Перспективы использования беспилотных летательных аппаратов для тепловизионного обследования объектов капитального строительства

В работе рассматриваются перспективы использования беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с тепловизионными камерами для обследования объектов капитального строительства, преимущества и недостатки данного метода по сравнению с традиционными способами контроля, такими как визуальный осмотр и инструментальные замеры. Также оцениваются влияние погодных условий и других ограничивающих факторов. Работа содержит перспективные направления развития существующих технологий.

Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты (БПЛА), тепловизионное обследование, объекты капитального строительства, энергоэффективность, безопасность, мониторинг, автоматизация

В нынешнее время требования к качеству, энергоэффективности и безопасности объектов капитального строительства обуславливают необходимость оперативного и эффективного контроля на всех этапах их жизненного цикла. Традиционные методы обследования, к которым относятся например: визуальный осмотр, инструментальные замеры; зачастую оказываются трудоемкими, дорогостоящими и опасными для персонала [1 c.1]. При этом на больших площадях эффективность использования традиционных методов значительно снижается. Такой же эффект происходит и при работе в труднодоступных местах таких как высокие здания, сложные кровли или протяженные инженерные коммуникации.

Альтернативой может стать применение беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с тепловизионными камерами для обследования объектов капитального строительства, оценке их преимуществ и ограничений.

Целью данного исследования является анализ перспектив применения БПЛА с тепловизионными камерами для обследования объектов капитального строительства и оценка их преимуществ и ограничений.

В настоящее время для обследования объектов капитального строительства применяются различные методы: визуальный осмотр, инструментальные замеры и другие методы. При этом визуальный осмотр является наиболее простым, но субъективным и ограничен доступом к объекту. Инструментальные замеры точны, но трудоемки и требуют большого количества времени, особенно для обширных объектов. Георадар и ультразвук позволяют обнаруживать скрытые дефекты, но имеют ограничения по глубине проникновения и стоимости. Однако всё большую популярность набирает тепловизионное обследование. Тепловизионное обследование — неразрушающий метод контроля, основанный на дистанционной регистрации тепловых полей объекта обследования по его собственному инфракрасному излучению [2 с.3].

Параллельно с тепловизионным обследованием, в последние годы широкое распространение получили БПЛА, которые представляют собой эффективный инструмент для дистанционного обследования. Применение БПЛА решает проблему обследования малодоступных участков зданий и сооружений, даже с мало различимыми дефектами и повреждениями [3]. Существуют различные типы БПЛА: роторные, самолетные и гибридные. Выбор типа БПЛА зависит от размеров объекта, рельефа местности и требуемой продолжительности полета.

Например, для БПЛА самолётного типа актуальны следующие преимущества:

1. Длительность полета БПЛА.
2. Высота съемки.
3. Большая площадь однообразной съемки по засветке фотоматериалов.
4. Большой вес полезной нагрузки.

Слабыми сторонами БПЛА самолетного типа считаются:

1. Общая дороговизна.
2. Обязательно наличие взлетно-посадочной полосы [4, с. 22].

В свою очередь к преимуществам и недостаткам роторных БПЛА можно отнести:

1. Компактные габариты (общий вес всего оборудования 2–3 кг).
2. Возможность вертикального взлета с небольшого участка.
3. Высокая маневренность.
4. Малое время готовности к работе.

1. Малое время работы от одной аккумуляторной батареи.
2. Незначительная площадь покрытия съемкой [4, с 21–22].

Современные БПЛА оснащаются высокочувствительными тепловизионными камерами с высоким разрешением, широким динамическим диапазоном и возможностью записи видео. Диапазон температур, чувствительность и разрешение камеры влияют на точность обнаружения дефектов.

Обработка и анализ тепловизионных данных, полученных с помощью БПЛА, осуществляются с помощью специализированного программного обеспечения, позволяющего создавать ортофотопланы, тепловые карты и 3D-модели объектов. В настоящее время появляется всё больше работ, которые успешно подтверждают использования БПЛА для нужд тепловизионной съёмки.

БПЛА с тепловизионными камерами открывают новые возможности для обследования объектов капитального строительства на всех этапах их жизненного цикла:

Проектирование: верификация результатов теплотехнического расчета, оценка эффективности проектных решений по теплоизоляции.

Строительство: контроль качества монтажа теплоизоляции, обнаружение скрытых дефектов (мосты холода, некачественная укладка утеплителя), проверка герметичности конструкций.

Эксплуатация: обнаружение теплопотерь, диагностика состояния кровли, стен, окон, выявление мест протечек и повреждений, мониторинг работы инженерных систем.

Дистанционное обследование с использованием БПЛА включает в себя три этапа:

1. Распознавание конструкции и подготовка к полету;
2. Кампания по сбору изображений с использованием БПЛА;
3. Обработка полученных изображений [3].

БПЛА могут применяться для обследования различных типов объектов: жилых зданий, промышленных предприятий, инфраструктурных сооружений (мосты, трубопроводы). Тепловизионное обследование позволяет выявлять различные дефекты: теплопотери, неравномерность нагрева, протечки, повреждения гидроизоляции, дефекты строительных конструкций.

Данная технология нашла своё применение для съёмки отдельных районов городов и последующего анализа данных. В качестве примера можно привести работу, проведённую ГК «Геоскан» в 2017–2018 годах. Данная компания провела тепловизионную съёмку некоторых населённых пунктов в пределах Ленинградской области. По данным съёмки в 2017 году были выявлены участки теплотрасс с признаками теплопотерь, классифицированы по характерам повреждений сети, даны рекомендации по их устранению, сделанные по общему описанию снимков. Некоторые из «проблемных» участков уже в 2018 году имели показатели теплопотерь в 2–4 раза за счёт замены обшивочных материалов. Таким образом можно осуществлять мониторинг теплотрасс по всей стране и эффективно выявлять места наибольших теплопотерь.

Использование БПЛА для тепловизионного обследования имеет ряд преимуществ:

1. Высокая скорость обследования больших площадей.
2. Доступность труднодоступных мест.
3. Повышенная безопасность персонала.
4. Неразрушающий метод контроля.
5. Возможность автоматизации процесса обследования и обработки данных.

1. Влияние погодных условий (облачность, дождь, снег, сильный ветер) существенно снижает качество получаемых данных.
2. Ограничения по дальности полета и времени работы БПЛА.
3. Необходимость квалифицированного персонала для пилотирования БПЛА, обработки и интерпретации тепловизионных данных.
4. Возможные искажения результатов из-за внешних факторов (солнечная радиация, отраженное излучение).
5. Нормативно-правовое регулирование полетов БПЛА.

В настоящее время развитие технологии БПЛА и тепловизионного обследования направлено на улучшение результатов работы, что обеспечивается благодаря следующим шагам:

1. Улучшение технических характеристик БПЛА (увеличение времени полета, полезной нагрузки, автономность).
2. Совершенствование тепловизионных камер (повышение разрешения, чувствительности, расширение температурного диапазона).
3. Разработку специализированного программного обеспечения для автоматизированной обработки и анализа данных.
4. Интеграцию с другими методами неразрушающего контроля (георадар, ультразвук).
5. Разработку отраслевых стандартов и методических рекомендаций по использованию БПЛА для тепловизионного обследования.

Таким образом, применение БПЛА с тепловизионными камерами для обследования объектов капитального строительства открывает новые перспективы повышения эффективности и безопасности контроля качества. Несмотря на существующие ограничения, метод обладает значительными преимуществами перед традиционными методами, позволяя оперативно и эффективно выявлять дефекты на больших площадях и в труднодоступных местах. Использование БПЛА с использованием тепловизионной съёмки является универсальным решением при обследовании как высотных зданий, так протяжённых линейных объектов, расположенных на земле и под землёй. Дальнейшее развитие технологии, усовершенствование оборудования и программного обеспечения, а также разработка нормативно-правовой базы будут способствовать более широкому внедрению этого метода в строительной практике.

Литература:

1. Интеллектуализация технологических процессов строительно-технической экспертизы / А. Е. Наумов, A. Naumov, Д. А. Юдин [и др.] // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2022. — № 12. — С. 28–38. — ISSN 2071–7318. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/journal/issue/339287 — Режим доступа: для авториз. пользователей».
2. Исследование различных комбинаций утепления пространства между стеной и сэндвич-панелью из минеральной ваты / Ю. И. Валиахметова, Y. I. Valiakhmetova, К. В. Важдаев [и др.] // Строительство и техногенная безопасность. — 2020. — № 19 (71). — С. 27–35. — ISSN 2413–1873. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/journal/issue/344288 — Режим доступа: для авториз. пользователей.
3. Бузало, Н. А. Применение беспилотных летательных аппаратов при обследовании зданий и сооружений / Н. А. Бузало, Д. Н. Кундрюцков, Р. Р. Пономарев // Строительство и архитектура. — 2022. — Т. 10, № 1. — С. 6–10. — DOI 10.29039/2308–0191–2021–10–1-6–10. — EDN DVSNIB.
4. Цифровые технологии в лесном секторе: материалы конференции / под редакцией А. А. Добровольского [и др.]. — Санкт-Петербург: СПбГЛТУ, 2022. — 112 с. — ISBN 978–5-9239–1298–2. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/288926 — Режим доступа: для авториз. пользователей.