24

m o s t y t e m a t n u m e r u

Inwestycje infrastrukturalne, jak budowa dróg i mostów, wodociągów, linii energetycznych itp., wymaga spraw-

nego nimi zarządzania. Dotyczy to zarówno etapu ich budowy, jak też późniejszego użytkowania tych obiektów. Od wydajnego zarządzania infrastrukturą zależy spraw-ność funkcjonowania państwa, a także bezpieczeństwo ludzi i mienia. W dobie zaawansowanych technologii teleinformatycznych powszechną praktyką jest stosowa-nie systemów komputerowych usprawniających zarzą-dzanie infrastrukturą. Skupiając się na procesach realizacji inwestycji, jest to przykładowe zarządzanie projektem budowlanym. Dostępne systemy informatyczne pozwa-lają optymalizować takie projekty, dając jednocześnie możliwość ogarnięcia niekiedy bardzo zaawansowanych i współzależnych procesów oraz sprawnego ich kontro-lowania. Takie podejście do optymalizacji procesów oraz wydatków stało się już standardem. Również obsługa istniejącego obiektu inżynierskiego wymaga stosowania narzędzi informatycznych dających możliwość sprawnego nim zarządzania – od kontroli bezpieczeństwa użytkowa-nia po sprawne gospodarowanie majątkiem. Budowa obiektów inżynierskich, takich jak np. mosty, jest obwarowana wieloma przepisami, standardami oraz wytycznymi, których stosowanie w praktyce ma zapewnić bezpieczeństwo oraz prawidłowość realizacji inwestycji. Otaczający nas świat jest jednakże dynamiczny, który mimo prób opisywania go za pomocą uogólnionych reguł, jest bardzo często mało przewidywalny. W budownictwie taka nieprzewidywalność może skutkować w skrajnych przypad-kach katastrofami budowlanymi, natomiast bardzo często oznacza nieplanowany wzrost wydatków oraz przeznaczenia dodatkowych nakładów. Jak podają statystyki, główną rolę odgrywa tu czynnik ludzki (5). Spośród przeanalizowanych przypadków katastrof budowlanych, aż 57% bezpośrednio spowodował błąd człowieka (błędy popełnione w czasie projektowania oraz złe wykonawstwo), w 14% – nieprawi-dłowa eksploatacja obiektu, w 23% – niska jakość konstrukcji, natomiast w 6 % – nieprawidłowe zastosowanie standardu lub jego nieadekwatność do danej sytuacji. Sprawne podejmowanie decyzji zależy od należytej ilości danych, które osoby odpowiedzialne za obiekt muszą

wziąć pod uwagę, formułując dalsze procedury postę-powania. Reakcja na zaistniały czynnik powinna być możliwie jak najszybsza – w niektórych wypadkach wręcz natychmiastowa. Biorąc jednak pod uwagę wielość danych napływających do takiego centrum dyspozycyjnego oraz uwarunkowania ludzkiej natury, nie zawsze możemy liczyć na sprawne i efektywne podjęcie decyzji. W sytuacjach awaryjnych bądź krytycznych niezwykle cenne okazują się wiedza i doświadczenie osoby, w gestii której takie decyzje pozostają. Doświadczenie praktyczne oznacza tutaj umiejętność prawidłowego interpretowania zdarzeń oraz kojarzenia ze sobą bardzo wielu czynników dostrzeganych w danym miejscu i czasie na bazie zdobytej wcześniej wie-dzy. Jak wiemy, danych jest nieskończenie wiele, podobnie jak rozwiązań każdego zadania. Każdą rzecz możemy bowiem postrzegać w wielu wymiarach i w różnym świetle. Przykładowo – zaistniałe przemieszczenia badanego obiektu mostowego mogą być spowodowane czynnikami konstrukcyjnymi, geotechnicznymi, hydrotechnicznymi, transportowymi, atmosferycznymi itp. Nigdy nie jest też tak, że skutek w postaci zaistniałego zdarzenia jest spowodowa-ny tylko jednym czynnikiem. Każde zjawisko wywoływane jest bowiem wieloma czynnikami i stanowi wypadkową ich wzajemnego oddziaływania. Biorąc pod uwagę fakt wielości danych docierających do nas z otaczającej nas rzeczywistości, celowe i wska-zane jest posiłkowanie się rozwiązaniami systemowymi pozwalającymi na sprawne pozyskiwanie określonego rodzaju informacji, określanie ich wzajemnych zależności oraz umożliwiającymi wnioskowanie na bazie istniejącego zasobu wiedzy. Zdolności percepcyjne człowieka są bo-

Monitoringmostów

dr inż. Krzysztof KarszniaLeica Geosystems Sp. z o.o.

Geoinformacja staje się obecnie jedną z głównych gałęzi warunku-jących sprawne funkcjonowanie państwa oraz infrastruktury, której jakość i bezpieczeństwo są jednymi z kluczowych elementów życia ludzi we współ-czesnym świe-cie. W niniejszym artykule autor szczegółowo omawia zastoso-wanie serwisów internetowych w monitorowaniu obiektów inży-nierskich.

Nowadays geoinformation becomes one of the main branches determining the efficient functioning of state and its infrastructure, with its quality and safety as one of the key elements of human life in the contemporary world. In the article the author discusses in detail the use of internet portals in the monitoring of civil engineering structures.

I SummaRy

Zastosowanie serwisów internetowych

m o s t y t e m a t n u m e r u

25

wiem ograniczone i w dużej mierze zależą od indywidual-nych predyspozycji czy wręcz zmieniających się nastro-jów. Gdy zatem w grę wchodzi bezpieczeństwo ludzi oraz mienia, poleganie tylko i wyłącznie na tak indywidualnych cechach osobowych jest nie tyle niewskazane, co wręcz wysoce niebezpieczne. Zwiększa się bowiem zakres nie-pewności oraz margines ryzyka. Pewnym rodzajem zabezpieczenia przed nieoczekiwanym zjawiskiem są rzetelnie wykonywane czynności kontrolne. Należy podkreślić w tym miejscu konieczność zapewnienia powtarzalności prowadzonych prac weryfikujących stan obiektu, przetworzenia danych według rozpoznanego i naj-bardziej odpowiadającego rzeczywistości modelu, a także skonsultowania decyzji z innymi specjalistami. W przypadku konstrukcji mostowych na uwagę zasługują dane fizyczne i geometryczne. Zmiana któregoś z parametrów w czasie oraz jego odstępstwo od przyjętego modelu mogą stano-wić pewien symptom, którego skutkiem mogą być inne zjawisko lub zespół zjawisk doprowadzających w efekcie do zagrożenia. Przepisy branżowe oraz bogata literatura podają sposoby badania tych zmian, a podejmowanie

sprawnych decyzji od lat jest wspomagane stosowaniem różnych programów komputerowych. Do niedawna aplika-cje te były traktowane jako pewien zestaw narzędzi umoż-liwiających przede wszystkim przetwarzanie bardzo dużej ilości danych oraz wykonywania dużej liczby obliczeń w jak najkrótszym czasie, często w ułamkach sekund. Na ogół dane mają swoją geometryczną interpretację. Otaczająca nas rzeczywistość ma orientację przestrzenną – jedna rzecz znajduje się w miejscu położonym jednoznacznie wzglę-dem innego. mówimy zatem o danych przestrzennych, w świecie geoinformacji zwanych geodanymi. Zarządzanie geodanymi jest domeną systemów geoinformacyjnych. Cy-tując autorów publikacji (1), systemy takie były początkowo rozumiane jako specjalistyczne oprogramowanie, później jako system informatyczny, by wreszcie stać się dziedziną wiedzy o szerokim polu zastosowań. Nie jest to zatem tylko idea wykorzystania pewnego programu komputerowego, lecz rozwiązanie wspomagające działalność człowieka. Podchodząc do badania stabilności obiektu mostowego, pod uwagę należy wziąć jego cechy fizyczne i ich zamien-ność w czasie. Jednakże branie pod uwagę samych cech

System monitoringu

Instrumentarium

Oprogramowanie analityczne

Aplikacje sieciowe

Wymiana danych

Infrastruktura IT

Modelowanie geodanych

System powiadamiania o zdarzeniach

X,Y,Z

Przetwarzanie danych, zarządzanie i prowadzenie analiz

Czujniki pogodowe

Radio, WLAN, GPS/GPRS, kabel (RS232, RS485)

Zasilanie

Inne sensory (np. GPS, pochyłomierze, czujniki

fizyczne)

Aplikacje sieciowe

System powiadamiania o zdarzeniach

Punkty kontrolowane

Punkty kontrolne (odniesienia)

X,Y,Z

Powierzchnie obiektu (pomiary bez konieczności

stosowania sygnałów)

Zautomatyzowany tachimetr elektroniczny

Rys. 1 Schematyczne ujęcie systemu monitoringu obiektu inżynierskiego jako systemu geoinformacyjnego (opracowanie własne autora)

Rys. 2 Schemat rozmieszczenia instrumentarium pomiarowego na badanym obiekcie (źródło: Leica Geosystems Sp. z o.o.)

26

m o s t y t e m a t n u m e r u

fizycznych bez badania geometrii obiektu nie jest podej-ściem właściwym. Stąd też przepisy branżowe określają, w jaki sposób powinny być prowadzone pomiary geode-zyjne – zarówno podczas budowy obiektu, jak też jego późniejszej eksploatacji – szczegółowe informacje na ten temat można znaleźć choćby w publikacjach (3), (7) czy (8). W ujęciu klasycznym pomiar taki ogranicza się jednak do ewidencjonowania stanu bieżącego za pomocą danych geometrycznych poddanych procesowi wyrów-nania, czyli statystycznej obróbki według odpowiedniego modelu matematycznego. Pomiar taki obrazuje stan obiektu na czas wykonania tegoż pomiaru i jest przed-stawiany w postaci numerycznej (zestawienia wartości obliczonych przemieszczeń) i graficznej (wykresy tychże przemieszczeń). Nasuwa się natomiast pytanie, w jaki sposób uchwycić zmienność parametrów w czasie i jak zbadać ich zależność od innych czynników, co w efekcie prowadzi do powstawania różnych zjawisk będących na-stępstwem takich wspólnych oddziaływań? Tym samym, w jaki sposób można efektywnie wspomóc służby odpo-wiedzialne za utrzymanie i eksploatację obiektu? Odpowiedzią na tego typu pytania jest zastosowanie w praktyce inżynierskiej systemów geoinformacyjnych, których istotę przedstawia rys. 1 obrazujący zintegrowany system monitoringu obiektu inżynierskiego. Pozyskiwanie danych przestrzennych odbywa się za po-mocą różnych urządzeń – sensorów zainstalowanych uprzednio na obiekcie. Na rys. 2 w sposób schematyczny przedstawiono architekturę zestawu urządzeń instalowa-nych na obiektach w celu realizacji monitorowania zmian geometrycznych oraz badanych zjawisk. Pozyskiwane w odpowiednio skonfigurowanych se-kwencjach pomiarowych dane o obiekcie są następnie przesyłane do serwera bazodanowego oraz aplikacyjnego (często w przypadku mniejszych obiektów mamy do czy-nienia z jednym serwerem spełniającym obie te funkcje), na którym działa oprogramowanie realizujące i obsłu-gujące projekt. Z kolei użytkownicy łączą się z serwerem za pomocą specjalnego oprogramowania lub – coraz po-wszechniej za pomocą zwykłej przeglądarki internetowej. użytkownik taki, zwany w żargonie geoprzestrzennym „cienkim klientem”, nie musi zatem dysponować zaawan-sowanym oprogramowaniem ani też wysoko wydajnymi serwerami. Wystarczy bowiem, że zaloguje się do syste-mu, używając danych identyfikacyjnych (identyfikator osobowy oraz hasło), by od razu móc w pełni zarządzać

swoim projektem zdalnie. Schemat omawianej architektu-ry systemowej przedstawiono na rys. 3.Z pozycji użytkownika można uruchamiać różne funkcje, czyli aktywować usługi sieciowe (6). usługa taka może składać się z pojedynczego procesu informatycznego lub też z całego zestawu takich procesów (procedur), w re-zultacie działania których na ekranie użytkownika pojawi się żądany efekt (wygenerowany wykres przemieszczeń w czasie, wynik zadanej analizy przestrzennej czy nume-rycznej itp.). Przykładem opisanego powyżej rozwiązania może być system monitoringu geodezyjnego GeomoS Web (rys. 4) firmy Leica Geosystems (skrót od ang. Geodetic Monitoring System). W pierwszym etapie budowy takiego systemu na obiekcie należy zaprojektować wszystkie usługi, z których użytkownicy będą korzystali. Wiąże się to przede wszystkim z rozpoznaniem zagrożeń panują-cych na obiekcie, doborem odpowiedniego instrumenta-rium oraz określeniem sposobu powiadamiania zaintere-sowanych osób o zidentyfikowanych zagrożeniach. Takie postępowanie jest zgodne z definicją monitoringu sfor-mułowaną przez Instytut Techniki Budowlanej w Warsza-wie i opublikowanej w opracowaniu (2). Następnie należy zapewnić sposób nieprzerwanej łączności działającego na obiekcie systemu monitoringu z centrum zarządzania (serwer aplikacyjny i bazodanowy). W kolejnym etapie projektu należy umożliwić użytkownikowi łączność z centrum zarządzania, nadanie mu odpowiednich uprawnień i dostosowanie usług sieciowych do zadań dla tego użytkownika przeznaczonych (z innych funkcji może korzystać konstruktor, geodeta, a z innych geotechnik). Konfiguracja projektu w systemie oraz dostosowanie interfejsu użytkownika do realizowanych przezeń zadań jest ostatnią, aczkolwiek bardzo istotną fazą budowy systemu monitoringu obiektu. Pozostaje jeszcze kwestia określenia progów bezpieczeństwa, po przekroczeniu których system wyzwoli odpowiedni alarm bądź powia-domienie. Zgodnie z definicją jest to bowiem kluczowy element systemu monitoringu – w przeciwnym razie mamy do czynienia z klasycznym pomiarem kontrolnym, ewidencjonującym jedynie badane zjawisko.Po zalogowaniu do systemu użytkownik może w interak-tywny sposób uzyskać informacje z widocznych w oknie dialogowym czujników (rys. 5).mogą to być zarówno wykresy, zestawienia, jak też inne informacje, jak np. zależności między różnymi danymi.

Radio / LAN / GSM itp.

Baza danych Pozycjonowanie w czasie rzeczywistym (RT)

Postprocessing Konfiguracja

odbiorników Archiwizacja danych

Modelowanie danych Określanie progów

bezpieczeństwa Analizy Integracja danych

Internet

Zarządzanie danymi

Prezentacja wyników

LAN LAN

Sensory pomiarowe (np. odbiorniki GNSS)

Oprogramowanie przetwarzające dane GNSS

System monitoringu Dostęp przez

sieć

Generowanie ostrzeżeń i alarmów

Użytkownicy

Rys. 3 Schemat konfiguracji systemu monitoringu obiektu inżynierskiego (źródło: Leica Geosystems Sp. z o.o.)

Piśmiennictwo

1. Gotlib D., Iwaniak a., Olszew-ski R.: GIS – obszary zastoso-wań. Wydawnictwo Nauko-we PWN, Warszawa 2007.

2. Instytut Techniki Budowlanej w Warszawie: Bezdotykowe metody obserwacji i pomia-rów obiektów budowlanych. System kompleksowego za-rządzania jakością w budow-nictwie. Instrukcje. Wytyczne. Poradniki nr 443/2009.

3. Gocał J.: Geodezja inżynie-ryjno-przemysłowa, część II. uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne aGH, Kraków 2007.

4. Karsznia K.: Geodezyjny moni-toring obiektów mostowych. „mosty”, 6/2011, s. 24-31.

5. Kinasz R.: Analiza przyczyn katastrofy konstrukcji stalo-wej dachu hali przemysłowej. materiały XXIII konferencji na-ukowo-technicznej „awarie budowlane 2007 – zapobie-ganie, diagnostyka, naprawy, rekonstrukcje”. Szczecin – międzyzdroje, s. 601-606.

6. Kubik T.: GIS – rozwiązania sieciowe. Wydawnictwo na-ukowe PWN, Warszawa 2009.

7. Przewłocki S.: Geomaty-ka. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009.

8. Przewłocki S.: Geodezja inży-nieryjno-drogowa. Wydaw-nictwo Naukowe PWN, War-szawa 2009.

m o s t y t e m a t n u m e r u

27

Rys. 6 Widok panelu głównego systemu GeoMoS Web obsługującego projekt monitoringu mostu w szwajcarskim Diepoldsau (źródło: Leica Geosystems Sp. z o.o.)

Opisywane rozwiązanie można odnieść do wielu obiek-tów działających na świecie. uruchamiając system na stro-nie www.geomos.leica-geosystems.com/demo, podając jako użytkownika webdemo, a jako hasło WebDemo1Test, można zapoznać się z przykładowym projektem skonfigu-rowanym dla potrzeb badania przemieszczeń i deforma-cji. Przykładem zastosowania systemu geoinformacyjnego do monitorowania mostu jest choćby przeprawa przez Ren w szwajcarskiej miejscowości Diepoldsau (wschodnia Szwajcaria na granicy z austrią). monitoring przemiesz-czeń i deformacji mostu jest prowadzony w tym przypad-ku za pomocą dwóch zautomatyzowanych tachimetrów elektronicznych, trzech odbiorników satelitarnych GNSS (Global Navigation Satellite System, czyli amerykański GPS, rosyjski GLONaSS oraz inne systemy pozycjonowania satelitarnego ) oraz czterech pochyłomierzy precyzyj-nych (rys. 8) (4). Skonfigurowany system GeomoS Web (rys. 6) integruje pracę tychże sensorów oraz umożliwia generowanie odpowiednich produktów w postaci wykresów, zestawień, kwalifikowania wyników według

zdefiniowanych wcześniej progów bezpieczeństwa czy też raportów zbiorczych, do których dostęp mają zainte-resowane służby.Dzięki systemom oraz wydajnej pracy komputerów w co-raz łatwiejszy sposób możemy dostrzec relacje przestrzen-ne między zjawiskami, jak również w pełni wykorzystać szereg docierających do nas informacji. Postępująca według zdefiniowanych procedur oraz modeli praca urządzeń daje możliwość wychwycenia istoty badane-go zjawiska oraz dostarczenia wiarygodnego materiału do dalszego wnioskowania. Wnioskowanie natomiast kończy się na ogół podjęciem decyzji, od jakości której zależą bezpieczeństwo, życie ludzi oraz ich mienie. Inter-dyscyplinarne podejście do zaprezentowanej tematyki otwiera przed nami nowe horyzonty i możliwości. To, co dotychczas było domeną poszczególnych specjalizacji, może w kompleksowy sposób służyć nam w podejmowa-niu poprawnych decyzji. Jest to więc znaczący element w badaniu zjawisk oraz próbie opisania świata według poznawanych i stale doskonalonych modeli oraz reguł. q

Rys. 4 Widok panelu głównego sieciowego systemu monitoringu Leica GeoMoS Web (www.geomos.leica-geosystems.com).

Rys. 7 Widok mostu na Renie w szwajcarskim Diepoldsau w serwisie Google Map (źródło: Google Map)

Rys. 8 Widok odbiornika satelitarnego GNSS wykorzystywanego w systemach monitoringu obiektów inżynierskich (źródło: Leica Geosystems Sp. z o.o.)

Rys. 5 Widok symboli czujników systemu monitoringu Leica GeoMoS Web umieszczonych w miejscu obserwacji [www.geomos.leica-geosystems.com].