a při extrémním zatížení - zátěžové zkoušky

Způsob sledování mostů

Schéma současného sledování celého mostu nebo jeho vybrané části

Příklad umístění radaru pod mostem

Kovové mosty – přirozené odražeče

Betonové mosty – koutové odražeče

Svislé pohyby odražeče v klidové fázi

Zkouška uchycení koutového odražeče na betonovém mostě

Zkouška uchycení koutového odražeče na betonovém mostě

Svislé pohyby odražeče vyvolané bušením na konec nosné tyče dlouhé cca 0,5 m

Výsledky

• hodnoty a grafy vývoje poklesů u všech sledovaných bodů v průběhu celého měření s přesností až 0,01 mm• detailní vyhodnocení vybraných poklesů při průjezdu

vozidel• frekvenční analýza (periodogram) – určení rezonančních

frekvencí konstrukce (v rozsahu až do 50 Hz)• různé druhy vizualizací a animací dynamických změn• podrobná data pro následné vyhodnocení statikem

Železniční most Rataje nad Sázavou

Poklesy u vybraných sledovaných bodů

Silniční betonový most na silnici I/19 u Pelhřimova

Svislé pohyby během 10 min měření

Svislé pohyby koutových odražečů č. 1,2,6 a 3

Detailní vyhodnocení max. poklesů

Svislé pohyby koutových odražečů č. 1,2,6 a 3 v čase 170 až 200s

Frekvenční analýza

Periodogram svislých pohybů v čase 188 až 200s

Zátěžové zkoušky

Vizualizace výsledků

ZávěrV praxi lze využít principů pozemní radarové interferometrie k:

• bezkontaktnímu určování svislých průhybů mostních konstrukcí s přesností až 0,01 mm v reálném čase,• v reálném čase zachytit kmitání sledovaného objektu s frekvencí až 50 Hz

a následnou frekvenční analýzou určit hlavní frekvence kmitání,• průhyby lze určovat najednou na více místech objektu, například v případě

mostní konstrukce na bodech rozmístěných na mostovce ve vzdálenostech po jednom či více metrech, • to umožňuje získat jak celkovou tak i podrobnou informaci o chování

konstrukce při jejím dynamickém zatížení a sledovat tím vliv průjezdů ať už jednotlivých vozidel či jejich skupin.

Tento příspěvek byl podpořen projektem:

„Výzkum možností pozemního InSAR pro určování deformací rizikových objektů a lokalit“

č. FR-TI4/436 v programu TIP Ministerstva průmyslu a obchodu ČR.

Příjemce podpory: Ústav teorie informace a automatizace AV ČR, v.v.i.Další účastník řešení: Geodézie Ledeč nad Sázavou, s.r.o.

Kontaktní osoba: Ing. Milan Talich, Ph.D., tel: 603 942 104, e-mail: Milan.Talich@utia.cas.cz

V prezentaci byly použity materiály a výsledky měření firem Geodézie Ledeč n/S s.r.o. a IDS S.p.A.

Děkuji za pozornost

Ústav teorie informace a automatizace AV ČR, v.v.i.Geodézie Ledeč nad Sázavou s.r.o.