Инспекция инфраструктурных объектов с использованием БПЛА
Беспилотные летательные аппараты и системы (БПЛА/БАС) становятся мощным инструментом, обеспечивая успех и безопасность выполнения задач при инспекции всех видов инфраструктурных объектов. На конференции «LiDAR for Drone», прошедшей во Франции, в Монпелье было озвучено много новых идей и примеров использования БПЛА для задач мониторинга, контроля и инспекции протяженных объектов.
Беспилотные воздушные аэросъемочные системы активно применяются для решения задач в инфраструктурных проектах. БПЛА/БАС – это инновационная технология, предлагающая новые способы сбора и обработки данных, одновременно снижающая временные затраты и риски безопасности проектов.
В настоящее время беспилотники используются во всем мире для проверки опор линий электропередач и мостов, инженерных сооружений на территории аэропортов, железных и автомобильных дорог и многого другого. Они могут использоваться совместно с традиционными методами съемки и новейшими комплексами, использующими лазерное сканирующее оборудование, приемники ГНСС, инерциальные датчики, с помощью которых получают геопространственные данные высочайшего качества.
Приведем несколько примеров реальных проектов, чтобы понять, что происходит в области контроля объектов инфраструктуры с помощью БПЛА.
Проект 2018 года нидерландской компании GeoInspect на острове Святого Евстафия, съемка территории аэропорта для анализа общего состояния всех инфраструктурных объектов, обеспечивающих работу воздушного транспорта острова
Еще в 2017 году ураган Ирма сильно ударил по острову св. Евстафия, особенно на его восточной окраине, где расположен аэропорт острова. Во время шторма единственная взлетно-посадочная полоса этого аэропорта, расположенная всего в нескольких десятках метров от края прибрежной скалы, сильно пострадала.
«В отсутствие надлежащего морского порта, аэропорт - единственный способ доставки большого количества людей и грузов на остров и за его пределы», - рассказал Барт Зондаг, президент компании GeoInspect.
Задача GeoInspect состояла в том, чтобы разобраться какие создаются угрозы для взлетно-посадочной полосы, вызванные этим повреждением, а также обратить внимание на формирование новых оползней и оврагов в прибрежных скалах.
«Большинство карибских островов являются бесполётными зонами для беспилотников, - сказал Зондаг, - но поскольку этот аэропорт очень важен для острова, и после некоторых долгих обсуждений и переговоров мы получили разрешение на проведение полётов».
Зондаг знал, что на таком маленьком и удаленном острове может отсутствовать современная инфраструктура, например, полноценная сотовая связь.
«Итак, мы взяли с собой радиомодемы, чтобы напрямую общаться с диспетчерской вышкой аэропорта. Связь с диспетчерами помогла координировать нас и другие самолеты на протяжении всего проекта. На острове точно не было самолетов Boeing 737 или 747 - это были небольшие самолеты, которые выполняют полёты время от времени..» - вспоминает Зондаг. Детальное сканирование оврагов было выполнено с использованием довольно стандартного комплекса: мультироторного дрона DJI M600 с инерциальной системой производства Applanix и лазерной сканирующей системой.
«После выполнения основной задачи, мы решили пойти дальше и сделать фотограмметрию остальной части острова, используя небольшой беспилотник самолетного типа», - сказал Зондаг. Вся работа, включая съемку огромного, спящего вулкана острова, была завершена менее чем за неделю.
Зондаг, который был одним из докладчиков на конференции «LiDAR for Drone» в Монпелье, Франция, в марте 2019 года, представил несколько весьма впечатляющих облаков точек, показывающих чрезвычайно детализированные изображения скал около аэропорта.
«Вы можете вырезать часть этих данных и реально увидеть, насколько они точны и насколько они информативны», - сказал Зондаг. Он пояснил, что собранные данные теперь служат отправной точкой для сравнения с будущими результатами съемок. «С помощью наших программных инструментов мы можем легко загружать данные двух разных съемок и сравнивать их, чтобы увидеть любые изменения с течением времени. Таким образом, вы можете рассчитать, насколько быстро эрозия может стать проблемой для аэропорта. И затем ответить, например, на такой вопрос: Это будет в ближайшие пять лет или в ближайшие сто лет?»
Фактически, команда GeoInspect сделала интересное открытие и, возможно, помогла инженерам надолго решить проблему взлетно-посадочной полосы, находящейся под угрозой.
«Изначально мы все думали, что этот ущерб был причинен сильным морским ударом по береговой линии. Однако изображения показали, что именно дождевая вода, стекающая обратно по склону вулкана и направляющаяся к морю, вызывала этот ущерб. Сток не канализирован, поэтому он просто стекает в море любым доступным способом, и с учетом количества осадков, выпадающих от урагана, он создал эти огромные овраги».
Имея эти знания в руках, местная инжиниринговая компания решила создать новую систему водостока. «Мы, голландцы, очень хорошо строим каналы», - сказал Зондаг. «В итоге, дождевую воду стали отводить в другом направлении от взлетно-посадочной полосы и от скал, и мы уверены, что это остановит разрушение!» - резюмирует инженер.
Дроны везде и повсюду
GeoInspect была лишь одной из компаний в Монпелье, описывающей недавние проекты беспилотников, связанные со съемкой инфраструктурных объектов. Брайан Солидей, директор по доходам компании Golden Junior Unmanned, базирующейся в Колорадо, тоже представил несколько подобных проектов.
Один из недавних проектов компании Golden Junior был выполнен в Лаббоке, штат Техас, где местные власти боролись с проблемой управления ливневыми стоками. «У них была вода, подаваемая в боковые каналы, питающие 90-дюймовую магистраль. Это большая канализационная линия, в которой много шлама. Заказчик хотел получить профили линейных объектов. Наши конкуренты предложили для выполнения этого проекта обычные методы съемки, но и они даже не смогли приблизиться к нам с точки зрения времени и стоимости выполнения работ, поэтому мы получили эту работу», - сказал Солидей.
Проект включал работу в городской среде, в густонаселенных районах: то есть сбор данных в жилых кварталах, где есть автомобильные пробки, много людей и парков. «Один район, который мы также смогли снять, был недавно затоплен, а поверхность покрыта грязью и сорняками», - рассказал Солидей.
Полеты над городскими районами, конечно, подразумевают специальные разрешения. Солидей пояснил, что помощь в получении разрешения может оказать наличие уже ряда выполненных проектов, над которыми вы работали, и список предыдущих разрешений. Пока выполняется полёт, возможно ли собрать все возможные дополнительные данные? Ответ Солидея на этот вопрос звучит так: «Да есть такие примеры. Мы выполняли аэросъемку в Юме, штат Колорадо, где заказчик просил снять только небольшую часть города. Как только у нас было получено разрешение, мы начали работы и выполнили съемку всего города, потому что мы знали, что в итоге, они захотят получить данные и по остальной территории. Мы также знали, что есть еще один проект развития дорожной инфраструктуры, который будет проходить прямо там, поэтому мы сможем продать эти данные два или три раза. Это положительный момент - иметь возможность продавать одни и те же данные снова и снова. Заказчику нужны были только цифровые модели местности, но мы сделали также ортофотоснимки, чтобы потом их также продать».
Лазерное сканирование остается одной из самых мощных и универсальных технологий получения геопространственных данных. И конечно, лазерное сканирование с БПЛА также будет использоваться все больше и в самых разных областях. Статистика показывает, что идет рост числа компаний и предприятий, которые применяют сканеры с беспилотниками в своих проектах. Как сказал Солидей, «Выполняя проекты мы видим, что все больше и больше наших заказчиков переходят к внедрению использования беспилотников. Такие запросы расширяют круг задач, которые мы можем выполнить. Уже сейчас мы помогаем создавать нашим клиентам их собственные подразделения по БПЛА. Мы можем помочь определить стандартные процедуры, меры по охране труда и технике безопасности, а также все процессы, которые компании необходимо внедрить, чтобы они действительно начали самостоятельно выполнять безопасные и эффективные полёты для себя».
Мы спросили Льюиса Грэма президента компании GeoCue Group, видит ли он тоже компании, которые начали заниматься беспилотными съемками своими силами для себя. «Да, конечно, - сказал он, - наша компания существует с 2003 года, и мы выполняем большую часть работ с использованием пилотируемой технологии воздушного лазерного сканирования, в основном в области программного обеспечения. Мы вышли на рынок сканирования с БПЛА в 2014 году, когда никто еще не воспринимал всерьез данную технологию и не задумывался об ее использовании. Мы много работаем для горной промышленности. И сейчас мы видим, что крупные компании, самостоятельно делающие расчеты и анализ наших данных, планируют создавать свои собственные отделы по БПЛА и использовать БПЛА в рамках своих систем. Еще мы можем сказать о поставщиках услуг, таких как традиционные геодезические компании, которые совсем недавно начали заключать контракты на некоторые услуги с использованием БПЛА. Такие компании также начали использовать БПЛА самостоятельно».
На вопрос: Являются ли все эти примеры признаком востребованности технологии лазерного сканирования с БПЛА? - Грэм с уверенностью отвечает, - «Абсолютно! Мы видели то же самое много лет назад с уже традиционными наземными лазерными сканерами. В то время люди вначале заказывали выполнение работ методом наземного лазерного сканирования, а затем, после 10 проектов, они говорили: Посмотрите, сколько денег мы платим, мы могли бы купить наш собственный сканер и сами выполнять эти работы».
Следующий гигантский прыжок?
Перспективы мониторинга инфраструктурных объектов с помощью БПЛА до сих пор однозначно не ясны, заметил Грэм. «Для меня удивительно, что есть только одна компания в мире, которая делает лазерный сканер, специализирующийся для выполнения аэросъемки с помощью БПЛА, — это RIEGL. Есть ряд компаний, которые производят сканеры для пилотируемых самолетов, но не для беспилотных летательных аппаратов. RIEGL - единственная компания, которая производит сканеры для БПЛА. Все остальные переориентируют мобильные сканеры, например Velodyne. Trimble, который производит наземные лазерные сканеры, а также Leica, еще не представили сканеры для беспилотников. Так что, я думаю, это показатель того, что мы все еще находимся на раннем этапе развития рынка сканирования с помощью БПЛА».
Должны ли мы искать стороннего производителя, чтобы сделать этот шаг? Грэхем сказал, что он знает, вероятно, о двух десятках китайских производителей лазерных сканеров, работающих сейчас, «но все для автомобильных решений, потому что цифры так велики. Вы знаете, что такое дрон-картография, сколько вы собираетесь продать за год по сравнению с тем, что вы могли бы продать для мобильного картографирования с установкой на автомобиле?»
Упомянув RIEGL, мы можем не можем не рассказать о презентации Филиппа Амона, менеджера компании RIEGL. Он представил на конференции линейку лазерных сканирующих систем RIEGL для БПЛА от популярного сканера miniVUX-1UAV до сканера miniVUX-1DL.
«Главное, когда вы говорите о беспилотниках, - это вес», сказал он. «Сканер miniVUX весит всего 1,55 кг, в то время как вес у его старшего брата BDF-1 - до 5,3 кг. Наши лучшие сканеры обеспечивают диапазон данных 1000 точек на квадратный метр. Это много!" Далее Амон рассказал о ряде проектов по мониторингу инфраструктуры, которые были предприняты RIEGL, включая недавнее обследование подстанции линии электропередачи. «Сканер идеально подходит для этого», - сказал он. «Фотограмметрия сама по себе не так хороша, но для нас ключом является комбинация. Если вы можете выполнять фотограмметрию в сочетании с лазерным сканированием, то это действительно отличный инструмент».
Отметим безусловно интересную позицию RIEGL, как поставщика лазерных сканеров в качестве компонентов для технологических интеграторов и поставщиков беспилотных летательных аппаратов, так и в качестве самого поставщика беспилотных летательных аппаратов со своей собственной линейкой инновационных аэросъемочных беспилотников, включая впечатляющий мультикоптер RiCOPTER.
Петтер Хоффман, региональный менеджер TRIMTEC, также верит в силу объединения нескольких сенсорных систем. «Мы продаем оборудование Trimble GNSS в Швеции и многие наши клиенты используют БПЛА для инфраструктурных проектов», - сказал он. «Некоторые проекты, в частности по съемке дорожной инфраструктуры, хорошо выполняются с помощью фотограмметрии и лазерного сканирования».
Трубопроводы также представляют особый интерес в Скандинавии. «У норвежцев много нефти», - сказал Хоффман с улыбкой. «Это похоже на инспекцию линий электропередач, где у вас есть очень длинные коридорные аэрофотосъемки. Они очень хорошо сочетаются с воздушным лазерным сканированием. В случае линий электропередач, конечно, они очень тонкие, так что вы можете получить с помощью лазерного сканирования данные всего за один пролёт. Для трубопроводов я думаю, что мы увидим решения, которые используют комбинацию различных сенсоров».
«Вы создаете облако точек с помощью сканера, а затем раскрашиваете его, например, данными с инфракрасной камеры, которая дает трехмерное тепловое изображение, что в свою очередь, например, даст вам возможность обнаружить утечку также как в теплосетях» - продолжил Хоффман.
Нажать правильные кнопки
Директор по аэросъемочным решениям Applanix Джо Хаттон считает, что рынок мониторинга с беспилотников «все еще находится в зачаточном состоянии. Технология все еще нуждается в развитии для всех вариантов применения. Многие компании сегодня довольно хорошо используют дроны с камерами или сканерами, но я думаю, что на самом деле это откроет путь к тому, что кто-нибудь полностью автоматизирует такие беспилотные системы. Вы нажимаете кнопку, и аэросъемочная система сама уходит, сама исследует, знает, как это сделать сама, и сама возвращается».
По-мнению Джо Хаттона, сдерживает этот процесс – программное обеспечение. «Аппаратное обеспечение есть, оно действительно получит программное обеспечение, которое сможет управлять беспилотником, сможет автоматизировать работу беспилотника, сможет получать все данные и делать это полностью автоматически. И даже программное обеспечение, это всего лишь один из вариантов. Вы смотрите на то, что делается на автономных транспортных средствах с точки зрения SLAM [одновременная локализация и картирование] и все такое. Это все будет сделано и на дронах. Технология есть, и программное обеспечение выполнимо. Это действительно о том, как это масштабируется для широкого применения».
Компания Applanix разрабатывает, производит, продает инерциальные системы с поддержкой технологии ГНСС для наземных, воздушных и морских лазерных сканирующих систем, и сенсоров. Applanix является отраслевым стандартом для картографирования с пилотируемых воздушных аэросъемочных платформ и предлагает обширный ассортимент продукции для беспилотного сектора.
В своей презентации Хаттон рассказал: «Applaniх является подразделением компании Trimble с 2003 года, постоянно переосмысливает существующие технологии, стремясь опережать тенденции. «Мы внедрили инерциальные система в воздушное картографирование. Мы начали с камер, затем сканеры, а затем занялись мобильным картографированием и морскими системами. Мы увидели, как подходят беспилотные летательные аппараты, и сказали: Эй, там есть возможность! Для нас это была еще одна платформа, которая движется, и нам нужно было включить её в линейку своих продуктов. Как мы это сделали? Нам пришлось разработать новые инерциальные системы и перенести их на эту платформу. Это то, что мы делаем, и это одна из причин, почему Trimble оставляет нас как отдельное предприятие, чтобы мы продолжали быть небольшими, но эффективными. А затем мы берем нашу технологию и продвигаемся в остальных подразделениях Trimble».
Безопасность – путь вперед
Возможно, еще рано говорить о постоянном мониторинге инфраструктурных объектов с помощью беспилотников, и в будущем мы вполне можем оглянуться назад на эти дни и вспомнить неуклюжие и причудливые рабочие процедуры и сложную обработку данных. Но выполнение проектов с помощью беспилотников в их нынешнем виде имеют очевидный смысл прямо сейчас, и они быстро распространяются по всему миру. Ведущие компании, такие как Microdrones, поставляют комплексные, интегрированные, беспилотные воздушные системы для проверки линий электропередач, вышек сотовой связи, нефте- и газопроводов, и железных дорог.
Большие и сложные конструкции лучше всего обследуются с воздуха, и значительная экономия времени и затрат очевидна. Кроме того, очень многие участники конференции в Монпелье указывали на важные улучшения с точки зрения безопасности, особенно в контексте выполнения инспекций и планирования дорожной инфраструктуры, где старомодные методы «наземные операции» наносят персоналу буквальный вред ежедневно. Использование беспилотных летательных аппаратов для таких проектов может значительно снизить риск несчастных случаев и потенциальные затраты, а также неудобства, причиняемые местным жителям. Еще можно привести пример британской компании, которая при выполнении проектов вывела процедуры безопасности на новый уровень. Balfour Beatty использует беспилотники для контроля выполнения инфраструктурных проектах на мостах, автомобильных и железных дорогах, а также для поддержки своих инженеров и архитекторов на рабочих стройплощадках. Чтобы поддерживать самые высокие стандарты безопасности, компания фактически управляет двумя беспилотниками в тандеме: основной беспилотник выполняет съемку данных, связанных с решением задач проекта, а второй беспилотник, оснащенный камерой, отслеживает и записывает действия первого.
Подводя итоги выступлений участников конференции хочется вернуться к удовлетворенности заказчиков результатами выполнения проектов методом лазерного сканирования с БПЛА. Приводим слова одного из выступающих: «Два дня работ для выполнения проекта и заказчик в восторге от полученных результатов – вопрос о востребованности технологии, я думаю, закрыт!»
