Przestrzenna inwentaryzacja komór przepływowych hydrozespołów Elektrowni Wodnej Dębe wykonana techniką naziemnego skaningu laserowego

• Autorzy: Pieniak Magdalena , Woźniak Marek , Pasik Mariusz , Łapiński Sławomir , Kowalska Maria , Jastrzębski Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.15199/50.2023.06.3

Warianty tytułu

EN

Spatial inventory of flow chambers of the Kaplan's turbine units in the Dębe hydroelectric power plant using terrestrial laser scanning technique

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszego artykułu jest zaprezentowanie możliwości zastosowania naziemnego skaningu laserowego (ang. TLS terrestrial laser scanning) w inwentaryzacji przestrzennej komór przepływowych hydrozespołów, jak również przedstawienie możliwości jakie stwarza wykorzystanie przestrzennego modelu 3D w analizach wykorzystujących zagadnienie inżynierii odwrotnej. W celu pozyskania informacji przestrzennej obiektu hydrotechnicznego wykorzystano technikę naziemnego skaningu laserowego. Pomiar przeprowadzono z zastosowaniem skanera fazowego średniego zasięgu firmy Z+F Imager 5006h oraz tachimetru Leica TCRP1201+. Przedmiotem pomiaru był zespół czterech komór przepływowych zespołów hydrotechnicznych (hydrozespołów) w Elektrowni Wodnej Dębe, opróżnionych z wody na czas skanowania. Gęstość chmur punktów podczas skanowania w komorach wlotowych oraz rurach ssawnych odpowiadała pojedynczym milimetrom. Pomiar współrzędnych (X,Y,Z) punktów odniesienia (nawiązania), niezbędnych do wykonania ostatecznej przestrzennej orientacji skanów, zrealizowano tachimetrem TCRP 1201+ z błędem średnim nie gorszym niż ±2 mm dla każdej współrzędnej. Maksymalna wartość odchyłki dostosowania dla orientacji wzajemnej poszczególnych skanów dla bardzo trudnych warunków jakie występowały w komorze dolnej zwanej rurą ssawną wyniosła 9,4 mm z błędem średnim ±8,5 mm oraz 4,5 mm z błędem średnim ±3,4 mm w komorze górnej. Dla orientacji zewnętrznej, do wspólnego lokalnego układu współrzędnych, uzyskano odpowiednio maksymalną odchyłkę dostosowania równą 13,4 mm z błędem średnim ±11,3 mm (w komorze dolnej) oraz 4,9 mm z błędem średnim ±6,3 mm (w komorze górnej). Pomimo utrudnień związanych z trudnymi warunkami pomiaru (wilgotność 100% i spływająca po ścianach woda) potwierdzono, że dane z naziemnego skaningu laserowego mogą stanowić kompleksowe źródło wiarygodnych danych o geometrii obiektu. Pozyskany materiał stanowi bazowy materiał do wykonywania analiz merytorycznych przez specjalistów z zakresu budownictwa wodnego i mechaniki budowli. Dane te pozwalają dokonywać oceny stabilności i bezpieczeństwa obiektu oraz prowadzić prace modernizacyjne.

EN

This paper aims to present the possibility of using terrestrial laser scanning (TLS) of medium range in the spatial inventory of hydropower flow chambers of the Kaplan's turbine units and present the opportunities created by using a 3D spatial model in the analysis using the issue of reverse engineering. To obtain spatial information of the hydrotechnical object, terrestrial laser scanning technique was used. The measurement was carried out using a mid-range phase scanner Z+F Imager 5006h and a total station Leica TCRP1201+. The measurement object was a set of four flow chambers of the Kaplan turbine units (hydrosets) at Dębe Hydroelectric Power Plant, emptied of water for the time of scanning. The density of point clouds during scanning in inlet chambers and suction pipes was assumed about 1 mm. The measurement of (X,Y,Z) coordinates of reference points (reference), necessary for the final spatial orientation of the scans, was made with a TCRP 1201+ total station with an average error of not worse than ±2 mm for each coordinate. The maximum value of the adjustment deviation for the mutual orientation of the individual scans for the very difficult conditions in the lower chamber called the suction pipe was 9.4 mm with a standard deviation of ±8.5 mm and 4.5 mm with a standard deviation of ±3.4 mm in the upper chamber. For the external orientation, to a common local coordinate system, a maximum adjustment deviation of 13.4 mm with a standard deviation of ±11.3 mm (in the lower chamber) and 4.9 mm with a standard deviation of ±6.3 mm (in the upper chamber) was obtained respectively. Despite the difficulties associated with the difficult measurement conditions (100% humidity and water running down the walls), it was confirmed that TLS could provide a comprehensive source of reliable data on the object's geometry. The material obtained provides a basis for factual analysis by hydraulic engineering and structural mechanics specialists. This data allows to assess the object's stability and safety and carry out modernisation works.

Słowa kluczowe

PL

naziemny skaning laserowy; monitoring; komory przepływowe hydrozespołów

EN

terrestrial laser scanning; monitoring; hydro-flow chambers

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Geodezyjny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 95, nr 6
• Strony: 28--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., zdj.

Twórcy

autor

Pieniak Magdalena

• Gr8Soft Sp. z o.o., Wał Miedzeszyński 42L, 04-978 Warszawa

autor

Woźniak Marek

• Politechnika Warszawska, Wydział Geodezji i Kartografii, Pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-0665-0122

autor

Pasik Mariusz

• Politechnika Warszawska, Wydział Geodezji i Kartografii, Pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-8502-9341

autor

Łapiński Sławomir

• Politechnika Warszawska, Wydział Geodezji i Kartografii, Pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0003-4875-425

autor

Kowalska Maria

• Politechnika Warszawska, Wydział Geodezji i Kartografii, Pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-4434-7829

autor

Jastrzębski Sławomir

• Politechnika Warszawska, Wydział Geodezji i Kartografii, Pl. Politechniki 1, 00-661 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0002-0652-0539

Bibliografia

• [1] Dreier A., Kuhlmann H., Klingbeil L., The potential of UAV-based laser scanning for deformation monitoring. Case study on a water dam. In 5th Joint International Symposium On Deformation Monitoring (JISDM 2022) (Pp. 261-269). Editorial Universitat Politècnica De València, 2023.
• [2] Gąsior P., Kaleta J., Poprawski L. Monitorowanie stanu technicznego obiektów hydrotechnicznych z wykorzystaniem systemów SHM. Structural Health Monitoring (SHM) of hydrotechnical constructions. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej. Państwowy Instytut Badawczy, Monografie. 159-172, 2011
• [3] Henke A., Góralczyk A., Przegląd Współczesnych Konstrukcji Niskospadowych Pikoturbin i Mikroturbin Wodnych, Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie, 4(103), 2016.
• [4] Kang J., Kim D., Lee C., Kang J., Kim D., Efficiency Study Of Combined UAS Photogrammetry And Terrestrial Lidar In 3D Modeling for Maintenance and Management of Fill Dams.  Remote Sensing, 15(8), 2023.
• [5] Kędzierski M., Walczykowski P., Fryśkowska A., Naziemny skaning laserowy drogowych obiektów inżynierskich, Archiwum fotogrametrii, kartografii i teledetekcji. 2008, Vol. 18a, s. 211 – 219.
• [6] Kopáčik A., Zámečníková M., 3D Model Creation of Hydro-Technical Structures, XXIII FIG Congress Munich, Germany, October 8-13, 2006.
• [7] Pieniak M., Świerczyńska E., Zastosowanie naziemnego skaningu laserowego w procesie inwentaryzacji konstrukcji inżynierskich na przykładzie pomiaru mostu w Krościenku nad Dunajcem, W: Młodzi dla techniki: wybrane problemy naukowo-badawcze budownictwa i inżynierii środowiska / Dzięgielewski Andrzej (red.), 2013, Sierpc, P.P.-H. "DRUKARNIA" Sp. z o.o., s.221-238, ISBN 978-83-62081-11-0.
• [8] Rozporządzenie Ministra Środowiska Z Dnia 20 Kwietnia 2007 r. W sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budowle hydrotechniczne i ich usytuowanie.
• [9] Siwiec J., Lenda G., Integration of terrestrial laser scanning and structure from motion for the assessment of industrial chimney geometry. Measurement, 2022, 199, 111404.
• [10] Wu C., Yuan Y., Tang Y., Tian B., Application of terrestrial laser scanning (TLS) in the architecture, engineering and construction (AEC) industry, Sensors, 2021, 22(1), 265.
• [11] Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r.- Prawo budowlane [Dz. U. 2019 poz. 1186]
• [12] Ustawa z dnia 20 lipca 2017 5. - Prawo Wodne [Dz.U. 2017 poz. 1566]
• [13] Xiao P., Zhao R., Li D., Zeng Z., Qi S., Yang, X., As-built inventory and deformation analysis of a high rockfill dam under construction with terrestrial laser scanning, Sensors, 2022,22(2), 521.
• [14] Zaczek-Peplinska J., Metodyka oceny stanu powierzchni betonowej budowli piętrzącej na podstawie analizy spektralnej wyników naziemnego skanowania laserowego, 2018.
• [15] Zaczek-Peplinska J., Adamek A., Osińska-Skotak K., Inwentaryzacja galerii kontrolnej i przelewu zapory ziemnej Klimkówka metodą skanowania laserowego, Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, (Vol. Spec.), 2013, 147-163.
• [16] Zaczek-Peplinska J., Kowalska M., Application of non-contact geodetic measurement techniques in dam monitoring, Archives of Civil Engineering, 2022, 49-70.
• [17] Z+F Laser, Technical data, http://www.zf-laser.com/fileadmin/editor/Datenblaetter/ Datasheet_Z_F_IMAGER_5006h_E_kompr_01.pdf. 2012.
• [18] Zhao S., Kang F., Li J., Ma C., Structural Health Monitoring and inspection of dams based on UAV Photogrammetry with image 3D reconstruction.  Automation In Construction, 130, 103832, 2021.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).