Современная геодезия играет большую роль в строительстве, картографии территорий, проектировании инфраструктуры и землеустройстве. Одной из важнейших задач для специалистов в данной области считается точное определение местоположения подземных металлических объектов разного происхождения: трубопроводов, кабелей, дренажных систем, фрагментов старой инфраструктуры и др. Поэтому геодезия, как практическая дисциплина, подразумевает проведение сложных и критически значимых измерений непосредственно на местности [1].

К сожалению, на данном этапе инженеры-геодезисты могут столкнуться с проблемой того, что традиционные ручные методы обнаружения являются очень медленными, трудоемкими и не всегда точными. Особенно это актуально при проведении обследований на больших, труднодоступных или аварийных территориях. Внедрение роботизированных систем в такой процесс позволило бы сделать их более быстрыми, точными и эффективными.

В связи с этим, уже сегодня я решил задуматься о создании модели робота с металлодетектором для геодезических работ. Данная разработка даст возможность продемонстрировать основные принципы обнаружения подземных металлических предметов с последующим отображением их местоположения на карте.

На начальном этапе практической части целесообразно спроектировать модель робота в программе «Компас-3Д», а затем распечатать необходимые детали для ее сборки на 3Д-принтере в приложении «Cura» (рис.1).

Рис. 1. Работа в программах «Компас-3D» и Cura

Для передвижения модели были выбраны мотор-редукторы и приводные ремни GT2 из гибкого и прочного материала (рис.2).

Рис. 2. Сборка модели с установлением ремней GT2 и мотор-редукторов

Чтобы робот мог обнаружить металлические предметы, потребуется оборудовать его конструкцией металлодетектора на базе микроконтроллера. Такие приборы имеют ряд преимуществ, основными из которых считаются: простота устройства, высокая чувствительность, а также объективная оценка проводимой работы. Функционирует металлодетектор типа FM (Frequency meter) по принципу частотомера. Это означает, что изменение частоты поискового контура определяется не «на слух», а с помощью специальной программы.

Ключевую роль в схеме металлодетектора выполняет микропроцессор, именно он обрабатывает информацию о всех происходящих изменениях под грунтом. Также существенным элементом является кварцевый резонатор, позволяющий наиболее точно сгенерировать и стабилизировать частоту импульсных сигналов. «Поисковой» генератор резонирует уже с разной частотой в более узком диапазоне. Параллельно ему устанавливается индуктивная катушка, реагирующая на искажения в магнитном поле и передающая измененный сигнал сначала на «поисковой» генератор, а затем на микропроцессор. Индуктивность катушки будет меняться в зависимости от магнитных свойств металлического предмета [3].

Источником питания служат три литиевых элемента с суммарным напряжением 11.1В, что предполагает до 7 часов непрерывной работы модели без подзарядки. В дальнейшем все компоненты необходимо последовательно соединить на макетной плате, и интегрировать готовую конструкцию металлодетектора в основное роботизированное устройство (рис.3).

Рис. 3. Соединение компонентов металлодетектора на макетной плате

На последнем этапе устанавливается камера видеонаблюдения и современная система GPS-геопозиционирования, с помощью которых на сайте или в приложении геодезист моментально определяет достоверные координаты на карте, а также получает необходимые фото и видеоматериалы.

Управление роботом может осуществляться автономно через контроллер Arduino Pro Mini с применением датчика ультразвука или дистанционно через радиоуправляемый пульт, что будет зависеть от исследуемой территории и поставленных задач перед инженером. Готовый образец модели робота с металлодетектором представлен на рис.4.

Рис. 4. Готовая модель робота с металлодетектором

Следующим шагом для исследований стал запуск модели робота, во время которого успешно выполняется обнаружение подземных металлических предметов с визуальной дифференцированной дискриминацией металлов. Красный светодиод срабатывает при распознавании черных металлов, а желтый- при определении цветных, что способствует значительному повышению точности и скорости поиска нужных объектов (рис.5).

Рис. 5. Обнаружение и селекция подземных металлических предметов

Такая модель робота дает возможность специалисту получать данные в режиме реального времени, а значит будет обеспечивать оперативный контроль над всем процессом для своевременного внесения требуемых корректировок в работу.

Следует учитывать, что любые роботизированные устройства, автономные или дистанционно управляемые, требуют грамотной настройки и обслуживания. Поэтому в настоящее время роботизация в геодезии ставит перед системой профобразования страны сложную, но необходимую к реализации задачу. В связи с чем, внедрение передовых методик в образовательный процесс также станет в недалеком будущем важным шагом к повышению уровня компетенции молодых специалистов, способных работать с современными автоматизированными механизмами. Такой подход будет способствовать модернизации отрасли и закреплению позиции национальных технологий на международном уровне [2].

Становится совершенно очевидным, что создание модели робота с металлодетектором способно кардинально улучшить работу инженеров-геодезистов. Этот инновационный помощник позволит им достичь беспрецедентной продуктивности, эффективности и точности, что так важно для удовлетворения возрастающих потребностей современного общества.

Литература:

1. Богомолова Е. С., Брынь М. Я., Грузинов В. В., Коугия В. А., Полетаев В. И. — Инженерная геодезия. Учебное пособие. В 2-х частях. Часть I, СПб: Петербургский государственный университет путей сообщения, 2006, 86 с.
2. Гура Д. А. Применение технологий искусственного интеллекта в кадастре и геодезии: современное состояние и перспективы // Вестник СГУГиТ. — 2025. — Т. 30, № 1. — С. 126–136.
3. Саулов А. Ю. Металлоискатели для любителей и профессионалов. Наука и техника. Санкт-Петербург, 2024, 221 с.