Schválené projekty 2019

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2019

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 55 404 010 Kč

Z toho 0,18 % - 99 192 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakulta přidělená částka v Kč
FBI  1 433 100
EKF  3 711 635
FAST  2 600 000
FS   8 127 164
FEI 15 797 594
HGF   5 859 651
FMT  7 597 824
VC 10 177 850
CELKEM 55 304 818

KódSP2019/79
Název projektuMožnosti zvýšení spolehlivosti monitorování primárního ostění tunelů s optickými vlákny
ŘešitelFajkus Marcel Ing., Ph.D.
Školitel projektudoc. RNDr. Eva Hrubešová, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2019 - 31.12.2019
Předmět výzkumu1 PŘEDMĚT VÝZKUMU

1.1 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY

Diagnostický a geotechnický monitoring je dnes neodmyslitelnou součástí výstavby inženýrských staveb a jejich provozování. Speciálním druhem inženýrských staveb jsou dálniční nebo železniční tunely, jež jsou celým objemem umístěny v horninovém prostředí. Budování těchto staveb výrazným způsobem ovlivňuje stabilitu okolního prostředí. Z tohoto důvodu je nutné provádět sledování spolupůsobení horninového masivu s konstrukčními prvky podzemního díla, jak při jeho výstavbě, tak v reálném provozu.

V současnosti je možné využít celou řadu technik monitorování podzemních děl, jejichž míra využití je ovlivněna inženýrskogeologickými a hydrogeologickými podmínkami v lokalitě ražby, tvarem a rozměry tunelu, charakterem ostění, aplikovanou technologii ražení apod. Nezbytnou součástí ražby s využitím Nové rakouské tunelovací metody je zejména monitoring konvergence výrubu díla, přetvoření obklopujícího horninového prostředí, vývoje poklesové kotliny na povrchu nad tunelem, napětí v ostění tunelu a osových sil v kotvách. Konvenční monitorovací přístupy jsou standardně založeny na mechanickém, optickém, hydraulickém, indukčním či magnetickém principu nebo využívají odporové nebo strunové tenzometrické elektrické snímače, které mohou mít však i řadu omezení a nevýhod. Mezi zásadní nevýhodu lze považovat tu skutečnost, že poskytují pouze určitou „bodovou“ informaci o monitorované veličině v závislosti na umístění sensoru či sledovaného bodu. Pro získání detailnější prostorové informace by bylo nutno aplikovat velké množství těchto standardních snímačů, což zvyšuje jak ekonomické náklady na jejich pořízení i vlastní odečet, tak i požadavky na rozsáhlou kabeláž pro napájení i sběr informací. Navíc, tyto standardně využívané sensory mohou být často ovlivněny změnami teploty, ve vlhkém prostředí mohou podléhat korozi či dalším negativním vlivům. Již z podstaty elektrických snímačů rovněž plyne, že jsou náchylné na elektromagnetické rušení, což může způsobovat problémy zejména v případě monitoringu již provozovaných železničních tunelů při pohybu vlakových souprav s elektrickými zařízeními.

V současnosti se pro geotechnický monitoring používají standardní strunové nebo piezoelektrické snímače apod [1-2]. Dle potřeb stavby se pak využívají následující metody monitoringu: inklinometrické nebo extenzometrické měření, měření dilatace na trhlinách, měření deformací výrubu nebo povrchu, geodetická měření apod. [3] U těchto staveb se realizuje vnitřní monitorování zatížení primárního resp. sekundárního ostění a konvergenční monitoring nebo vnější monitoring posuvu horninového nadloží pomocí inklinometrů resp. extenzometrů apod. Velmi důležitým typem je observační monitoring, při kterém je podzemní dílo sledováno při samotné výstavbě. [4-6] Přestože jsou konvenční přístupy monitorování podzemních staveb dnes využívané, vykazují řadu nevýhod. V rámci monitoringu je nutné využít velký počet jednobodových senzorů, s čímž souvisí komplikovaná a velmi hustá síť přívodních kabelů. Dále musí být konvenční senzory elektricky napájeny, s čímž souvisí problémy s elektromagnetickým rušením, projevují se problémy s korozí a další.

Alternativní přístup k monitoringu tunelů, který se velmi rychle rozvíjí i ve světě [7-12], pak představují optovláknové technologie, které se vyznačují imunitou vůči elektromagnetickému rušení, dlouhou životností a spolehlivostí, odolností vůči teplotě, vlhkosti a korozi, velmi malými rozměry, poddajností, pasivitou z hlediska napájení elektrickou energií apod. Velmi podstatným přínosem optovláknových měřících systémů je jejich schopnost poskytovat požadované informace podél celého liniového profilu optického vlákna.

Mezi nejrozšířenější optovláknové senzorické technologie patří hned po jednobodových Braggovských mřížkách distribuované systémy založené na Brillounově rozptylu (BOTDR). Distribuované systémy pak umožňují sledovat měřenou veličinu podél celého optického vlákna do délky až několika desítek kilometrů. Díky těmto vlastnostem je možné realizovat hustou senzorickou síť s minimálními nároky na přívodní kabeláž. Kromě deformačních měření poskytují také monitorování tepelných polí a jejich změn již v průběhu betonáže nebo sezónních teplotních změn, které mohou vést ke vzniku trhlin či vyšší míry degradace a porušení podzemního díla a jeho ostění. [13-15]

1.2 NÁVAZNOST NA PŘEDCHÁZEJÍCÍ PROJEKT SP2018/55

Nasazení optovláknových distribuovaných systémů a jejich testování proběhlo již při ražbě dálničního tunelu v Žilině (SR) v roce 2017 a dále za podpory projektu SGS na Fakultě stavební s označením SP2018/55 při ražbě železničního tunelu u Milochova (SR) v roce 2018, kde měření pokračují. První testování bylo realizováno se standardními optickými kabely určenými pro telekomunikační přenosy, které jsou mnohonásobně levnější než speciální kabely určené pro měření deformací. Osazení těchto kabelů probíhalo na příhradové nosníky v rámci primárního ostění tunelu.

Cílem projektu předchozího projektu SGS SP2018/55 bylo testování jednobodových senzorů FBG a standardních optických kabelů zalévaných do betonových trámců, určení jejich vhodnosti pro monitorování betonových konstrukcí, určení jejich citlivostí na působící deformace a stanovení možnosti využití optovláknových technologií pro distribuované monitorování zatížení tunelů. Kalibrace v laboratoři ukázaly, že vybrané standardní kabely vykazují citlivost od 20 do 50 kHz/microstrain, kdy minimální rozlišitelné deformace se nacházejí na hranici cca 100 microstrain. Na základě těchto měření byly vybrané kabely implementovány do raženého železničního tunelu u Milochova (SR) a byla ověřena možnost monitorování kumulativního zatížení primárního ostění. Dlouhodobá měření potvrdila možnost využití této nové technologie pro monitorovací účely, kde výsledky získané s optovláknovými technologiemi korespondují s obvyklým chováním podzemního díla.

Výsledky spojené s využitím optovláknových technologií ve stavebnictví byly publikovány v časopise s IF 0,549 [16], na konferenci SPIE indexované na SCOPUS a WoS se SJR 0,234 [17-18] a na konferenci Geotechnika 2018. Výsledky ukazují, že výzkum aplikace optovláknových technologií při monitorování podzemních děl je velmi aktuální.

Současně se ale objevily další problémy a otázky, které je nutné řešit pro dosažení spolehlivého a přesného monitorování zatížení tunelů a jsou náplní této přihlášky projektu SGS.

Jedná se především o problémy s předepnutím a fixací optického kabelu na ocelové nosníky (bretexy), které vysokou měrou ovlivňují soudružnost optického kabelu po celé jeho délce s ocelovými nosníky a stříkaným primárním ostěním tunelu. Eliminace tohoto nedeterministického chování zajistí dosažení stejných počátečních podmínek pro všechny realizované instalace optických kabelů a následná měření.

Další potřebou je porovnání dat získaných s optickými vlákny a s konvenčními metodami využívanými pro monitoring tunelu. Cílem tohoto srovnání je podat kvantifikovanou informaci o korelaci a přesnosti měření s distribuovanými optickými systémy.

Dalším nedostatkem se ukázala nepostačující citlivost vybraných kabelů v případech, kde je nutné měřit velmi malé relativní deformace (i pod hranicí 100 microstrain). S tímto souvisí také nutnost kompenzace vlivu fluktuace okolní teploty a působící vlhkosti.

Velmi důležitou otázkou je také znalost životnosti vybraných optických vláken a kabelů implementovaných do agresivních, vysoce zásaditých prostředí betonových konstrukcí. Znalost intenzity působení tohoto prostředí na optické kabely je nutnou podmínkou při nasazení optovláknových snímačů v oblasti stavebnictví.

Cílem této přihlášky projektu SGS na rok 2019, která částečně navazuje na předchozí řešený projekt SP2018/55, je zodpovězení na výše uvedené problémy a otázky, které jsou klíčové pro praktické nasazení optovláknových distribuovaných systémů pro monitorování podzemních děl z pohledu spolehlivosti a přesnosti naměřených dat.

[1] Q. Feng, H. Xiao, Q. Kong, Y. Liang, and G. Song, “Damage detection of concrete piles subject to typical damages using piezoceramic based passive sensing approach,” J. Vibroengineering, vol. 18, no. 2, pp. 801–812, 2016.
[2] V. Talakokula, S. Bhalla, and A. Gupta, “Monitoring early hydration of reinforced concrete structures using structural parameters identified by piezo sensors via electromechanical impedance technique,” Mech. Syst. Signal Process., vol. 99, pp. 129–141, 2018.
[3] Millogo, Y., Morel, J.-C., Traoré, K. and Ouedraogo R. (2012) Microstructure, Geotechnical and Mechanical Characteristics of Quicklime-Lateritic Gravels Mixtures Used in Road Construction. Construction and Building Materials, 26, 663-669.
[4] Burland J.B., Standing J.R. and Jardine F.M. (2001) “Building Response to Tunnelling” Case studies from construction of the Jubilee Line Extension, London. Thomas Telford publishers, London.
[5] LUNARDI, Pietro. DESIGN AND CONSTRUCTION OF TUNNELS: Analysis of controlled deformation in rocks and soils (ADECO-RS). Milano: Springer, 2008. ISBN 978-3-540-73874-9.
[6] Tunnels and Tunnelling (2001) “European Practice in geotechnical instrumentation for tunnel construction control”, Tunnels and Tunnelling International, April 2001, pp 51-54.
[7] Song, G., Li, W., Wang, B., and Ho, S. C. M., "A review of rock bolt monitoring using smart sensors," MDPI AG 17(4), (2017).
[8] S. C. M. Ho, W. Li, B. Wang, and G. Song, “A load measuring anchor plate for rock bolt using fiber optic sensor,” 26(5), (2017).
[9] T. M. Do and Y. S. Kim, “Prediction of load transfer depth for cost-effective design of ground anchors using FBG sensors embedded tendon and numerical analysis,” 10(6), 737–755, (2016).
[10] GUE, C.Y., WILCOCK, M., ALHADDAD, M.M., ELSHAFIE, M.Z.E.B., SOGA, K. Monitoring the effects of tunnelling under an existing tunnel-fibre optics. Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground – Yoo, Park, Kim & Ban (Eds), 2014. Korean Geotechnical Society, Seoul, Korea, ISBN 978-1-138-02700-8.
[11] HUANG A.B., LEE J.T., WANG C.C., HO Y.T., CHUANG T.S. Field Monitoring of Shield Tunnel Lining Using Optical Fiber Bragg Grating Based Sensors. In: Proc. of the 18-th International Conference on soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Paris, 2013.
[12] KOJIMA, Y., KURIBAYASHI, K., ASAKURA, T., ITO, H. The damage supervising method of tunnel lining by the optical fiber. Tunnels and Underground. Vol. 36, No. 2.,2005. pp.47-54.
[13] TACHIBANA, N., KOJIMA, Y. NAKAYAMA, T., TANABE, M. Tunnel Monitoring System using Optical Fiber Sensor ort he Electric Conductible Paint. Railway technical Research Institute, Tokyo, Japan.
[14] MOHAMAD, H., BENNETT, P.J., SOGA, K., MAIR, R.J., LIM, C.S., et al. Monitoring tunnel deformation induced by close-proximity bored tunneling using distributed optical fiber strain measurements. In: Proc. the Seventh International Symposium on Field Measurements in Geomechanics. Boston, 2007.
[15] INAUDI, D., CASANOVA, N., STEINMANN, G., MATHIER, J.F., MARTINOLA, G., SOFO: Tunnel Monitoring with Fiber Optic Sensors. In: Reducing Risk in Tunnel Design and Construction. 1998, Basel, Switzerland.
[16] Fajkus, M., Nedoma, J., Mec, P., Hrubesova, E., Martinek, R. and Vasinek, V., “Analysis of the highway tunnels monitoring using an optical fiber implemented into primary lining,” J. Electr. Eng. 68(5) (2017).
[17] Fajkus, M., Nedoma, J., Mec, P., Jargus, J., Vanus, J., Martinek, R. and Vašinek, V., “Standard optical fibers for load measuring of concrete structures using BOTDR,” Proc. SPIE - Int. Soc. Opt. Eng. 10654 (2018).
[18] Fajkus, M., Nedoma, J., Mec, P., Novak, M. and Zabka, S., “Standard optical cables for building structures monitoring with BOTDR in harsh environments,” Proc. SPIE - Int. Soc. Opt. Eng. 10795 (2018).

1.3 PŘEHLED POUŽITÝCH METOD

V rámci projektu budou činnosti rozděleny na dvě oddělené větve.

V první větvi bude realizováno zkoušení betonových trámců v laboratoři na Fakultě stavební, kde jsou k dispozici hydraulické lisy. V rámci těchto zkoušek budou hledány vhodné metody fixace optických kabelů na ocelové výztuže a vliv předepnutí těchto kabelů na přesnost a opakovatelnost měření. V rámci zkoušení těchto trámců bude probíhat testování možností kompenzace vlivu teploty a vlhkosti. Tyto zkoušky budou probíhat jednak s vybranými a ověřenými kabely z řešení předchozího projektu SGS SP2018/55, ale také s novými kabely s těsnější vazbou mezi optickým vláknem a pláštěm kabelu pro měření i velmi malých deformací do 100 microstrain. Rozsah těchto prací a počet testovaných trámců nelze přesně specifikovat, nicméně aktuální potřeby předpokládají realizaci a odzkoušení minimálně 4 trámců.

Druhou úroveň pak tvoří sjednaná spolupráce s firmou Subterra a.s. na budovaném železničním tunelu Milochov. Zde bude probíhat dlouhodobé měření s již instalovanými kabely (v současnosti funkční implementace na dvou místech). Cílem těchto měření je ověření nedegradování měřicích optických vláken a parametrů měření s těmito vlákny a dále sběr co největšího množství naměřených dat pro potřeby publikování výsledků v impaktovaných časopisech. Díky spolupráci s firmou Subttera a.s. máme nově přístup k referenčním datům (měření konvergence a extenzometrická měření) získaných konvenčními technologiemi, což bude přidanou hodnotou oproti minulým publikacím. Současně budou implementovány další měřicí úseky na základě dosažených výsledků v laboratoři.

1.4 HARMONOGRAM ŘEŠENÍ

Leden: Podrobná analýza všech získaných dat z předcházejících distribuovaných měření, rešerše optických kabelů vhodných pro měření malých deformací ve stavebnictví, měření v tunelu Milochov.

Únor–březen: Návrh metod fixace a předepnutí optického kabelu na ocelové výztuže, realizace betonového trámce č.1 s využitím minimálně dvou typů optických vláken/kabelů a tenzometrů, zkouška trámce a vyhodnocení výsledků, příprava minimálně jednoho konferenčního příspěvku, měření v tunelu Milochov.

Duben–květen: Realizace betonového trámce č.2 s druhou sadou optických vláken/kabelů a tenzometrů, zkouška trámce a vyhodnocení výsledků, matematické modelování zatížení trámce, návrh metod SW zpracování dat pro korektní prezentaci naměřených údajů, měření v tunelu Milochov.

Červen–červenec: Realizace betonového trámce č. 3 s třetí sadou optických vláken/kabelů, zkouška trámce a vyhodnocení výsledků, implementace měřicího úseku č. 1 do tunelu Milochov s novým typem optického kabelu a definovanou metodou fixace, příprava časopiseckého výstupu, matematické modelování zatížení tunelu Milochov v místech implementace optických vláken/kabelů, měření v tunelu Milochov.

Srpen–září: Realizace betonového trámce č. 4 se čtvrtou sadou optických vláken/kabelů, zkouška trámce a vyhodnocení výsledků, měření v tunelu Milochov.

Říjen–listopad: Implementace měřicího úseku č. 2 do tunelu Milochov s novým typem optického kabelu, měření v tunelu Milochov.

Prosinec – vyhodnocení projektu SGS, měření v tunelu Milochov, psaní závěrečné zprávy projektu.

1.5 ŘEŠITELSKÝ KOLEKTIV

1.5.1 Zdůvodnění zapojení jednotlivých členů týmu

Ing. Marcel Fajkus, Ph.D. (student) – hlavní řešitel, realizace betonových trámců, návrh metod předepnutí a fixace optických kabelů na ocelové výztuže, návrh metod uložení optických vláken do betonových konstrukcí, příprava a zkoušky v laboratoři, konzultace a koordinace spolupráce s firmou Subterra, a.s., příprava a realizace měření v tunelu Milochov, návrh a implementace metod SW zpracování, analýza výsledků a zpracování dat, psaní publikačních výstupů. Náplň projektu SGS je obsahem disertační práce hlavního řešitele s názvem Monitoring deformací tunelů s využitím optických vláken.

Ing. Jan Nedoma, Ph.D. (student) – realizace betonových trámců, zkoušky v laboratoři, implementace kabelů a měření v tunelu Milochov, psaní publikačních výstupů.

Ing. Pavel Mec (student) – numerické modelování zatížení betonových trámců a tunelu, osoba nutná pro obsluhu zařízení, měření s referenčními tenzometry, návrh metod předepnutí a fixace optických kabelů a jejich implementace v tunelu Milochov, psaní publikačních výstupů.

Doc. RNDr. Eva Hrubešová, Ph.D. (akademický pracovník) – školitel, konzultace a koordinace s firmou Subterra a.s., konzultace spojená s optimalizací umístění měřicích úseků v tunelu a prezentací naměřených dat.

Hlavní řešitel projektu Ing. Marcel Fajkus, Ph.D. se zabývá využitím optovláknových senzorů v oblasti železniční a automobilové dopravy, perimetrických systémů a biomedicínských aplikací již 7 let na katedře Telekomunikační techniky, Fakulty elektrotechniky a informatiky. Ve spolupráci s Ing. Pavlem Mecem se zabývá využitím optovláknových senzorů ve stavebnictví od roku 2014 a společně spolupracují při využití optovláknových technologií při monitorování tunelů již třetím rokem.

1.5.2 Nejvýznamnější publikační a aplikační výstupy řešitelů projektu

Uvedeno je max. 5 publikačních a max. 5 aplikačních výstupů.
Ing. Marcel Fajkus, Ph.D. (Author Scopus ID: 55645595200, ORCID 0000-0001-9544-4533)
- Celkový počet publikací (SCOPUS): 107
- H index = 7 (bez autocitací)
- Celkový počet platných patentů: 3

[1] Fajkus, M., Nedoma, J., Martinek, R., Vasinek, V., Nazeran, H., Siska, P. A non-invasive multichannel hybrid fiber-optic sensor system for vital sign monitoring (2017) Sensors (Switzerland), 17 (1), art. no. 111, (IF 2017: 2.475)
[2] Fajkus, M., Nedoma, J., Mec, P., Hrubesova, E., Martinek, R. and Vasinek, V., “Analysis of the highway tunnels monitoring using an optical fiber implemented into primary lining,” J. Electr. Eng. 68(5) (2017).
[3] Martinek, R., Kahankova, R., Jezewski, J., Jaros, R., Mohylova, J., Fajkus, M., Nedoma, J., Janku, P., Nazeran, H. Comparative effectiveness of ICA and PCA in extraction of fetal ECG from abdominal signals: Toward non-invasive fetal monitoring (2018) Frontiers in Physiology, 9 (MAY), art. no. 648. DOI: 10.3389/fphys.2018.00648. (IF 2017: 3.394)
[4] Nedoma, J., Kepak, S., Fajkus, M., Cubik, J., Siska, P., Martinek, R., Krupa, P. Magnetic Resonance Imaging Compatible Non-Invasive Fibre-Optic Sensors Based on the Bragg Gratings and Interferometers in the Application of Monitoring Heart and Respiration Rate of the Human Body: A Comparative Study (2018) Sensors (Basel, Switzerland), 18 (11), DOI: 10.3390/s18113713 (IF 2017: 2.475)
[5] Martinek, R., Nedoma, J., Fajkus, M., Kahankova, R., Konecny, J., Janku, P., Kepak, S., Bilik, P., Nazeran, H. Aphonocardiographic-based fiber-optic sensor and adaptive filtering system for noninvasive continuous fetal heart rate monitoring (2017) Sensors (Switzerland), 17 (4), art. no. 890, (IF 2017: 2.475)
[6] VASINEK, V., J. NEDOMA, J. CUBIK, S. KEPAK, P. ZAVODNY, R. MARTINEK, P. SISKA a M. FAJKUS. Způsob měření rychlosti v dopravním provozu a nedestruktivní systém pro provádění tohoto způsobu. 306992, Patent. Uděleno: 20.9.2017.
[7] VASINEK, V., J. NEDOMA, J. FAJKUS, M. a R. MARTINEK. Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla. 306857, Patent. Uděleno: 28.6.2017.
[8] VASINEK, V., J. JARGUS, J. VITASEK, M. NOVAK, O. ZBORIL, J. NEDOMA, M. FAJKUS. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou. 307197, Patent. Uděleno: 31.01.2018.

Ing. Jan Nedoma, Ph.D. (Author Scopus ID: 57014879400)
- Celkový počet publikací (SCOPUS): 99
- H index = 8 (bez autocitací)
- Celkový počet platných patentů: 3

[1] Martinek, R., Kahankova, R., Jezewski, J., Jaros, R., Mohylova, J., Fajkus, M., Nedoma, J., Janku, P., Nazeran, H. Comparative effectiveness of ICA and PCA in extraction of fetal ECG from abdominal signals: Toward non-invasive fetal monitoring (2018) Frontiers in Physiology, 9 (MAY), art. no. 648. DOI: 10.3389/fphys.2018.00648. (IF 2017: 3.394)
[2] Nedoma, J., Kepak, S., Fajkus, M., Cubik, J., Siska, P., Martinek, R., Krupa, P. Magnetic Resonance Imaging Compatible Non-Invasive Fibre-Optic Sensors Based on the Bragg Gratings and Interferometers in the Application of Monitoring Heart and Respiration Rate of the Human Body: A Comparative Study (2018) Sensors (Basel, Switzerland), 18 (11), DOI: 10.3390/s18113713 (IF 2017: 2.475)
[3] Fajkus, M., Nedoma, J., Martinek, R., Vasinek, V., Nazeran, H., Siska, P. A non-invasive multichannel hybrid fiber-optic sensor system for vital sign monitoring (2017) Sensors (Switzerland), 17 (1), art. no. 111, (IF 2017: 2.475)
[4] Martinek, R., Nedoma, J., Fajkus, M., Kahankova, R., Konecny, J., Janku, P., Kepak, S., Bilik, P., Nazeran, H. Aphonocardiographic-based fiber-optic sensor and adaptive filtering system for noninvasive continuous fetal heart rate monitoring (2017) Sensors (Switzerland), 17 (4), art. no. 890, (IF 2017: 2.475)
[5] Vanus, J., Belesova, J., Martinek, R., Nedoma, J., Fajkus, M., Bilik, P., Zidek, J. Monitoring of the daily living activities in smart home care (2017) Human-centric Computing and Information Sciences, 7 (1), art. no. 30. DOI: 10.1186/s13673-017-0113-6. (IF 2017: 1.967)
[6] VASINEK, V., J. NEDOMA, J. CUBIK, S. KEPAK, P. ZAVODNY, R. MARTINEK, P. SISKA a M. FAJKUS. Způsob měření rychlosti v dopravním provozu a nedestruktivní systém pro provádění tohoto způsobu. 306992, Patent. Uděleno: 20.9.2017.
[7] VASINEK, V., J. NEDOMA, J. FAJKUS, M. a R. MARTINEK. Optovláknový měřicí systém pro monitorování vitálních funkcí lidského těla. 306857, Patent. Uděleno: 28.6.2017.
[8] VASINEK, V., J. NEDOMA, J. ZBORIL, O. a T. KAJNAR. Optovláknový a dotykový senzor pro zabezpečení vybraných prostor. 305969, Patent. Uděleno: 13.4.2016.
[9] VASINEK, V., J. JARGUS, J. VITASEK, M. NOVAK, O. ZBORIL, J. NEDOMA, M. FAJKUS. Svítidlo se zdrojem budicího záření a luminiscenční vrstvou. 307197, Patent. Uděleno: 31.01.2018.
[10] VASINEK, V., K. WITAS, J. NEDOMA. Zapojení generátoru časové prodlevy. 307283, Patent. Uděleno: 28.03.2018.

Ing. Pavel Mec (Author Scopus ID: 55753354000)
- Celkový počet publikací (SCOPUS): 37
- H index = 3 (bez autocitací)

[1] Fajkus, M., Nedoma, J., Mec, P., Hrubesova, E., Martinek, R. and Vasinek, V., “Analysis of the highway tunnels monitoring using an optical fiber implemented into primary lining,” J. Electr. Eng. 68(5) (2017).
[2] Daňková, J., Mec, P. and Majstríková, T., “Stiffness analysis of glued connection of the timber-concrete structure,” Open Eng. 6(1), 241–249 (2016).
[3] Daňková, J., Mec, P. and Majstríková, T., “Stiffness analysis of glued connection of the timber-concrete structure,” Open Eng. 6(1), 241–249 (2016).
[4] Majstríková, T., Mec, P. and Daňková, J., “Application of thermal analysis for the quantification of mineralization in surface wooden layers,” Key Eng. Mater. 776 KEM, 3–8 (2018).
[5] Daňková, J., Majstríková, T. and Mec, P., “Bonded joints in water-repellent timber structures,” Key Eng. Mater. 714, 3–9 (2016).
Členové řešitelského týmuIng. Marcel Fajkus, Ph.D.
doc. RNDr. Eva Hrubešová, Ph.D.
Ing. Pavel Mec
Ing. Jan Nedoma, Ph.D.
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)2 SPECIFIKACE VÝSTUPŮ

Projekt je směrován na hledání vhodných metod fixace optických kabelů na příhradové nosníky a metody kompenzace vlivu teploty a vlhkosti, analýzu vlivu předepnutí optických kabelů a vliv stárnutí optických vláken pro potřeby monitorování zatížení v reálných podmínkách stavby železničního tunelu Milochov. Velmi významným bodem bude testování dalších vhodných typů optických vláken a kabelů pro měření malých deformací a hledání vhodného způsobu osazení do primárního ostění pro dosažení potřebné citlivosti a opakovatelnosti měření. Současně budou získané výsledky průběžně využívány při instalaci optických kabelů při výstavbě tunelu Milochov, kde bude současně probíhat opakované měření pro sběr co největšího množství naměřených dat potřebných pro publikační činnost. Kromě uvedených cílů budou činnosti na projektu naplňovat základní výzkum využití optovláknových technologií ve stavebnictví pro monitorování tunelů, což je tématem disertační práce „Monitoring deformací tunelů s využitím optických vláken“ hlavního řešitele projektu Ing. Marcela Fajkuse, Ph.D. pod vedením školitelky doc. RNDr. Evy Hrubešové, Ph.D.

2.1 JEDNOTLIVÉ BODY PROJEKTU

- Volba vhodné metody fixace optických kabelů na příhradové nosníky primárního ostění tunelu.
- Analýza vlivu předepnutí optických kabelů na přesnost a opakovatelnost měření.
- Návrh metody kompenzace nežádoucích vlivů okolní teploty a vlhkosti.
- Laboratorní kalibrace optovláknových distribuovaných systémů na měření deformací, specifikace přesnosti a rozlišení systému, korelace naměřených údajů s optickými kabely a daty z konvenčních snímačů získaných z měření v tunelu.
- Pokračující spolupráce s firmou Subterra, a.s., implementace dalších měřicích úseků s optickými kabely při výstavbě železničního tunelu Milochov a dlouhodobá měření potřebná pro publikační účely.
- Pokračování v realizace základního výzkumu v oblasti monitorování tunelů s optovláknovými technologiemi, jež je součástí disertační práce hlavního řešitele Ing. Marcela Fajkuse Ph.D. na téma Monitoring deformací tunelů s využitím optických vláken.
-Návrh funkčního prototypu distribuovaného monitoringu pro a) plánovanou projektovou spolupráci s firmou Subterra a.s. a/nebo b) podání projektové přihlášky GAČR.

2.2 MINIMÁLNÍ OČEKÁVANÉ VÝSTUPY ZA POŽADOVANOU FINANČNÍ PODPORU

Minimálním výstupem projektu bude 1xD (aktuálně 2 přijaté abstrakty na mezinárodní konferenci SPIE, viz dále), kdy jeden ze členů projektu svou aktivní účastí bude prezentovat výše uvedené výstupy. Zvolena byla mezinárodní konferenci SPIE - the International Society for Optics and Photonics (ISSN: 0277-786X, SJR 2017: 0.234), která je registrována v databázích SCOPUS i WoS. Výběr této konference je dán zaměřením, mimo jiné, také na využití optovláknových technologií v senzorických aplikacích. Na této konferenci byla publikována řada výstupů, které se zabývaly uspořádáním optických vláken při měření deformací s distribuovanými systémy [1-2] nebo publikace, kde byly využívány standardní optické kabely pro měření deformací betonových konstrukcí [3-4].

Dále bude výstupem projektu 1xJimp, kdy primárně bude cíleno na časopis Advances in Electrical and Electronic Engineering (ISSN: 1336-1376, SJR 2017: 0.274), který je dle serveru Scimago hodnocen jako Q2. Časopis je registrován v databázích SCOPUS i Web of Knowledge (v případě WoS se čeká na přidělení IF). Časopis byl vybrán, protože je tematicky zaměřen na optovláknové technologie a optoelektroniku. V tomto časopise již byly publikovány určité výsledky a poznatky, které lze využít při návrhu implementace optických kabelů pro distribuované měření ve stavebnictví [5]. Případně bude cíleno na časopisy Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, SJR 2017: 0.204 nebo Przeglad Elektrotechniczny, SJR 2017: 0.209 nebo IFAC-PapersOnLine, SJR 2017: 0.260, kde, již byly optovláknové technologie v rámci senzorických aplikací publikovány.

[1] Fajkus, M., Nedoma, J., Martinek, R., Bednarek, L., Jaros, J., Hruby, D., Perecar, F. and Vasinek, V., “Analysis of the impact of the deposition optical fibers on the deformation measurement with a distributed system BOTDR,” Proc. SPIE - Int. Soc. Opt. Eng. 10208 (2017).
[2] Fajkus, M., Nedoma, J., Martinek, R., Bednarek, L., Jaros, J., Hruby, D., Perecar, F. and Vasinek, V., “Analysis of the impact of the deposition optical fibers on the deformation measurement with a distributed system BOTDR,” Proc. SPIE - Int. Soc. Opt. Eng. 10208 (2017).
[3] Fajkus, M., Nedoma, J., Mec, P., Jargus, J., Vanus, J., Martinek, R. and Vašinek, V., “Standard optical fibers for load measuring of concrete structures using BOTDR,” Proc. SPIE - Int. Soc. Opt. Eng. 10654 (2018).
[4] Fajkus, M., Nedoma, J., Mec, P., Novak, M. and Zabka, S., “Standard optical cables for building structures monitoring with BOTDR in harsh environments,” Proc. SPIE - Int. Soc. Opt. Eng. 10795 (2018).
[5] Fajkus, M., Nedoma, J., Bednarek, L., Frnda, J. and Vasinek, V., “Analysis of the applicability of singlemode optical fibers for measurement of deformation with distributed systems BOTDR,” Adv. Electr. Electron. Eng. 14(4Special Issue) (2016).

2.3 ZDŮVODNĚNÍ ROZPOČTU (148 000 KČ)

2.3.1 Stipendium (50 000 Kč):

Ing. Marcel Fajkus, Ph.D. (student) - stipendium 20 000 Kč
Ing. Jan Nedoma, Ph.D. (student) - stipendium 20 000 Kč
Ing. Pavel Mec (student) - stipendium 10 000 Kč (předchozí SGS splněna s výhradou)

2.3.2 Materiálové náklady (20 000 Kč)

Nákup optických kabelů pro testování v laboratoři a pro implementaci do tunelu (15 000 Kč) a spotřebního materiálu (5 000 Kč) jako jsou chráničky, ochranné trubičky, krabičky, pásky, lepidla apod.

2.3.3 Služby (8 000 Kč)

Dle pravidel pro podávání SGS (2019) jsou do služeb započítány náklady na laboratorní zkoušky a vložné na konferenci.

Náklady na laboratorní zkoušky – Laboratoř stavebních hmot (1 000 Kč).

Vložné na konferenci (7 000 Kč) - SPIE – the International Society for Optics and Photonics (http://spie.org/conferences-and-exhibitions/optics-and-optoelectronics). Jedná minimálně o 1 publikaci typu D, vložné cca 300 $ (6 861 Kč přepočet dle kurzu (1USD = 22.8740Kč) k datu 3.12.2018). Výběr časopisu bude primárně zaměřen na takové, kde není nutné platit vložné tedy „Free access“.

2.3.4 Cestovní náhrady (55 200 Kč)

Cesta na konferenci do Prahy a ubytování na jednu noc pro jednu osobu. Dále cesty ohledně nákupů, konzultací a měření v tunelu na Slovensku.

2.3.5 Režijní náklady (14 800 Kč)

10 % poskytnuté podpory 14 800 Kč.

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia50000,-50000,-
3. Materiálové náklady20000,-10281,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-12796,-
5. Služby8000,-6618,-
6. Cestovní náhrady55200,-53505,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory14800,-14800,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady148000,-
Uznané náklady148000,-
Celkem běžné finanční prostředky148000,-148000,-