25.10.2007 | Ing. Petr Rudolf
Zásady hybridní metody hodnocení stavu mostních objektů s použitím metod umělé výpočetní inteligence pro systémy pro správu železničních mostů, část II.
5 Modelování poškození stávajících mostních objektů Hodnocením stávajících (železničních) mostních objektů se nyní zabývá mezinárodní výzkumný projekt EU Trvale udržitelné mosty – Hodnocení pro budoucí požadavky dopravy a delší životnost [12]. Na 1. workshopu tohoto projektu nazvaném Prohlídka a hodnocení stavu železničních mostů již byly zveřejněny první výsledky a mj. v úvodu ke Směrnici pro prohlídku a hodnocení stavu ve 4. a 5. kapitole již je obsažen i návrh zásad pro nový systém popisu a třídění poškození pro hodnocení mostních objektů. Dle navrženého systému tato poškození lze charakterizovat kvalitativně, kvantitativně a jednoznačně následujícími 4 základními vlastnostmi [1]: • 1) typ poškození, představující specifickou vlastnost (charakter) poškození; • 2) intenzita poškození, popisující úroveň pokročilosti poškození; • 3) rozsah poškození, charakterizující velikost oblasti výskytu poškození; a • 4) umístění poškození, uvádějící prostorové situování poškození. Například: 1) šikmé trhliny, 2) šířka trhliny < 3 mm, 3) 20 %, 4) podpora č. 1. Numerický zápis těchto parametrů tvoří numerický model jednoho z poškození mostního objektu. 5.1 Systematika poškození mostních objektů Základním prvkem modelu poškození mostních objektů v počítačem podporovaném systému pro správu mostů jsou jednotné zásady třídění poškození [1]. Dle navržené systematiky je přijato hierarchické třídění poškození s rozlišením následujících 4 úrovní třídění: I) typ poškození; II) druh poškození; III) kategorie poškození a IV) třída poškození [12]. V nejvyšší úrovni třídění ad I) typ poškození se rozlišuje celkem 8 základních typů poškození: 1) přetvoření, 2) zničení materiálu, 3) ztráta spojitosti materiálu, 4) úbytky materiálu, 5) poškození protikorozních ochran, 6) poškození spojená se změnou polohy, 7) znečištění a 8) poruchy. Například: I) typ poškození ad 3) ztráta spojitosti materiálu lze rozdělit do II) pod-druhů tohoto poškození 3): buď trhlina nebo lom; a II) pod-druh poškození trhlina lze rozdělit do III) pod-kategorií tohoto poškození 3): vodorovná, svislá, šikmá, nepravidelná atd. Třídění poškození mostních objektů má univerzální charakter, tj. dovoluje jednoznačné ohodnocení poškození bez ohledu na druh prvku, konstrukční řešení nebo materiál. 5.2 Informace o poškozeních mostních objektů Základní zásoba informací o poškozeních mostních objektů se získává v průběhu jejich prohlídek. Shromážděné informace musí umožnit identifikaci typu poškození shodně s přijatou jednotnou systematikou a určení numerické reprezentace základních charakteristik poškození tj. intenzity, rozsahu a umístění. Metodologie numerického popisu charakteristik poškození závisí v rozhodující míře na přijatém modelu geometrie objektu. 5.3 Modelování poškození a modely geometrie mostních objektů Při použití obvykle používaných bezrozměrných modelů geometrie mostního objektu typu E0 jak intenzita, tak i rozsah poškození se nejčastěji popisují číselnými hodnotami (I, R, L), které charakterizují jednotlivé součásti nebo prvky mostního objektu. Ve skutečnosti mnoho informací, využívaných pro modelování poškození objektu, má neostrý (fuzzy) charakter. Vyplývá to jak z nepřesných, nejčastěji kvalitativních definicí jednotlivých typů, druhů a kategorií poškození, tak i z rozdílné přesnosti informací získávaných různými diagnostickými metodami i technikami. V dále uvedených řešeních, která přihlížejí k neostrosti mnoha informací, je pro popis některých poškození navrženo používání – kromě hodnot číselných – také hodnot jazykových. V případě použití modelů geometrie mostního objektu typu E1, tvořených z prvků jednorozměrných (e1), lze parametry poškození uvést ve tvaru funkce lokální souřadnice x, měřené podél osy prutového prvku (e1). Pro popis každého poškození je v takovém modelu třeba určit: • funkci intenzity poškození – I(x); • funkci rozsahu poškození – R(x); • funkci umístění poškození – L(x). Při přijetí modelů geometrie mostního objektu typu E2 nebo E3 lze parametry poškození popsat s pomocí obdobných funkcí, avšak – příslušně – dvou nebo tří proměnných. Modely geometrie konstrukce (bezrozměrná reprezentace, jedno-, dvou- nebo třírozměrné modely) jsou definovány použitými metodami počítačové grafiky. 6 Metody hodnocení stávajících konstrukcí a mostních objektů Mezinárodní norma ČSN ISO 13822 vychází z koncepce mezních stavů ve spojení s metodou dílčích součinitelů, která se uplatňuje v normách ČSN EN 1990 a ČSN ISO 2394 [6]. Při hodnocení stávajících konstrukcí lze také použít metody teorie spolehlivosti a pravděpodobnostní přístup. Tyto matematické analyticko-statistické metody jsou dosud nejrozšířenější třídou modelů, jsou postaveny na bázi tzv. hlubokých (kvantitativních) objektivních znalostí a jsou svojí podstatou modely precizními [9]. Avšak takové metody a přístupy, postavené na principech empirické pravděpodobnosti, nejsou zcela a vždy adekvátní realitě světa, které je přirozeně nepřesná a více či méně neurčitá. V mnohých případech pak při řešení inženýrských problémů vznikají situace, které jsou – při snaze využívat výlučně objektivní informace – neřešitelné. Účinné je pak i skutečné využívání v první řadě jednoduchých, avšak výkonných nenumerických algoritmů, které umožňují lidskému expertovi spojit hluboké (objektivní) znalosti se znalostmi mělkými (subjektivními) s následkem dosažení vyšší kvality úsudků při řešení. Tato schopnost se stává středem zájmu nové vědní disciplíny, tzv. umělé inteligence. Přístupy modelování, v nichž je na úkor preciznosti umožněno toto spojování znalostí, podporována schopnost vlastního učení, robustnost a snadná proveditelnost, jsou zařazovány do rámce tzv. soft computing metodologií. Patří sem zejména metody, postavené na využití vícehodnotové fuzzy logiky, umělých neuronových sítí, genetických algoritmů, pravděpodobnostního vyvozování a teorie chaosu, či jejich účinné kombinace. Například: pro hodnocení stavu stávajících mostních objektů s použitím spojení všech typů dostupných informací lze použít technologii víceúrovňových hybridních sítí [3].
|