Использование фотограмметрии на основе дронов для оценки ущерба гражданской инфраструктуры после катастрофы

Критические преимущества перед обычными методами инспекции

Фотограмметрия на основе беспилотников дает различные эксплуатационные преимущества, которые непосредственно касаются конкретных ограничений после стихийных бедствий. Эти преимущества делают ее предпочтительным методом для первоначальной разведки и детальной структурной оценки.

• Непревзойденная скорость и эксплуатационная эффективность: Один БПЛА может исследовать мили взаимосвязанной инфраструктуры, такой как коридор шоссе, трубопровод справа от дороги или система подъема, в одном полете. То, что занимает дни наземных экипажей, может быть выполнено за часы, обеспечивая лицам, принимающим решения, немедленную ситуационную осведомленность во время самого критического окна реагирования. Эта скорость позволяет проводить итерационную съемку по мере развития условий.
• Максимизация безопасности персонала:] Зоны после стихийных бедствий по своей природе опасны. Дроны устраняют требование к инженерам-строителям физически получать доступ к нестабильным завалам, масштабировать поврежденные мосты или входить в химически загрязненные зоны. Самолет служит в качестве первого респондента, собирая критические данные с безопасного расстояния, тем самым снижая риск вторичных травм для инспекционных групп, уже работающих в условиях экстремального стресса.
• Количественная точность и объективная документация: Изображения высокого разрешения с расстоянием до наземного образца (GSD) менее 1 см позволяют обнаруживать структурные бедствия — трещины, брызги, отклонения — которые могут быть пропущены невооруженным глазом с земли. Полученная 3D-модель обеспечивает неопровержимую, постоянную цифровую запись состояния актива в определенный момент времени. Эта объективная запись бесценна для страховых требований, судебно-технического анализа и судебных разбирательств, которые часто следуют за крупными катастрофами.
• Эффективность затрат и оптимизация ресурсов:] Развертывание тяжелого инспекционного оборудования, такого как строительные леса, ведро-машины или вертолеты, несет значительные расходы и логистические накладные расходы. Небольшая группа БПЛА может быть развернута быстро с минимальным количеством мест, освобождая финансовые и человеческие ресурсы для прямых усилий по оказанию помощи. Собранные данные также могут быть повторно использованы для других целей, таких как планирование реконструкции или гидравлическое моделирование, обеспечивая долгосрочную ценность за пределами первоначального осмотра.

Структурированный рабочий процесс для развертывания после катастрофы

Для успешного развертывания в условиях хаоса в условиях бедствий требуется структурированный и адаптируемый подход. Рабочий процесс обычно следует четырем отдельным этапам, каждый из которых имеет свои конкретные цели и задачи.

Фаза 1: Экспедиционное планирование и разведка

Перед тем, как один полет произойдет, команды должны определить приоритетную инфраструктуру на основе разведки из центров чрезвычайных операций. Пути полета разработаны с использованием программного обеспечения планирования миссий, учета ограничений воздушного пространства, сложности местности и радиочастотных помех. Получение ускоренного разрешения воздушного пространства, часто через партнерские отношения с такими агентствами, как FEMA или FAA's Special Governmental Interest (SGI) процесс, имеет важное значение. Команды также должны разработать планы действий в чрезвычайных ситуациях для сценариев потерянных связей или внезапных изменений погоды. Предварительное планирование также включает в себя определение безопасных зон запуска и посадки (LZs) вдали от опасностей.

Фаза 2: Приобретение данных в динамических средах

Используя автономные режимы полета, дрон выполняет запланированную миссию, захватывая тысячи геотегированных изображений. В динамических зонах бедствия команды должны постоянно корректировать планы полета, чтобы учесть изменяющиеся условия ветра, видимость или неожиданные препятствия, такие как аварийные транспортные средства. Управление батареями и логистика хранения данных являются критическими соображениями во время длительных операций. Команды часто используют метод «горячего обмена», когда один дрон приземляется, откладывается данные и меняет батареи, в то время как другой продолжает миссию, обеспечивая непрерывное покрытие на больших площадях.

Фаза 3: Бесшовная обработка данных

После захвата необработанные изображения поступают в программное обеспечение для обработки фотограмметрии, такое как Pix4Dmapper, Agisoft Metashape или RealityCapture. Для реагирования на временные катастрофы облачные конвейеры обработки могут значительно ускорить генерацию ортомозаик и 3D-моделей, позволяя командам в полевых условиях получать доступ к результатам в течение нескольких часов. Выбор между облаком и краевой обработкой часто зависит от доступности полосы пропускания интернета на месте. Цель состоит в том, чтобы как можно быстрее превратить необработанные изображения в работоспособные геопространственные данные.

Фаза 4: Квантификация и анализ ущерба

Заключительный этап включает в себя тщательный анализ полученных продуктов. Инженеры-конструкторы накладывают ортомозаику на планы до стихийных бедствий, измеряют ширину трещин в 3D-модели и вычисляют объемные изменения. Результатами часто являются аннотированные карты, подчеркивающие критический ущерб, полные отчеты о структурной целостности и наборы данных ГИС для интеграции в более широкую систему управления стихийными бедствиями. Этот анализ непосредственно информирует о приоритетах сортировки, оценках затрат на ремонт и безопасном открытии коридоров критической инфраструктуры.

Расширенные аналитические возможности для структурной целостности

Помимо стандартного визуального контроля, данные, полученные с помощью дронов, позволяют проводить сложный количественный анализ, который непосредственно информирует о технических решениях и приоритетности ремонта.

Обнаружение трещин и измерение их распределения

Ортомозаики высокого разрешения с ГСД менее 1 см позволяют аналитикам наносить на карту детальные узоры трещин на бетонных фасадах, участках тротуара и подпорных стенах. Инструменты извлечения функций на основе ИИ могут автоматизировать обнаружение и измерение ширины и длины трещин, ускоряя то, что ранее было ручным, подверженным ошибкам процессом. Эта способность имеет решающее значение для оценки структурной стабильности и определения того, может ли здание быть повторно занято или требует опорожнения.

Структурная деформация и мониторинг поселений

Сравнивая цифровые модели поверхности, захваченные до и после катастрофы, инженеры могут выполнять анализ обнаружения изменений для количественной оценки наземного поселения, структурного оседания или смещения мостовых палуб и примыканий. Этот дифференциальный анализ является мощным инструментом для понимания общей устойчивости конструкции. Например, карта разности может выделить 5-сантиметровое поселение на мостовом подходе, что может указывать на отказ подшипника или повреждение чира, что требует немедленного внимания.

Объемный анализ для управления мусором

Точная оценка объема мусора имеет важное значение для распределения ресурсов и планирования реконструкции. 3D-модели разрушенных конструкций могут быть проанализированы для расчета объема щебня с точностью, превышающей 95%. Это позволяет логистическим планировщикам определять количество грузовых автомобилей и мест захоронения, что напрямую влияет на эффективность и стоимость фазы восстановления. Этот анализ также помогает в оценке количества опасных материалов, таких как асбест, который имеет решающее значение для безопасного планирования удаления.

Реальные мировые тематические исследования в области реагирования на стихийные бедствия

Эффективность фотограмметрии беспилотников лучше всего иллюстрируется ее применением в крупных стихийных бедствиях. После землетрясений в Непале 2015 года международные команды БПЛА, развернутые для картирования сильно поврежденных объектов наследия и отдаленных горных деревень. Полученные ортомозаики и 3D-модели были использованы инженерами-строителями для оценки стабильности древних храмов и определения приоритетов усилий по реконструкции, обеспечивая цифровую запись культурного наследия, которое находилось в непосредственной опасности коллапса.