Дронове в геодезията
Ново ниво на геодезическите проучвания в строителството
Когато говорим за устойчиво развитие на строителството, акцентът обикновено се поставя на суровините, енергията и водата. Тук ще засегнем един ценен ресурс, който остава в сянка - времето. Може ли времето, необходимо за проучвания, да бъде намалено? Знаем, че проучванията в строителството стават бавно.
Автоматизацията и дигитализацията на проучвателните работи е един многообещаващ път за развитие в това направление. Как да се намали времето за проучване, без проучвателните процеси да загубят изключително важното си място в строителната индустрия? На тези въпроси търсим отговори в този материал на списание Инфрабилд.
Текст: списание Инфрабилд
Строителната индустрия не може да си позволи застой. Когато една дейност отнема твърде много време и човешка енергия, мисълта на инженерите се насочва към автоматизацията. Без нововъведения на база дигитализация няма как да се реализират по-бързи процеси и да се постига по-висока производителност. Дроновете, тези цифрови птици, тези машини, задвижвани с електричество от батерии и управляеми дистанционно, са идеалните помощници. Особено в областта на геодезическите проучвания използването на дронове се развива с невероятно темпо.
Нова технология в геодезията
Идеята е да се намери цялостно решение за управление, което да създава оперативни планове въз основа на топографски данни, след като е измерена и анализирана топографията на строителния обект чрез сканиращи устройства за автоматизирани безпилотни уреди, т.е. да се използват дронове. Първата възможност, която наблюдението от въздуха дава, е методичното събиране на данни, не само ежедневно или ежеседмично, но и през целия жизнен цикъл на проекта. Разчитането, разбирането и използването на данните от проучването е големият пробив в проучвателния процес. Правилният анализ дори допринася за откриване на нови работни позиции и за намиране на нови възможности за намаляване на разходите по време на процеса. Усилено се разработват по-усъвършенствани технологии, които да позволяват и по-дълги полети, и нови проучвателни възможности.
Особено важни са иновациите при софтуера, които позволяват автоматизирането на все повече проучвателни процеси. Управлението на материалите се превръща в бърза и точна дейност. Данните, предоставени след полет, могат да служат за проследяване на обеми изкопни работи, налични количества материали и дори за определяне на разхода на материалите, като се имат предвид промените, регистрирани между два полета. Стремежът е времето между отчетите, анализите и достигането на информацията до потребителя да се сведе под 24 часа, за да се управлява строителството на база реални данни. Нуждата от такава скоростна комуникация между софтуерната компания и изпълнителите на проекта също тласка софтуера към иновативни решения.
Вече е възможно заснемането на изображения и замерване на стотици точки само за минути, без физически достъп до точката. Има технология, която прихваща точки от фасади на сгради, конструкции и заобикаляща среда, за да създаде 3D облаци от точки по време на полет. Може да се каже, че досегашната представа за фотограметрия е заменена от новата технология за измерване на разстояния чрез осветяване на целта с лазерна светлина и измерване на времето за връщане на отразената светлина до сензора. Именно разликите във времето за връщане на лазерния лъч, заедно с различните дължини на вълнàта, се използват за създаване на цифрови триизмерни изображения на проучвания обект. По този начин се избягват и препятствията пред дрона. Стъпката в новото измерение идва с представянето на иновативната технология RTK. Дотогава използваните многороторни дронове с възможност за PPK отстъпват и като вложени разходи, и като изискване на специални умения, за да работят пълноценно. За RTK и PPK - след малко.
Няколко причини за използване на дронове в строителството
Наблюдаваме, че дроновете постепенно се налагат като необходими и незаменими уреди в набора уреди на геодезиста. Когато са оборудвани с необходимата техника и са снабдени с подходящия софтуер, дроновете могат да помогнат за създаване на нови области на геодезията - измервания, позициониране, масиви от данни, които са все необходими за различни строителни работи. Времето, необходимо за проучвания с дронове, се оказва в пъти по-кратко от времето, вложено за проучвания по традиционните методи. Освен това дроновете могат да се използват при всякакви терени. Те се налагат все повече като модел на работа с много добри резултати.
Освен скъсените срокове за проучване, използването на дронове допринася за повишаване на безопасността, особено при трудни, недостъпни или рискови терени, намалява нуждата от струпване на големи групи работещи на терена, в крайна сметка производителността се увеличава, а разходите намаляват. Стремежът е връзките между работника и работната среда да са така оптимизирани, че безопасността и благополучието на човека да са осигурени, а същевременно да е гарантирана и производителността. Комбинацията между двата фактора води до по-ефективна работа.
Нараства броят на компаниите, които разработват дронове и подходящ софтуер за проучвателни дейности. Идеята е дроновете да могат да се използват не само от компании, занимаващи се с изграждане на големи сгради и съоръжения, но и от фирми, които биха използвали дрон за проучване, дори това им се налага за по-скромни обекти.
Какви са възможностите на един дрон
Дронът от ново поколение е уникален в няколко направления. Най-краткото му описание е с акцент на визионерската му интелигентност и повишената точност. При разработката са били поставени цели, донякъде изглеждащи дори нереални. Дронът може да предостави данни за позициониране в реално време на ниво сантиметър, което подобрява абсолютната точност на метаданните на изображението, като същевременно са му необходими по-малко наземни контролни точки. Картографирането с този дрон става бързо и изключително точно. Може би като недостатък трябва да се отбележи, че това е възможно на ниска надморска височина. Има известно ограничение и за температурата на въздуха - дронът харесва температури в диапазона между 0° и 40°.
Безопасността на полетите също е оптимизирана. Сензорите за навигация дават възможност за корекции чрез RTK (кинематика в реално време) или PPK (пост-обработена кинематика). RTK изисква връзка в реално време с базова станция и коригира GPS сигналите по време на полет. Технологията PPK прави корекциите след полет, не зависи от базовите станции, има висока надеждност, точност и пести време. Именно възможността за съхраняване на данни за пост-обработена кинематика е големият пробив на софтуера. Предоставящите геодезични услуги имат шанса да адаптират нови предложения и да интегрират по-ефективни процеси и технологии.
Полетният контролер, камерата и RTK-модулът се подравняват непрестанно от специална система за синхронизиране. Тази система гарантира, че данните за позициониране са фиксирани към оптичния център на обектива, а това позволява на изображението да постигне невероятна точност. Доскоро за картографиране се използваха два типа дронове - с неподвижни крила и многороторни. Първите могат да обхванат големи площи, но данните не са с висока точност. Вторите осигуряват прецизна точност, но покриват малки площи. Вече е наличен дрон с вертикално излитане и кацане, който комбинира двата типа дронове, а резултатът е удължено време на полета и подобрен контрол.
Предимства на автоматизацията в геодезията при строителните процеси
Ако точността на изпълнение на дадена конструкция се проверява по традиционните способи, времето за проверка е около 20 пъти повече, отколкото при използване на автоматизирана технология. Основната област в проучвателния процес, в която автоматизацията навлиза с най-ускорени темпове, е събирането на данни, данните да се споделят с решения за цифров работен процес и всичко това да се управлява дистанционно. Такава комбинация дава визия за дигитализирано бъдеще, в което облакът предлага данните в достъпни формати между екипите към даден проект, а и с всички клиенти, проявяващи интерес към геоматиката, т.е.с процесите на събиране, съхранение, анализ, обработка и представяне на географски данни и информация.
Най-голям тласък в развитието на проучванията дава осъзнаването на ползите от използването на автоматизираните модерни решения. Да, все още има фирми, които набиват репери в земята, за да извършат наблюденията, необходими за проекта, но автоматизацията постепенно ще промени напълно това. Хората, работещи в областта на проучванията, вече разбират, че нещата се променят. Дроновете се налагат с възможността за създаване на огромен брой изображения и подаване на данните към интелигентни системи за строителство и геодезия. Без тях процесите не биха били възможни.
Друго поле на иновации е лазерното сканиране. Създаден е полуавтономен работен процес на лазерно сканиране, който е възможен поради интегрирането на робот. Данните от сканирането се пренасят в среда за обработка на данни и решения за управление на проекти. Както вече обяснихме, дистанционният контрол на качеството и мониторингът на напредъка стават възможни и онагледяват как новите технологии променят процесите на заснемане и изграждане. Използване на информацията от облака може да покаже текущото състояние на повърхността, както и напредъка на обекта.
Има ли специални изисквания за дроновете, използвани в строителството?
Не е нужно да се самозалъгваме, че е намерен всемогъщият отговор на всички проучвателни задачи. Дроновете са допълнителен инструмент за геодезистите. Те не заменят традиционните методи, а ги допълват. Оборудването за проучване, съвместно с дрона, може да направи работата по-лесна, по-безопасна и с много по-голям масив от точки, в сравнение с традиционните методи. Специално за строителството е разработен комплект, на база RTK и камера. Той използва изключително иновативна технология за визуално позициониране, базирана на пълното интегриране на GNSS (Глобална Навигационна Сателитна Система, която е комбинация от всички съществуващи до момента навигационни системи), IMU (инерционна измервателна единица, състояща се от триосен акселерометър и триосен жироскоп и измерва ъгловата скорост и ускорението на системата) и камера.
Технологията позволява да се заснемат изображения и да се измерват стотици точки за кратко време от разстояние. Времето, прекарано на място, се намалява, а повторни посещения не се налагат - след като обектът е заснет, измерването на който и да е елемент или участък може да стане, когато има нужда от това. Нещата, които можем да систематизираме като супер улеснение, са много, но ще изброим една част - картографиране на стотици точки; измерване на недостъпни точки (оживена улица, на ръба на покрив, зло куче на терена); проучвателни точки на места с препятствия на сигнала (под навес, под балкон, под дърво); точки на фасадата (ъгли на прозорец, височина на покрив). Генерират се облаци от точки от заснети обекти, а това ни позволява да изчисляваме обем на налични материали и движението им във времето - намаляване или увеличаване. Работата на открито е съпроводена от допълнителни грижи за дрона и за всички елементи около него, за подсигуряване, съобразяване и защита от атмосферните условия.
Бъдещето е обещаващо!
Все по-често компаниите за проучване и строителство прибягват към проучвания с дронове, като един ефективен и мощен инструмент. Развитието на софтуера увеличава скоростта и ефективността на обработка на данните, събрани от дроновете. Имаме сектор, в който автоматизацията, съчетана с геодезията, дава нов начин на строителство. Процесът на автоматизация и на тази дейност е сложен. Той обхваща научноизследователска дейност, визия и конкретни усилия за развитие, производство, продажби, инженеринг, системна интеграция, до достигане на етапа на обслужване и поддръжка.
Не е за подценяване и въпросът за стойността на проучването с дрон. Да, тази стойност е висока, но с развитие на технологията за дронове, сензори, софтуер и инструменти все повече се снижава. Все пак трябва да се признае, че практиката е доказала - пестят се средства и стойността на крайния продукт се намалява. Внедряват се програми, чрез които потребителите да наемат оборудване за проучване и да се абонират за софтуер и обработка на данни. Винаги може да се състави смислен план в зависимост от обема данни, които трябва да се съберат и обработят. Намаляват и цените на хардуера. Мобилното картографиране и лазерното сканиране стават по-достъпни за средните компании за проучване и строителство.
Вредните въздействия върху околната среда намаляват. Използването на дронове води до подобряване на устойчивостта на производството. Количеството на отпадъците е силно редуцирано. Една съвсем нова идея е заснемането на по-малки обекти да става с камерата на мобилния телефон, като се правят снимки с правилното количество припокриване, с подходящото приложение телефонът ще измери разстоянията, а комбинирането с облачни услуги и фотограметрия ще ни даде точен 3D модел за няколко минути. Например имате купчина пясък. Без дрон, с телефон в ръка, обикаляте купчината и снимате, качвате в облака данните и получавате количеството материал след няколко минути. Можем да кажем, че в близко бъдеще в безпилотната фотограметрия ще има нов индустриален стандарт. Мащабните геодезични и картографиращи проучвания ще бъдат все по-достъпни, все по-търсени, все по-добри.