Assessing the surface corrosion of a steel railway bridge using an active short-range remote sensing system

• Autorzy: Gawronek Pelagia

Identyfikatory

DOI

10.15576/GLL/2023.4.287

Warianty tytułu

PL

Koncepcja oceny korozji powierzchniowej stalowego mostu kolejowego z zastosowaniem aktywnego systemu teledetekcji bliskiego zasięgu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The idea of assessing the surface corrosion of a steel railway bridge evolved as a response to an industry need for fast and non-manual confirmation of the progress of surface deterioration of monochromatic bridges. Terrestrial laser scanning is a technology for remote acquisition of information about the geometry of an object in the form of a point cloud, in which the coordinates (X, Y, Z) are recorded for each point and information on the intensity of the reflected beam is also recorded. In addition to the accurate representation of changes in the geometry of an ageing object, represented by the three-dimensional coordinates of the bridge, terrestrial laser scanning provided information about the surface properties of the bridge object in the form of the intensity of the reflection beam. Imaging algorithms enable it to indicate the homogeneous surfaces of the bridge and, therefore, suggest whether they are subject to corrosion processes or not. The intensity of the object’s point cloud, through the use of unsupervised classification tools, ensures the detection of changes in the surface properties of a monochromatic railway bridge. The classification method for the unsupervised raster representation of grey-scale reflectance intensity (generated from TLS data), as in classical remote sensing, provides classes of pixels with similar reflectance properties. The concept for the scientific research on the detection of the corrosion progress of a steel railway bridge using an active short-range remote sensing system involved the development of algorithmic advances that allow the comparison of periodic raster classifications from a point cloud. Thanks to the differentiation of the imaging, it is possible to determine changes in the location and extent of corrosion, the rate of its progress in ageing steel objects, the detection of cracks and fissures as structural hotspots, indicating the filling capacity of the object, as provided for in the technical documentation. The study provided an empirical basis for research on automatic corrosion detection.

PL

Koncepcja oceny korozji powierzchniowej stalowego mostu kolejowego zrodziła się jako odpowiedź na potrzebę branżową szybkiej oraz niemanualnej konstatacji postępów zniszczenia powierzchniowego mostów monochromatycznych. Naziemny skaning laserowy to technologia zdalnego pozyskiwania informacji o geometrii obiektu w postaci chmury punktów, której dla każdego punktu zapisane są współrzędne (X, Y, Z) oraz zarejestrowana jest również informacja o intensywności wiązki odbicia. Poza wiernym odzwierciedleniem zmian geometrii obiektu wiekowego, reprezentowanym przez współrzędne trójwymiarowe mostu, naziemny skaning laserowy dostarczał informacji o właściwościach powierzchni obiektu mostowego w postaci intensywności wiązki odbicia. Może ona, poprzez algorytmy zobrazowania, wskazać może powierzchnie jednorodne mostu, a zatem poddane bądź nie procesom korozji. Intensywność chmury punktów obiektu, poprzez zastosowanie narzędzi klasyfikacji nienadzorowanej zapewnia detekcję zmian właściwości powierzchni mono-barwnego mostu kolejowego. Metodą klasyfikacji nienadzorowanej rastrowej reprezentacji intensywności odbicia w skali szarości (wygenerowanej z danych TLS), podobnie jak w przypadku klasycznej teledetekcji, uzyskuje się klasy pikseli o podobnych właściwościach odbicia promieniowania. Koncepcja badań naukowych nad detekcją postępu korozji stalowego mostu kolejowego z zastosowaniem aktywnego systemu teledetekcji bliskiego zasięgu zakładała opracowanie postępów algorytmicznych pozwalających na porównywanie okresowych klasyfikacji rastrów z chmury punktów. Dzięki różnicowaniu zobrazowań, możliwe jest określenie zmian lokalizacji i zasięgu korozji, tempa ich postępowania w przypadku stalowych obiektów wiekowych, detekcji rys i spękań, jako punktów newralgicznych konstrukcji, świadczących o wypełniających się zdolnościach eksploatacyjnych obiektu, przewidzianych w dokumentacji technicznej. Przeprowadzone opracowanie wskazało empiryczne podstawy do prowadzenia badań nad automatyczną detekcją korozji.

Słowa kluczowe

EN

terrestrial laser scanning; TLS; reflectance beam intensity; unsupervised classification; fuzzy K-means

PL

naziemny skaning laserowy; TLS; intensywność wiązki odbicia; klasyfikacja nienadzorowana; fuzzy K-means

• Wydawca: Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie
• Czasopismo: Geomatics, Landmanagement and Landscape
• Rocznik: 2023
• Tom: no. 4
• Strony: 287--296
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Gawronek Pelagia

• University of Agriculture in Krakow Department of Land Surveying ul. Balicka 253, 30-198 Kraków

• https://orcid.org/0000-0001-7806-909X

Bibliografia

• 1. Bień J. 2010. Uszkodzenia i diagnostyka obiektów mostowych. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa.
• 2. Coca Olguin F.J., Loya Tello M.U., Gaona-Tiburcio C., Romero J.A., Martínez-Villafañe A.B.E.M., Almeraya-Calderón F. 2011. Corrosion fatigue of road bridges: A review. International Journal of Electrochemical Science 6 (8), 3438–3451.
• 3. Gawronek P., Makuch M. 2019. TLS measurement during static load testing of a railway bridge. ISPRS International Journal of Geo-Information, 8(1), 44.
• 4. Gawronek P., Makuch M., Mitka B., Gargula T. 2019. Measurements of the vertical displacements of a railway bridge using TLS technology in the context of the upgrade of the Polish railway transport. Sensors, 19 (19), 4275.
• 5. Gawronek P., Noszczyk T. 2023. Does more mean better? Remote-sensing data for monitoring sustainable redevelopment of a historical granary in Mydlniki, Kraków. Heritage Science, 11(1), 1–17.
• 6. Jin L.H., Hwang S., Kim H., Sohn H. 2021. Steel bridge corrosion inspection with combined vision and thermographic images. Structural Health Monitoring, 20(6), 3424–3435.
• 7. Klasztorny M. 2005. Dynamika mostów belkowych obciążonych pociągami szybkobieżnymi. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa.
• 8. Liu W., Hunsperger R., Chajes M., Kunz E. 2001. An overview of corrosion damage detection in steel bridge strands using TDR. Proc., 2nd Int. Symp. on TDR for Innovative Applications (1–9). Evanston, Ill., Northwestern University.
• 9. Mitka B., Makuch M., Gawronek P. 2016. Zastosowanie intensywności wiązki odbicia w ocenie stanu powierzchni budowli zabytkowych. Episteme, 32, 11–24.
• 10. Munawar H.S., Ullah F., Shahzad D., Heravi A., Qayyum S., Akram J. 2022. Civil infrastructure damage and corrosion detection: An application of machine learning. Buildings, 12(2), 156.
• 11. Sánchez-Aparicio L.J., Del Pozo S., Ramos L.F., Arce A., Fernandes F.M. 2018. Heritage site preservation with combined radiometric and geometric analysis of TLS data. Automation in Construction, 85, 24–39.
• 12. Siwowski T., Rajchel M. 2021. Ocena trwałości zmęczeniowej 100-letniego mostu kolejowego o nitowanej konstrukcji kratownicowej. Przegląd Komunikacyjny, 76.
• 13. Śpiewak A., Ulewicz M. 2016. Analiza trwałości stalowych obiektów mostowych w zależności od środowiska korozyjnego. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska, Architektury, XXXIV, 64 (1/17), 43–51.
• 14. Wider M., Gawronek P. 2021. Accuracy of the BIM model generated from the point cloud for an object made in glass technology. Geomatics, Landmanagement and Landscape, (4), 117–133.