CC BY
2УДК 62 Ворсин Н.Е., Яковлев А.Е.
Ворсин Н.Е.
студент кафедры автомобильных дорог Иркутский национальный исследовательский технический университет
(г. Иркутск, Россия)
Яковлев А.Е.
студент кафедры автомобильных дорог Иркутский национальный исследовательский технический университет
(г. Иркутск, Россия)
ПРИМЕНЕНИЕ БПЛА В ПРОЕКТИРОВАНИИ И СТРОИТЕЛЬСТВЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Аннотация: современные квадрокоптеры (БПЛА) всё более широко применяются в различных областях хозяйственной деятельности, в том числе, и в сфере строительства и эксплуатации автомобильных дорог. В наше время новейшие технологии позволяют воспользоваться беспилотными летательными аппаратами для аэрофотосъёмки, делая процесс получения точных геопространственных данных более легким.
Ключевые слова: БПЛА, аэрофотосъёмка, автомобильная дорога, строительство.
БПЛА достойно заняли свою нишу при выполнении аэрофотосъёмки небольших территорий. Этому способствуют недостатки двух традиционных способов измерений: космической съёмки и съёмки с пилотируемых летательных аппаратов. Результаты спутниковой съёмки способствуют получению снимков с максимальным доступным разрешением 0,5 м, что делает невозможным построения крупномасштабных топографических карт и планов. Аэрофотосъёмка, которая выполняется с самолётов и вертолётов, требует огромных ресурсов (аренда, стоимость топлива и т.д.). Использование БПЛА для
съёмок невысоких объектов с целью их изучения и получения снимков высокого разрешения — экономически значимое решение.
Эффективность проведения полевых работ с помощью квадрокоптера предоставляет возможность реализовывать наблюдение за состоянием дорожного покрытия, мониторинг работам по возведению земляного полотна и искусственных сооружений. Материалы фотосъёмки — основа цифровой модели фактической поверхности, по которой оцениваются объёмы выполненных работ. Построенная цифровая модель может быть использована в дальнейшем в различных программах ГИС и САПР, что облегчает процесс проектирования.
Обследование труднодоступных территорий с помощью БПЛА помогают получить точные результаты об особенностях рельефа, наличии водоемов, и снижают стоимость исследований. Достоверная информация упрощает задачу для инженеров и проектировщиков:
• данные в документах кадастра не всегда соответствуют действительности. Во избежание непоправимых ошибок при монтаже и эксплуатации необходимы подлинные сведения о местности.
• детализированные снимки помогают учитывать изменения очертаний населенных пунктов, посевных территорий, разросшихся лесополос, оврагов и прочего.
• с использованием трехмерной модели территории рассчитываются оптимальные материалы для создания дорожного покрытия и расстановки объектов инфраструктуры.
• возможно создание электронного варианта карты транспортной инфраструктуры для дополнения системы новыми трассами.
Распределение объема работ и создание генерального плана облегчает оперативная передача и обработка данных с беспилотника. Благодаря тому, что устройство способно охватить большую площадь, возможно внесение корректив в существующие бумажные и электронные схемы.
Сделанные снимки способны воссоздать особенности территории и помочь внести изменения в устаревшую документацию. Со временем происходит перераспределение территории, которое не отображается в старых схемах:
• изменение границ функциональных зон,
• смещение границ населенных пунктов,
• внесены изменения в карту размещения объектов, имеющих местное значение,
• наличие зон с особенными условиями для использования территории и так далее.
Мониторинг помогает исключить возможные объекты и приступить к реализации нового проекта по изменению пространства дорожного хозяйства.
Мониторинг БПЛА в любое время суток помогает создавать фотографии и видео строительства. Оперативная передача собранной информации предотвращает несанкционированную деятельность и возможные происшествия:
• нарушение правил безопасности,
• отказ оборудования,
• чрезвычайные ситуации на строительной площадке,
• отклонение от проекта,
• несогласованное и не задокументированное примыкание и так далее.
Собранные данные предоставляют полную осведомленность о ситуации
на объекте всем подразделениям и службам транспортной инфраструктуры, упрощает устранение возникших нарушений, повышает эффективность и уменьшает затраты на инспекцию.
Помимо состояния дорог необходимо отслеживать состояние полосы отвода. Применение беспилотных аппаратов позволяет проводить регулярный контроль земляного полотна, кюветов, а также выявление и отслеживание сооружений и строений вдоль автодороги. Мониторинг полосы отвода с
помощью летательного аппарата возможен на расстоянии до 2000 км с радиусом 170 метров по обе стороны дороги.
БПЛА формируют банк данных с помощью съемки полосы отвода. Это современное и экономически эффективное средство позволяет исследовать, проводить диагностику состояния автомобильных дорог и прилегающих к ним земельных территорий. Нарушения, связанные с экологической ситуацией, например, складирование лесной древесины, остатков кустарников, могут привести к необратимым последствиям. Во избежание пожаров, предотвращения стихийных свалок вдоль дороги, дорожники используют беспилотные аппараты. Выявление возникновения заболачивания вдоль охранных зон на автотрассе также возможно благодаря подобной современной технике.
Мониторинг состояния полосы отвода, сбор информации о нем, оценка дорожного полотна в наше время невозможно без современных летательных аппаратов, оснащенных видеокамерами и специальным оборудованием. Комплексы БПЛА, что оборудованы приборами для дистанционного наблюдения, помогают формированию цифровых карт автодорожного покрытия и его оперативного обновления.
Одним из важных компонентов БПЛА для обследования дорог является технология - LiDAR (Light Detection and Ranging). Это технология, основанная на расчёте расстояния с помощью времени прохождения сигнала/лазера до объекта и обратно до источника. Такие сигналы могут испускаться с частотой до 150 000 в секунду.
Такая высокая частота сигнала и точность фиксации времени испускания/приема сигнала позволяют инструментам получать миллионы точек с поверхности объектов. И в отличие от фотокамеры, лидары с большей частотой собирают информацию об окружающих объектах. Это преимущественно выражается на территориях с густой растительностью, где фиксированное изображение с камеры может не получить информации о поверхности под деревьями в лесу, а лидар, за счет большей частоты, может испустить и принять достаточное количество сигналов, которые смогут пройти мимо листвы до
подстилающей поверхности. С помощью таких точек получают поверхность земли и строят цифровую модель рельефа, которая не учитывает высоту растительности, что важно при расчете, например, планируемых объемов земляных работ.
Актуальную обновленную информацию с полей о ходе строительства использует всегда несколько подразделений, участвующих в процессе строительства или мониторинга.
• Для инженерных отделов в первую очередь важна информация о текущем состоянии работ, соблюдении этапов, строительных норм и технологических процессов, особенно актуально, когда необходимо провести контроль подрядчиков,
• Служба безопасности контролирует соблюдение правил и выявляет несанкционированную деятельность на строй площадке,
• Отделы эксплуатации занимаются мониторингом соблюдения правил использования техники, выявлением отказов и признаков ЧП и её предотвращением,
• Всю информацию о сроках, этапах строительства, координировании разных служб собирают и контролируют менеджеры проекта для принятия своевременных управленческих решений.
Дроны для таких задач - практически незаменимый инструмент. За счет охвата территории в короткий срок сбора данных, высокой точности и детализации результатов они обеспечивают упрощение решения таких задач, как:
• мониторинг состояния дорожного покрытия
• вид сверху и автоматизированные пролеты обеспечивают 100% покрытие территории информацией о ходе строительства для всех заинтересованных сторон
• визуальная и автоматизированная оценка отказов и нарушений
• контроль границ и несанкционированных действий в полосе отвода
• инвентаризация дорог
• построение продольных и поперечных профилей
• определение степени залесенности и состояния прилегающих территорий
• контроль визуальных параметров и других условий на соответствие проекту (ширина полотна, полосы отвода, разметка и др.)
• внесение изменений в территориальное планирование
• точное измерение земляных работ планируемых и завершенных
Получаемые данные могут также стать основой для будущих проектов,
гидрологических, геологических и других видов изысканий под план развития территории, строительство инженерных сооружений. Информация о рельефе, получаемая с лидара, используется для построения и оценки альтернативных маршрутов, и для создания окончательных планов проектирования, которые оптимизируют трассы и уклоны.
Также рельеф необходим для изучения склонов во время строительства или периодического их мониторинга после окончания, для предотвращения появления возможности обвалов, сползания склона или других разрушающих процессов (González-Jorge and etc, 2012). В отличие от фотограмметрии, технология лидара менее подвержена непогоде и не так капризна с точки зрения выбора времени года и суток для проведения изысканий, с лидаром можно работать и в темное время суток, и в сезон, когда есть листва на деревьях (Center for Transportation Research and Education).
Дроны могут упростить процесс на любом из этапов проекта: как на этапе торгов, планирования работ, так и на этапах строительства и мониторинга выполненных проектов.
Выгода от использования БПЛА выражается в сохранении времени, а значит - и в финансовой составляющей. Для примера, наземное исследование 3 километров дорожного полотна займет 3-4 часа, тогда как дрон справится с этим объемом за 30-50 минут и соберет в разы больше данных и информации о территории. А при использовании мобильного пункта управления или автоматизированной станции с дронами, такие изыскания можно полностью
автоматизировать и получать стабильный результат с необходимой периодичность.
Изучение точности измерений по данным аэрофотосъемки или лазерного сканирования в сравнении с традиционными методами показывают, что отличие составляет не более 1%, обычно меньше (Julge and etc, 2019).
В сравнении с традиционными наземными методами изысканий беспилотники имеют несколько преимуществ:
• Быстрый, воспроизводимый результат в любой момент времени
• Точные и полные данные
• Сохранение времени и средств
• Наглядная документация и удобное согласование с подрядчиками
• Удаленный доступ к самым актуальным данным по проекту
• Безопасность
Не зависимо от того, какая именно технология применяется с беспилотником: фотограмметрия или лазерное сканирование, получаемые результаты и преимущества превосходят наземные исследования по скорости выполнения и объему получаемых данных, при этом не отставая по точности результатов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Носков И.В., Носков К.И., Тиненская С.В., Ананьев С.А. Дрон-технологии в строительстве - современные решения и возможности // Вестник Евразийской науки, 2020 №5, https://esj.today/PDF/37SAVN520.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.;
2. БПЛА для дорожного хозяйства. Использование беспилотников в сфере транспорта. Режим доступа: https://www.geoscan.aero/ru/application/road_inspection (Дата обращения: 18.04.2022)
Vorsin N.E., Yakovlev A.E.
Vorsin N.E.
Irkutsk National Research Technical University (Irkutsk, Russia)
Yakovlev A.E.
Irkutsk National Research Technical University (Irkutsk, Russia)
APPLICATION OF UAVS IN DESIGN AND CONSTRUCTION HIGHWAYS
Abstract: modern quadcopters (UA Vs) are increasingly used in various areas of economic activity, including in the construction and operation of highways. Nowadays, the latest technologies make it possible to use unmanned aerial vehicles for aerial photography, making the process of obtaining accurate geospatial data easier.
Keywords: UAV, aerial photography, highway, construction.
