Использование дронов для мониторинга деформаций в труднодоступных большепролетных сооружениях

Введение

Большепролетные сооружения, такие как мосты, арки шатровых конструкций, крыши спортивных арен и промышленные ангары, играют важную роль в инфраструктуре. Контроль их технического состояния, особенно деформаций, необходим для обеспечения безопасности и долговечности. Однако многие такие объекты расположены в труднодоступных местах — над глубокими ущельями, водными преградами или в экстремальных климатических условиях, что затрудняет традиционные методы инспекций.

В последние годы для мониторинга деформаций все шире применяются дроны — беспилотные летательные аппараты, способные оперативно собирать высокоточные данные с труднодоступных участков. В данной статье подробно рассматривается их использование, технологии, преимущества и практические примеры.

Современные методы мониторинга деформаций: обзор

Традиционно деформации контролируют с помощью следующих методов:

• Визуальный осмотр: специалисты обследуют конструкцию вручную, используя лестницы, подъемники или канаты;
• Инструментальные методы: тахеометры, лазерные дальномеры, нивелиры для замеров геометрии;
• Геодезический мониторинг: установка датчиков на ключевых участках конструкции;
• Связанные технологии: спутниковый мониторинг, САР-интерферометрия (InSAR), но они имеют ограничение по детализации и точности для мелкомасштабных деформаций.

Все эти методы требуют физического доступа или ограничены по временным затруднениям, что влияет на частоту и качество контроля, особенно в экстремальных условиях.

Преимущества использования дронов

Беспилотники лишены многих ограничений традиционных методов. Их ключевые преимущества:

1. Доступность: дроны могут подлетать к самым труднодоступным и опасным участкам;
2. Высокая точность и детализация: современные фотограмметрические и лазерные системы на борту обеспечивают миллиметровую точность измерений;
3. Скорость сбора данных: мониторинг выполняется значительно быстрее;
4. Снижение риска для персонала: нет необходимости подниматься на высоту или использовать сложное оборудование;
5. Возможность регулярного и автоматизированного мониторинга: с помощью программного обеспечения и маршрутов полета.

Техническое оснащение дронов для мониторинга деформаций

Для мониторинга деформаций крупногабаритных сооружений применяются дроны с комплексами специализированного оборудования:

Визуальные сенсоры

• Фотокамеры высокого разрешения для детального осмотра поверхностей и обнаружения трещин, коррозии;
• Мультиспектральные камеры — для анализа материала или выявления внутренних дефектов.

Лидарные (лазерные) системы

Лидары позволяют создавать 3D модели сооружения с точностью до миллиметров, что особенно важно для выявления деформаций во всех плоскостях.

Интегрированные системы навигации и позиционирования

GPS, RTK и инерциальные измерительные устройства обеспечивают точность определения положения дрона, а значит и точность измерений.

Программное обеспечение для обработки данных

Используются алгоритмы фотограмметрии, 3D моделирования, сравнения данных между полетами для выявления динамики изменений.

Примеры применения дронов в мониторинге деформаций большепролетных сооружений

Мосты

Мостовые переходы — классический пример объектов, где мониторинг крайне важен и сложен. В США и Европе регулярно используют дроны для инспекции крупных мостов:

• Мониторинг деформаций канатных и висячих мостов с помощью 3D сканирования;
• Обнаружение износа опор, трещин в бетонных элементах;
• Сравнение данных после сильных природных событий (землетрясения, ураганы).

Кровли спорткомплексов и ангаров

Большие крыши часто имеют шатровую или арочную конструкцию с большими пролетами. Традиционно их осмотр связан с риском и сложностями. Дроны позволяют:

• Проводить регулярный мониторинг состояния несущих конструкций;
• Определять наличие деформаций и искривлений;
• Оперативно выявлять протечки и повреждения материала кровли.

Гидротехнические сооружения

Дамбы и плотины являются критически важными объектами, часто расположенными в удаленных местностях. Для них:

• Используют дроны для контроля деформаций тел и поверхностных дефектов;
• Обеспечивают быструю реакцию на изменения после паводков и наводнений;
• Внедряют системы автоматического анализа данных для прогнозирования рисков.

Статистика и эффективность внедрения дронов

По данным различных исследований и практик, внедрение дронов в инспекционные процессы позволяет:

• Сократить время мониторинга объектов на 50-70%;
• Уменьшить затраты на инспекции на 30-60%;
• Повысить точность и качество данных, выявляя дефекты на ранних стадиях;
• Снизить число несчастных случаев при инспекциях более чем на 90%.

Эти показатели демонстрируют высокую экономическую и техническую эффективность внедрения беспилотников в инженерные процессы.

Рекомендации по внедрению дронов для мониторинга деформаций

Выбор оборудования

• Анализировать специфику объекта и климатические условия;
• Отдать предпочтение лидарам и фотограмметрии с высоким разрешением;
• Обеспечить наличие защищенных корпусов для эксплуатации в экстремальных условиях.

Подготовка персонала

• Обучение пилотированию беспилотников и работе с программным обеспечением;
• Введение регламентов безопасности и процедур осмотра;
• Внедрение системы регулярных проверок и отчетности.

Интеграция данных в системы менеджмента

• Автоматизация обработки и анализа данных;
• Внедрение систем предупреждений и прогнозирования;
• Использование накопленной базы для профилактического обслуживания.

Заключение

Использование дронов для мониторинга деформаций большепролетных сооружений в труднодоступных местах становится одним из ключевых направлений цифровизации инженерной сферы. Эта технология позволяет значительно повысить безопасность, оперативность и точность контроля конструкций, а также снизить издержки и риски для обслуживающего персонала.

Автор рекомендует: «Для успешного внедрения системы мониторинга на базе дронов необходимо не только выбрать современное оборудование, но и создать комплексный процесс — от подготовки и пилотирования до анализа данных и принятия решений. Только такой подход даст реальный эффект и позволит продлить срок службы сложных инженерных сооружений».

Дальнейшее развитие технологий — в частности, интеграция искусственного интеллекта и машинного обучения для автоматической диагностики — обещает сделать дрон-мониторинг еще более эффективным и распространенным.