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].