Раскрытие всего потенциала мобильного лазерного сканирования для мониторинга инфраструктуры

Сканирование обширных территорий и выявление проблемных зон

Изучение всего потенциала мобильного лазерного сканирования поднимает вопрос о том, являются ли полученные результаты достаточно точными для мониторинга деформаций. В этой статье основное внимание уделяется геометрическому качеству мобильного лазерного сканирования и предлагается метод повышения его до уровня, на котором его можно эффективно использовать для мониторинга гражданской инфраструктуры. Это исследование мотивировано не простым любопытством, а острой необходимостью.

Гражданская инфраструктура является краеугольным камнем современного общества, позволяя перевозить товары и людей на большие расстояния. Однако поддержание безопасности и целостности туннелей, мостов, шумозащитных барьеров и подпорных стенок является непростой задачей, особенно в связи с тем, что операторы инфраструктуры сталкиваются с растущими потребностями в связи с растущими объемами дорожного движения и капризами экстремальных погодных условий. Неспособность обнаружить признаки ухудшения состояния может привести к серьезным последствиям, таким как резкий рост затрат на ремонт и даже катастрофические структурные разрушения.

К сожалению, такая трагедия произошла на Бреннерском шоссе, ключевой артерии с севера на юг для грузовых и пассажирских перевозок через Европейские Альпы. В 2012 году подпорная стена, примыкающая к пункту взимания платы, рухнула, в результате чего тонны бетона упали на шоссе (рис. 1). За долю секунды грузовик был похоронен, а его водитель трагически погиб. Этот душераздирающий инцидент вызвал изменение в понимании Австрии относительно потенциальной опасности геотехнических сооружений. Возникла острая необходимость в более точных и эффективных методах обнаружения дефектов в десятках тысяч сооружений, покрывающих автомобильные и железные дороги страны.

Гарантия безопасности и надежности инфраструктуры имеет первостепенное значение, и оценка ее структурного состояния играет решающую роль в достижении этой цели. Своевременные и хорошо обоснованные решения могут стать решающим фактором между бесперебойной транспортировкой людей и товаров или полной катастрофой. Во многих частях мира к обслуживанию инфраструктуры применяются строгие правила, а передовые технологии используются для более глубокого понимания характеристик конструкции. Хотя новые датчики и возможности анализа данных могут помочь при проверке зданий и оценке безопасности, они не могут заменить визуальные проверки в качестве окончательной основы для оценки состояния.

Тем не менее, крайне важно признать ценность объективных данных. Различные геотехнические или структурные недостатки могут быть незаметны невооруженным глазом. Еврокод 7 (EN 1997-1, 2004) выделяет многочисленные виды отказов, которые могут привести к осадкам, боковым смещениям и наклонам. Именно здесь мониторинг деформации становится незаменимым инструментом, предоставляющим стандартные средства наблюдения за поведением и оценки текущего состояния конструкции. Однако традиционные методы мониторинга деформаций имеют свои ограничения. Измерение тысяч объектов с помощью тахеометров или установка десятков тысяч сенсорных узлов непрактично и может занять невероятно много времени и ресурсов.

Мобильное лазерное сканирование (MLS) стало передовой технологией захвата реальности. В отличие от статического сканирования, оно позволяет получать трехмерные облака точек окружающей среды во время движения, будь то пешком, по воздуху или на транспортном средстве. Секрет успеха заключается в прямой пространственной привязке, которая позволяет получать трехмерные облака точек в нужной системе координат без необходимости настройки и измерения наземных опорных точек. Это достигается за счет интеграции данных датчиков из различных источников, таких как GNSS, инерциальные измерительные устройства, одометры, камеры и сканеры. Качество этих отдельных компонентов и алгоритмов, используемых для объединения данных, играют решающую роль в качестве получаемых облаков точек.

Для мониторинга гражданской инфраструктуры вдоль автомобильных и железных дорог идеальным выбором являются мобильные лидарные системы на базе транспортных средств. Они обеспечивают быстрый сбор данных и при этом легко интегрируются в свободный трафик. Кроме того, размер и вес вызывают меньшее беспокойство по сравнению, например, с системами на основе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА или «дронов»).