Laser scanning in diagnostics of geometric imperfections of hyperboloid cooling towers
 
 
More details
Hide details
1
Department of Land Surveying, University of Agriculture in Krakow
 
 
Submission date: 2024-09-22
 
 
Acceptance date: 2024-09-30
 
 
Publication date: 2025-01-18
 
 
Corresponding author
Maria Makuch   

Department of Land Surveying, University of Agriculture in Krakow, Poland
 
 
Geomatics, Landmanagement and Landscape 2024;(4)
 
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
Hyperboloid cooling towers are distinctive tower structures designed to cool industrial waters by discharging their heat into the ambient air. Geometric imperfections of the hyperboloid cooling tower shell are the main, easily measurable symptom of structural strain and a significant factor in the development of safety hazards and failures of these thin-walled shell structures. This article presents an analysis of the use of a ToF and a phase laser scanner in the diagnosis of geometric imperfections of the reinforced concrete cooling tower shell. The reliability of TLS data in mapping the actual shape of the hyperboloid structure was confirmed on the basis of precise reflectorless tachymetry, which serves as reference data. Geometric imperfections of the hyperboloid cooling tower shell were determined by referring the TLS observation sets to a modified model hyperboloid, adjusted to the external surface by taking into account the actual, variable distribution of the shell thickness. Statistically confirmed compliance of the shell geometry analysis results, carried out on the basis of data obtained with two scanners with different parameters, showed no influence of the distance measurement system used in the scanning instrument on the effectiveness of detection of geometric imperfections of the hyperboloid structure. The results of the analyses of the shape of the cooling tower shell were consistent with the information on the geometric state of the structure, collected in the company archive. The imperfection maps generated on the basis of data obtained with the phase and the ToF pulse laser scanner clearly confirmed the deformations of the critical areas of the structure, which do not pose a real threat to the stability of the facility.
REFERENCES (47)
1.
Antoniszyn K., Hawro L., Konderla P., Kutyłowski R. 2016. Wybrane problemy procesów modernizacji i remontów chłodni kominowych. Materiały Budowlane, 5(525), 24–25.
 
2.
Asadzadeh E., Alam M. 2014. A Survey on Hyperbolic Cooling Towers. International Journal of Civil, Structural, Construction and Architectural Engineering, 8, 10, 1027–1039.
 
3.
Bamu P.C., Zingoni A. 2005. Damage, deterioration and the long-term structural performance of cooling-tower shells: A survey of developments over the past 50 years. Engineering Structures, 27, 1794–1800.
 
4.
Becerik-Gerber B., Farrokh J., Geoffrey K., Gulben C. 2011. Assessment of target types and layouts in 3D laser scanning for registration accuracy. Automation in Construction, 20, 5, 649–658.
 
5.
Bernardello R.A., Borin P. 2022. Form follows function in a hyperboloidical cooling Tower. Nexus Netw. J., 24, 587–601.
 
6.
Bernasik J., Mikrut S. 2007. Fotogrametria inżynieryjna. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Kraków.
 
7.
Besl P.J., McKay N.D. 1992. A method for registration of 3D shapes. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 14(2), 239–256.
 
8.
Boulaassal H., Landes T., Grussenmeyer P. 2011. Reconstruction of 3D vector models of buildings by combination of ALS, TLS and VLS data. International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XXXVIII-5/W16, Trento, Italy.
 
9.
Camp G., Carreaud P., Lançon H. 2013. Large Structures: Which Solutions For Health Monitoring? International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XL-5/W2, 137–141.
 
10.
Chisholm N. 1977. Photogrammetry for cooling tower shape surveys. The Photogrammetric Record, 9(50), 173–191.
 
11.
Du S.Y., Zheng N.N., Xiong L., Ying S.H., Xue J.R. 2010. Scaling iterative closest point algorithm for registration of m–D point sets. Journal of Visual Communication and Image Representation, 21, 5–6, 442–452.
 
12.
Elseberg J., Borrmann D., Nüchter A. 2013. One billion points in the cloud – an octree for efficient processing of 3D laser scans. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 76, 76–88.
 
13.
Fröhlich C., Mettenleiter M. 2004. Terrestrial laser scanning – new perspectives in 3D surveying. Int. Archives Photogram. Remote Sens. Spatial Inform. Sci., 36(8/W2), 13–17.
 
14.
Gawałkiewicz R. 2007. Przykład skanowania laserowego w monitoringu obiektów powłokowych. Geomatics and Environmental Engineering, 1, 4, 93–110.
 
15.
Gawałkiewicz R. 2011. Skanowanie laserowe w monitoringu obiektów powłokowych. Przegląd Budowlany, 11/2011, 51–55.
 
16.
Glowacki T., Grzempowski P., Sudol E., Wajs J., Zajac M. 2016. The assessment of the application of terrestrial laser scanning for measuring the geometrics of cooling tower. Geomatics, Landmanagement and Landscape, 4, 49–57.
 
17.
Głowacki T. 2022. Monitoring the Geometry of Tall Objects in Energy Industry. Energies, 15, 2324.
 
18.
Głowacki T., Muszyński Z. 2018. Analysis of cooling tower’s geometry by means of geodetic and thermovision method. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., 365, 042075.
 
19.
Gocał J. 1980. Zasady prowadzenia geodezyjnych badań hiperboloidalnych chłodni kominowych. Zeszyty Naukowe Akademii Górniczo-Hutniczej, Geodezja, 61, 63–85.
 
20.
Gould P.L., Krätzig W.B. 1999. Cooling Tower Structures, Structural Engineering Handbook. C. Wai-Fah (ed.). CRC Press LLC, Boca Raton, United States.
 
21.
Harte R., Krätzig W.B. 2002. Large-scale cooling towers as part of an efficient and cleaner energy generating technology. Thin-Walled Structures, 40, 7–8, 651–664.
 
22.
Hojdys Ł., Krajewski P., Seręga S., Płachecki M. 2012. Stan techniczny powłoki żelbetowej hiperboloidalnej chłodni kominowej z dużymi imperfekcjami po 35 latach użytkowania. Przegląd Budowlany, 83, 4, 71–74.
 
23.
Ioannidis C., Valani A., Georgopoulos A., Tsiligiris E. 2006. 3D model generation for deformation analysis using laser scanning data of a cooling tower. 3rd IAG, 12th FIG Symposium on Deformation Measurements, Baden, Austria, 22–24.
 
24.
Jasińska E., Preweda E. 2004. A Few Comments on Determining the Shapes of Hyperboloid Cooling Towers by the Means of Ambient Tangents Method. Półrocznik AGH 10, 1, Kraków.
 
25.
Kadaj R. 1973. Metodyka geodezyjnej inwentaryzacji budowli o kształcie jednopowłokowej hiperboloidy obrotowej. Zeszyty Naukowe AGH, 377, 23, 65–87.
 
26.
Kasprzycki K. 1978. Metody wyznaczania rzeczywistego kształtu przestrzennych konstrukcji powłokowych. Przegląd Geodezyjny, 7, 217–221.
 
27.
Kocierz R. 2014. Ocena oddziaływania wpływów termicznych na wyniki geodezyjnych przemieszczeń budowli żelbetowych. Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Kraków.
 
28.
Kocierz R., Ortyl Ł., Kuras P., Owerko T., Kędzierski M. 2016. Geodezyjne metody pomiarowe w diagnostyce obiektów budownictwa energetycznego. Materiały Budowlane, 5 (525), 95–96.
 
29.
Kocierz R., Rebisz M., Łukasz O. 2018. Measurement point density and measurement methods in determining the geometric imperfections of shell surfaces. Reports on Geodesy and Geoinformatics, 105, 19–28.
 
30.
Kwinta A., Bac-Bronowicz J. 2021. Analysis of hyperboloid cooling tower projection on 2D shape. Geomatics, Landmanagement and Landscape, 3, 25–40.
 
31.
Lingaraju M.K.C., Girisha S.K., Channabasappa S.B., Karigowda M.A. 2021. Study on Dynamic Behavior of Natural Draft Cooling Tower Considering the Effect of Soil-Structure Interaction. Civil and Environmental Engineering Reports, 31(4), 17–32.
 
32.
Majde A. 1991. Metody pomiarów chłodni kominowych – przebieg, problemy, wnioski. Przegląd Geodezyjny, 43, 10, 13–15.
 
33.
Makuch M. 2018. Application of terrestrial laser scanning in the process of modernization of hyperboloid cooling towers. Ph.D. Thesis. Faculty of Environmental Engineering and Land Surveying, University of Agriculture in Krakow.
 
34.
Makuch M. 2023. Detection of rising damp and material changes on hyperboloid cooling tower shells based on the intensity of the reflected laser beam. Geomatics, Landmanagement and Landscape, 4, 135–156.
 
35.
Makuch M., Gawronek P. 2020. 3D Point Cloud Analysis for Damage Detection on Hyperboloid Cooling Tower Shells. Remote Sensing, 12(10), 1542.
 
36.
Malcher Z. 1999. Systemy pomiaru i oceny kształtu chłodni kominowych. Przegląd Geodezyjny, 11, 30–33.
 
37.
Mercik S. 2000. Legislacja pomiarów geodezyjnych chłodni kominowych. II Konferencja Naukowo-Techniczna. Problemy eksploatacji, remontów i wznoszenia budowlanych obiektów energetycznych. Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej, 78, 141–148.
 
38.
Mercik S., Borkowy K. 1999. Systemy pomiaru i oceny kształtów chłodni kominowych oraz urządzeń szynowych transportu wewnętrznego. Raport końcowy, cz. I: Chłodnie kominowe. Projekt badawczy KBN Nr 9T12E023/11p05.
 
39.
Mohamed A., Wilkinson B. 2009. Direct Georeferencing of Stationary LiDAR. Remote Sens., 1, 1321–1337.
 
40.
Monserrat O., Crosetto M. 2008. Deformation measurement using terrestrial laser scanning data and least squares 3D surface matching. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 63, 142–154.
 
41.
Muszyński Z. 2013. Zastosowanie metody Hampela do aproksymacji modelu teoretycznego chłodni kominowej w podejściu dwuwymiarowym. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, 25, 117–126.
 
42.
Muszyński Z., Szczepański J. 2012. Zastosowanie naziemnego skaningu laserowego do oceny stanu geometrycznego chłodni kominowej. Inżynieryjne zastosowania geodezji. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 29–38.
 
43.
Piot S., Lancon H. 2012. New Tools for the Monitoring of Cooling Towers. Proceedings of the 6th European Workshop on Strutural Health Montoring, Dresden, Germany.
 
44.
Shortis M.R., Fraser C.S. 1991. Current trends in close-range optical 3D measurement for industrial and engineering applications. Survey Review, 31(242), 188–200.
 
45.
Wenjie L., Shitang K., Yang J., Wu H., Wang F., Han G. 2022. Wind-induced collapse mechanism and failure criteria of super-large cooling tower based on layered shell element model. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 221, 104907.
 
46.
Woźniak M. 2011. Geodetic inventory of a cooling tower using reflectorless technique. Reports on Geodesy. Politechnika Warszawska. Instytut Geodezji Wyższej i Astronomii Geodezyjnej, 1/90, 515–524.
 
47.
Zdanowicz K. 2011. Geodezyjny monitoring deformacji powierzchni hiperboloidalnych chłodni kominowych. Czasopismo Techniczne. Budownictwo, 108, 1-B, 207–218.
 
ISSN:2300-1496
Journals System - logo
Scroll to top