Table of Contents
مقدمة إلى استقصاءات الهياكل الأساسية القائمة على أساس الطائرتين
وقد كان التفتيش والجرد على أصول الهياكل الأساسية المدنية - الجسور، والطرق، وشبكات المرافق، والسدود، والأنفاق - التي كانت تعتمد تقليديا على عمليات السير اليدوية، أو الاختراق، أو شاحنات الدلو، أو الطائرات المأهولة، وهذه الأساليب هي أساليب مستهلكة للوقت، ومكلفة، وكثيرا ما تعرض العمال لظروف خطرة، وفي السنوات الأخيرة، ظهرت مزايا المركبات الجوية غير المأهولة، المعروفة باسم مخزونات آلية تجريبية.
مزايا استخدام الطائرات العمودية في الهياكل الأساسية المدنية
والتحول إلى عمليات التفتيش التي تقوم على الطائرات بدون طيار هو أمر مدفوع بفوائد قاهرة عديدة تعالج نقاط الألم التي طال أمدها في إدارة الهياكل الأساسية، وفيما يلي دراسة المزايا الرئيسية بالتفصيل.
السرعة والكفاءة
ويمكن أن تغطي طائرة واحدة من طراز UAV عدة أميال من الطريق أو هيكل جسر كبير في رحلة واحدة، مما يلتقط آلاف الصور أو الغيوم المتحركة في دقائق، وعندما يتطلب تفتيش الجسر اليدوي إغلاق الممرات وأيام الطاقم المتعددة، يمكن إنجاز مسح للطائرات بدون طيار في غضون ساعات قليلة، بما في ذلك تركيبها وتجهيزها بعد ذلك، وبالنسبة للموجودات الخيطية مثل خطوط الكهرباء أو خطوط الأنابيب، فإن الطائرات الآلية تحتاج إلى متابعة سريعة.
التكلفة - الأثر
وعلى الرغم من أن الاستثمار الأولي في معدات الطائرات بدون طيار والتدريب يمكن أن يكون كبيرا، فإن وفورات التكاليف الطويلة الأجل كبيرة، وتقضي الدراسات الاستقصائية عن الطائرات على الحاجة إلى عمليات غسيل مكلفة، وتدابير مراقبة الحركة، واستئجار الطائرات المأهولة، وتخفض تكاليف العمل لأن عددا أقل من الموظفين مطلوب في الموقع - في كثير من الأحيان، كما أن محلل البيانات يمكنه أن يحقق ما كان يتطلبه فريقا من المفتشين ومراقبي السلامة.
تحسين السلامة
وربما كانت أهم ميزة هي تعزيز سلامة العمال، إذ يمكن للطائرات العمودية الوصول إلى مواقع عالية أو محصورة أو غير مستقرة دون تعريض الأفراد للخطر، فعلى سبيل المثال، فإن تفتيش برج انتقالي طوله 200 قدم أو رصيف جسر في نهر سريع التدفق لا يتطلب وجود متسلقين أو فرق للوصول إلى الحبال أو زوارق، ومن خلال إجراء عمليات تفتيش بصرية عن بعد، يتم القضاء على خطر وقوع خسائر في الأرواح أو الكهرباء أو القرب من حركة المرور.
بيانات الجودة العالية وأجهزة الاستشعار المتقدمة
ويمكن أن تحمل الطائرات الآلية الحديثة مجموعة من الحمولات التي تلتقط البيانات التي تتجاوز ما يمكن أن تراه العين البشرية، وتوفر كاميرات RGB صورا عالية الاستبانة للتفتيش البصري، وتولد أجهزة الاستشعار التابعة للشبكة الغيومية 3D نقطة تستخدم لقياس التشوهات أو النباتات أو تغيرات الحجم، وتكشف الكاميرات الحرارية عن وجود أوراما حرارية تشير إلى حدوث أخطاء كهربائية أو إلى حدوث إخفاقات في الصيانة أو حدوث تغيرات في سقفية.
الإحباطات المصغرة
وكثيرا ما تتطلب عمليات التفتيش التقليدية إغلاق الممرات أو تحويل الطرق أو انقطاع الخدمات المؤقتة، ويمكن أن تعمل الطائرات بدون طيار بأدنى قدر من البصمات الأرضية، وغالبا ما تكون من كتفي أو رصيف دون إعاقة حركة المرور أو الدخول العام، وبالنسبة لمطارات المطار أو ممرات السكك الحديدية أو مواقع البناء النشطة، فإن هذا الانخفاض في التعطل أمر لا يقدر بثمن، كما أن النشر السريع يعني أن النوافذ الجوية أو الفترات المنخفضة المدى يمكن استغلالها على نحو أكثر مرونة.
طلبات جرد الأصول والتفتيش عليها
وتستخدم الطائرات العمودية الآن في مجموعة واسعة من أصول البنية التحتية المدنية، ونورد أدناه تفاصيل أكثر التطبيقات شيوعا وتأثيرا، موزعة حسب فئة الأصول.
التفتيش على الجسر
وتشتمل عمليات التفتيش على الجسر على التحليق حول الهيكل، وتلقي صور للزهور، والثدييات، والوصلات، والزوارق، والزوارق، والزوارق، والكابلات، وأسطح السفن، وباستخدام كاميرات عالية الحدوث، يمكن للمفتشين أن يكتشفوا الشق، والارتفاع، والفولط، دون إغلاق الجسر.
رصد الطرق والأجسام
وتعتمد وكالات الطرق السريعة طائرات بدون طيار لرصد حالة الرصيف، وكشف الثغرات، وتقييم التشقق والتشقق، وتقييم حالة اللافتات والحراسات، ويمكن للطائرات التي تحلق على ارتفاع منخفض (50-100 قدم) أن تلتقط صوراً ذات حل كاف لقياس أسلاك الشقوق والضائق السطحية، وتجهز هذه البيانات باستخدام أجهزة تكييف للتعلم الآلي لتحديد عيوب صيانة النفايات الأرضية التي يمكن عندئذ استيرادها إلى قنوات ثابتة.
التفتيش على خطي التنقل والطاقة
وكانت المرافق الكهربائية تعتمد في وقت مبكر تكنولوجيا الطائرات بدون طيار، حيث تمتد خطوط الكهرباء آلاف الأميال، وغالبا ما تعبر التضاريس الصعبة، ويمكن للطائرات العمودية أن تبحر على طول الطريق، وتفتيش الموصلات، والسلوك، والبرج، والتجاوزات في خطوط الأنابيب، وتتعرف الكاميرات الحرارية على الموصلات التي تزيد حرارة الموصلات، بينما تُحدِّد دوريات التسرب المتواترة من الطائرات.
تقييم السدود والأعباء
وتحتاج السدود والمرافئ إلى عمليات تفتيش دورية للوجه ورصد الارتفاع، ويمكن للطائرات العمودية أن تطير فوق الهيكل، وتلتقط صورا عالية الاستبانة تكشف عن الغرق أو الشقوق أو الحرق الحيواني، وتنتج الدراسات الاستقصائية عن الدي آر نماذج رقمية دقيقة للارتفاع لقياس الاستيطان أو التشوه بمرور الوقت، أما بالنسبة للطرق السائلة وأعمال المخارج، فإن الطائرات الآلية المجهزة بكاميرات الزوم يمكنها أن تفتش عناصر سطحية.
التفتيش على الهياكل الفرعية
وفي حين أن النظام العالمي لتحديد المواقع غير متاح تحت الأرض، فإن الطائرات الآلية المجهزة بتجنب العقبة والملاحة الداخلية (مثل استخدام الأشعة البصرية أو الأشعة الليدرية) تستخدم بصورة متزايدة لتفتيش الأنفاق والألغام والخراط، وتركز هذه التفتيش على حالة البطن وخطر المياه والتشوهات الهيكلية، فالسلامة هي درونيس رئيسية تزيل الحاجة إلى دخول العمال أماكن محصورة أو خطرة.
تكنولوجيات الاستشعار وجمع البيانات
وتتوقف قيمة عمليات المسح التي تجرى بالطائرات بدون طيار على نوعية ونوع أجهزة الاستشعار التي يتم نشرها، كما أننا نعرض أدناه أنواع الاستشعار الرئيسية وأدوارها في التفتيش على الهياكل الأساسية.
كاميرات عالية الاستصلاح
العمود الفقري لمعظم تدفقات التفتيش - تحمل الطائرات الآلية الحديثة أجهزة تصوير ميغابيكسيل من ٢٠ إلى ٦٠ ميغابيكسيل بمكوكات آلية ومكوكات عالمية للحد من التشويه، وتسمح عدسات زوم )العملية، لا الرقمية( بمسافات الوقوف الآمنة، وتنتج هذه الكاميرات صورا تستخدم لتحديد العيوب البصرية، والتصوير الضوئي ٣ دال، وتوليد أوثوفوتو.
LiDAR (Light Detection and Ranging)
وتثير أجهزة الاستشعار الليزرية الليزرية الليزرية لقياس المسافات، مما يخلق سحابة كثيفة من قياسات الأصول، وهي ضرورية لقياس التشوهات والأحجام وارتفاعات التطهير، ولرسم خرائط الهياكل المعقدة التي تنعدم فيها ظروف الإضاءة، ويمكن أن تصل نظم ال ليدار المتطورة ذات الوضع الصلب أو الوميض على الطائرات الآلية إلى 000 500 نقطة في الثانية مع دقة سنتيمتر.
كاميرات المراقبة الحرارية
وتكشف أجهزة الاستشعار الحرارية عن الاختلافات في درجات الحرارة، وتكشف عن عيوب خفية مثل تسرب المياه خلف حواجز الجسر، أو البقع الساخنة الكهربائية على معدات المرافق، أو الثغرات في بناء المظاريف، وفيما يتعلق بعمليات التفتيش على الهياكل الأساسية، تستخدم كاميرات حرارية تعمل بالموجات الطويلة (7-14 ميكروم) عادة، وتقدم قرارات تصل إلى 640x512 بيكزا.
أجهزة الاستشعار المتعددة الأطياف والقابلية للاحتياطات
وتلتقط هذه أجهزة الاستشعار البيانات في مجموعات متعددة ضيقة من الطيفات خارج الضوء المرئي، وتستخدم عدة طوابق (تراوح بين 5 و 10 فرق) لتحليل صحة النباتات على طول حقوق الطريق، بينما يمكن للغرب الفائق (مئات النطاقات) تحديد مواد محددة (مثل التدهور الملموس أو تسرب الأنابيب) استنادا إلى التوقيعات الطيفية.
استراتيجيات التنفيذ المتعلقة بإجراء دراسات استقصائية فعالة عن الظواهر العقيمة
ويتطلب نشر برنامج ناجح للتفتيش على الطائرات بدون طيار أكثر من شراء المعدات، ويجب على المنظمات أن تعالج التنظيم، وسير العمل، والتدريب، وإدارة البيانات، والسلامة، وترسم الخطوات التالية خريطة طريق قوية للتنفيذ.
الامتثال التنظيمي والتصديق
وفي معظم البلدان، تتطلب عمليات الطائرات المسيرة التجارية إصدار شهادات تجريبية واعتمادا على أنظمة سلطة الطيران، وفي الولايات المتحدة، يكلف قانون الطيران المالي الدولي الباب 107 شهادة على الطيارين المسيّرين الذين يطيرون لأغراض تجارية، كما يجب على المشغلين الحصول على إعفاءات من بعض العمليات مثل التحليق خارج خط البصر، والطيران الليلي، أو التحليق فوق الناس، وبالنسبة لعمليات التفتيش على الهياكل الأساسية، يمكن أن يؤدي تأمين الإعفاءات من نظام BVFA إلى تحسين كفاءة الأصول الثابتة.
وضع إجراءات التشغيل الموحدة
وينبغي أن يكون لكل برنامج ملوثات عضوية ثابتة تغطي تخطيط الرحلات، والقوائم المرجعية السابقة للرحلات، وإجراءات الطوارئ، وأمن البيانات، وجداول الصيانة، وبالنسبة لعمليات التفتيش، ينبغي أن يحدد مكتب خدمات المشاريع أنماط الطيران (مثلاً، شبكة فوق جسر، مدار حول برج)، وأن يتطلب نسباً متداخلة لقياس التصوير، وحدود الارتفاعات، ويكفل التوحيد جودة البيانات القابلة للتكرار ويقلل من المخاطر.
التدريب وتنمية المهارات
ويجب تدريب الطيارين ليس فقط في عمليات الطيران بل أيضا في متطلبات التفتيش المحددة لكل نوع من أنواع الأصول: ما ينبغي البحث عنه، وكيفية تحديد مسارات التصوير، وكيفية تفسير بيانات الاستشعار، يحتاج محللو البيانات إلى تعليم في برامجيات التصوير الضوئي (مثلا، PIX4D، وأغيسوفت ميتشابي، ومنابر نظام المعلومات الجغرافية، وأدوات التعلم الآلي لكشف العيوب.
إدارة البيانات والتكامل
وتولد الدراسات الاستقصائية للطائرات العمودية بيانات مائلة: من الأهمية بمكان وجود خط أنابيب لإدارة البيانات قابل للتكرار: تُرفع الصور الخام، وتُجهز إلى خامتين دي أو ثلاثة دي، وتُشفى بالعيوب، وتخزن في قاعدة بيانات جغرافية، ويسمح دمجها مع نظم إدارة الأصول القائمة (مثلاً، عمليات التفتيش على نظام المعلومات المتكامل بشأن تدفقات المعلومات الإدارية، أو أدوات الجرد القائمة على نظام المعلومات الجغرافية)
التخطيط في مجال السلامة والحالات
وحتى مع فوائد السلامة، فإن عمليات الطائرات بدون طيار تحمل مخاطرها الخاصة - خاصة بالقرب من خطوط الطاقة، أو في الرياح العالية، أو فوق المياه - وينبغي أن تقيّم تقييمات المخاطر قبل البعثة قرب العقبات، وتدخل الترددات اللاسلكية، والظروف الجوية - وينبغي أن تكون البطاريات المتدفقة، وخطط الإنعاش في حالات الطوارئ، والمشاهدات معيارية، وبالنسبة للهياكل الأساسية الحيوية، فإن نظم الطيران الزائدة والمظلات يمكن أن تزيد من الحد من المخاطر.
التحديات والنظر في المسألة
وعلى الرغم من المزايا الواضحة، فإن استقصاءات الطائرات بدون طيار ليست سراويل، ويجب على الممارسين أن يبحروا بعدة عقبات.
الحد من البطاريات وتحمل الرحلات الجوية
ومعظم الطائرات بدون طيار التجارية لها أوقات طيران تتراوح بين ٢٠ و ٤٠ دقيقة، مما يحد من المنطقة المشمولة بالطائرة الواحدة، وبالنسبة للبنية التحتية الكبيرة مثل جسر طويل أو قطاع طرق واسعة النطاق، يلزم القيام برحلات متعددة ومبادلات للبطارية، وتوفر الطائرات المسيرة ذات الأجنحة الثابتة أو الهجينة التابعة للطائرات الصغيرة والمتوسطة الحجم فترة أطول )حتى ساعتين( ولكنها أكبر وأرخص.
Weather and Environmental Constraints
الأمطار الدافقة والرياح القوية والضباب ونوعية الصور المنخفضة التحلل والرحلات الجوية، وقد تُعاقب الطائرات العمودية على أجزاء كبيرة من السنة في بعض المناخات، وتتطلب عمليات التفتيش الحراري فوارق معينة في درجات الحرارة (عادة الصباح أو الليل) لتحقيق أقصى قدر من التناقض.
تعقيد عملية تجهيز البيانات
ويمكن أن تكون أوقات التجهيز طويلة، وتتوقف دقة النواتج على نقاط المراقبة الأرضية المناسبة وعلى المعايرة، ويجب على المنظمات إما الاستثمار في القدرات الداخلية أو التعاقد مع مقدمي الخدمات المتخصصين.
المحامون التنظيميون
ولا تزال عمليات شركة BVLOS، التي تتجاوز خطوط الطيران فوق الطرق السريعة أو بالقرب من المطارات، مقيدة في العديد من الولايات القضائية، ويمكن أن تستغرق عملية الإعفاء وقتا طويلا، وبالإضافة إلى ذلك، يجب إدارة الشواغل المتعلقة بالخصوصية والتصور العام، ولا سيما عند التحليق فوق المناطق المأهولة بالسكان.
التكامل مع معايير التفتيش التقليدية
ولا تزال رموز التفتيش على الجسر (مثلاً، نظام المعلومات الوطني في الولايات المتحدة) تتطلب تفتيشاً عملياً لبعض المكونات، ويمكن للصور التي تستخدم الطائرة أن تكمل الاختبارات المادية، ولكن لا تحل دائماً محلها (مثلاً، السبر المطرقي من أجل إزالة التسمية) وت سد الفجوة بين بيانات الطائرات المروحية البصرية والتقييمات الهيكلية الكمية لا تزال مجالاً نشطاً للبحث والتوحيد.
الآفاق المستقبلية
ويتطور ميدان التفتيش على الهياكل الأساسية القائمة على الطائرات بدون طيار بسرعة، وتتجه الاتجاهات الناشئة إلى زيادة القدرة على التشغيل الآلي والتحليل.
التكامل مع نظام المعلومات الجغرافية ونظام المعلومات البيئية
ويخلق الجمع بين الدراسات الاستقصائية للطائرات بدون طيار وبين نظم المعلومات الجغرافية ونماذج المعلومات المتعلقة بالبناء قدرات جديدة قوية، ويمكن تحديث نماذج الهياكل الأساسية القائمة على البناء تلقائياً ببيانات الطائرات بدون طيار، مما يتيح التوأم الرقمي المتزامن باستمرار مع الواقع المادي، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يكون نموذج قياس حجم الجسور زائداً عن الحاجة مع بيانات التفتيش الحراري والهيكلي، مع تحديد المناطق التي تلغي فيها عملية الصيانة الاستباقية.
الاستخبارات الفنية وكشف الأثر الآلي
ويمكن الآن أن تكشف خوارزميات التعلم الماكنة التي تم تدريبها على آلاف الصور المشروحة عن الشقوق والتآكل والتعرض للضغط والاختلالات الأخرى التي تتسم بدرجة عالية من الدقة، ويجري إدماج هذه الأدوات مباشرة في برامج التفتيش التي تستخدم الطائرات بدون طيار، مما يتيح إجراء تحليلات في الميدان في الوقت الحقيقي أو في الوقت القريب، ومع تزايد مجموعات البيانات التدريبية، فإن نطاق العيوب التي يمكن اكتشافها يتسع، مما قد يقلل الحاجة إلى استعراض البشر إلى حالات استثنائية.
الخط الافتراضي لعمليات البصر
وتسمح التطورات في تجنب العقبات، وتحديد الهوية عن بعد، والرقابة الخلوية بالاستقلال التام لأسطول الطائرات بدون طيار التي تفتش الهياكل الأساسية في فترات ما قبل التكرار دون وجود طيار في الموقع، وتتزايد تدريجيا الموافقات على نظام BVLOS، ولا سيما فيما يتعلق بالأصول المتوازية الريفية، ويجري تلقائيا نشر محطات التدوين التي تقوم بشحن وبطاريات التبديل لرصد الهياكل الأساسية بصورة مستمرة مثل خطوط الأنابيب أو أسطح الجسور.
التفتيشات المتعلقة بالأسلحة الصغيرة والتعاون
ويمكن للطائرات الآلية المتعددة التي تطير بالتنسيق أن تفتش أجزاء مختلفة من أصول كبيرة في آن واحد، وأن تقطع فترة التفتيش أكثر.وتمكّن تكنولوجيا الأسلحة الصغيرة أيضا طائرة بدون طيار من حمل جهاز استشعار أولي بينما يقدم أخرى معلومات عن التصورات أو نقلها، وتجرى البحوث في مجال المراقبة اللامركزية وتفادي الاصطدام فيما يتعلق بالأحزام الكثيفة.
منابر مختلطة ومتخصصة
وقد تجمع الطائرات المسيرة في المستقبل بين التحمل الثابت الجناحين وبين المناورة الدوارة، وتكمل الطائرات بدون طيار تحت الماء الطائرات بدون طيار لتفتيش الغواصات أو مركبات جسر تحت الماء، وتدير الطائرات المسيرة القادرة على تطبيق المعاطف أو الختم بعد التفتيش، وتنسق التفتيش مع الإصلاح.
خاتمة
وقد أدت الدراسات الاستقصائية للطائرات الصغيرة إلى تحسين سرعة وسلامة وجودة جرد الأصول المملوكة للهياكل الأساسية المدنية والتفتيش، حيث ستؤدي هذه العمليات إلى الاستعاضة عن الأساليب الكثيفة الاستخدام لليد العاملة والخطرة بالقبض السريع على الطائرات الغنية بالبيانات، إلى تمكين أصحاب الأصول من تحديد العيوب في وقت سابق، وصيانة الخطط على نحو أكثر كفاءة، وتوسيع نطاق البنية التحتية الحيوية، وفي حين أن التحديات ما زالت قائمة، فإن متطلبات تجهيز البيانات، وإدماجها في المعايير القائمة، فإن الهياكل الأساسية لا غنى عنها: