Незаменимые помощники: как беспилотники трансформируют строительный рынок
Использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в промышленности стремительно набирает популярность. Современные технологии позволяют дронам не просто производить наблюдение за объектами, но и давать оценку качеству, то есть выявлять повреждения.
Одну из последних разработок в этой области представили в Московском авиационном институте. Там изготовили и уже передают заказчику два беспилотника, которые будут осуществлять мониторинг объектов строительства. Аппараты оснащены отечественным программным обеспечением, которое позволяет в автоматическом режиме осуществлять поиск дефектов строительных конструкций. О том, какие задачи в строительной отрасли уже могут выполнять дроны и с какими трудностями они сталкиваются, в рамках форума «РОСТИМ» рассказал главный конструктор центра «Беспилотные летательные аппараты» МАИ Максим Калягин.
За последние несколько лет применение дронов в строительной отрасли сильно прогрессировало. На первом этапе беспилотные технологии в строительстве использовались только для аэрофотосъёмки и составления карт местности. Позже они стали востребованы для контроля качества строительства, инспекции высотных конструкций и анализа состояния инженерных объектов. Постепенно эти технологии совершенствовались: БПЛА начали оснащаться специализированными датчиками, камерами высокого разрешения и лазерными сканерами.
Это позволило беспилотникам научиться решать целый комплекс задач в строительной сфере. Среди них — мониторинг состояния конструкций (выявление трещин, коррозии и других дефектов), оценка прогресса строительства (создание 3D-моделей объектов и сравнение с проектными данными), контроль за труднодоступными зонами (инспекция высотных сооружений, трубопроводов и металлоконструкций) и снижение рисков для людей (минимизация необходимости отправки сотрудников в опасные зоны). Таким образом, применение дронов помогло не только повысить безопасность, но и снизить стоимость работ за счёт замены человеческих ресурсов.
Наибольшее распространение дроны получили в области энергетики: осмотре котлов, турбинных цехов и других элементов тепловых электростанций. Также они пользуются популярностью в высотном строительстве, где осуществляют контроль за состоянием фасадов и кровли, мониторинге состояния металлоконструкций (выявление износа и повреждений) и инфраструктурных объектов: мостов, стадионов, складских помещений.
Наглядный пример эффективности
В рамках форума конструктор МАИ рассказал о проекте по мониторингу котлов на тепловых электростанциях компании «Интер РАО». По словам Максима Калягина, заказчик поставил задачу автоматизировать поиск дефектов внутри котлов в период останова, заменив трудоёмкий ручной осмотр автоматическим. Система должна была обнаруживать шесть типов повреждений с применением нейронных сетей и осуществлять автономную навигацию без участия оператора.
Для решения задачи был разработан беспилотник, оснащённый лазерными дальномерами и камерой, который выполнял автономный полёт внутри котлов. Однако работа по мониторингу на ТЭЦ была сопряжена с определёнными трудностями.
— Самая большая проблема, с которой мы столкнулись, — это автоматическое распознавание дефектов. Заказчик хотел, чтобы всё это осуществлялось при помощи нейронных сетей. Но обучение нейронных сетей и подготовка данных для обучения — это большая проблема. Никаких датасетов заказчик нам не выдал, приходилось ездить по электростанциям, смотреть книги дефектов, а они все в бумажном виде. В лучшем случае это были цифровые фотографии с размытым фокусом. Такие данные использовать не представлялось возможным, — рассказал Калягин.
По словам эксперта, чтобы обучить нейронные сети, разработчики использовали синтетические датасеты, а далее проверяли результаты работы нейронной сети на стенде, где получили хорошие результаты. Однако, несмотря на успехи в лабораторных условиях, применение в реальной среде выявило недостатки: освещение, температура и сложные формы котлов снижали точность распознавания.
— Поэтому мы предложили заказчику вот этот контур с нейронной сетью автоматическим распознаванием дефектов заменить просто визуальным осмотром, накоплением данных, созданием базы данных дефектов для последующего обучения систем. Сейчас заказчик пошёл по этому пути, — пояснил конструктор МАИ.
Как уточнил Калягин, в ходе полётов дроны производили лазерное сканирование и съёмку в каждой точке, после чего уже на земле проводилось распознавание дефектов. Полученные данные использовались, в том числе для построения маршрутов автономного полёта. Для удобства их трансформировали в воксельные модели, которые занимают меньше объёма памяти и представляют трёхмерные кубы.
— То есть вместо точки мы получаем кубик, и размер стороны этого кубика может быть любым. Мы можем быстро менять разрешение модели, и сама она получается очень легковесная. Её можно использовать на борту летательного аппарата, — добавил эксперт.
И это ещё не всё...
По словам конструктора МАИ, функционал беспилотников был также реализован совместно с компанией «Ростройконтроль». В целях осмотра уже построенных высотных зданий на предмет дефектов был разработан БПЛА с нейропроцессором, способным автоматически выявлять повреждения фасадов, в том числе трещины и разрушения. В ходе мониторинга сооружений дроны записывали видео, привязывали его к координатам, а затем на основе полученных данных разрабатывались 3D-модели.
Перспективы есть!
Будущее применения беспилотников в строительстве и мониторинге зданий может быть связано с внедрением искусственного интеллекта, машинного обучения и роботизированных систем. Ожидается, что технологии станут доступнее из-за снижения стоимости оборудования, а алгоритмы анализа данных позволят точнее выявлять дефекты. Спрос на дроны в энергетике, промышленности и городской инфраструктуре может вырасти, а беспилотники смогут стать полностью автономными, повышая эффективность процессов, а также снижая риски и затраты на них. В России внедрение БПЛА поддерживают не только инвестиции частных компаний, но и рост финансирования отрасли со стороны государства. Поэтому уже в ближайшие годы дроны смогут стать неотъемлемой частью процессов строительства и эксплуатации зданий.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России
