Firma Sopreco testuje skaner LiDAR Zenmuse L1 w warunkach słabego oświetlenia podczas inspekcji przed rozbiórką

Rozbiórka chłodni kominowej to nie lada wyczyn. Już sam rozmiar i wiek konstrukcji wymaga głębszej inspekcji w celu oceny erozji, materiałów niebezpiecznych i integralności strukturalnej. Przed takim właśnie wyzwaniem stanął zespół firmy Sopreco, oceniając trzy wieże chłodnicze przewidziane do rozbiórki w Metz we Francji. Aby zapewnić bezpieczną i dokładną inspekcję tych chłodniczych gigantów, zdecydowano się na wykorzystanie drona wyposażonego w technologię LiDAR.

Sopreco, spółka zależna grupy Eurovia we Francji, działa jako wiodący referent w zakresie zarządzania kamieniołomami, inspekcji i specjalistycznych rozwiązań Geograficznego Systemu Mapowania (GIS). Sopreco prowadzi również program dronów Eurovii do inspekcji majątku, pomiarów geodezyjnych, LiDAR i wykrywania min.

W przypadku tego konkretnego, czterodniowego projektu zdecydowano, że najlepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie mieszanej metody z użyciem dronów, wykorzystującej zarówno techniki LiDAR jak i fotogrametrii, przy ścisłych ograniczeniach czasowych. W tym przypadku, DJI dostarczyło firmie Sopreco ładunek użytkowy Zenmuse L1 do realizacji tego zadania.

Przestarzałe metody wymagają profesjonalnych rozwiązań z wykorzystaniem dronów

Tradycyjne podejście do czynności związanych z konserwacją lub rozbiórką chłodni kominowych wymaga zazwyczaj zaangażowania zespołów pracujących na rusztowaniach lub innych metod linowych. Napięty harmonogram projektu wymagał jednak szybszej metody inspekcji. Co ważniejsze, ponieważ część betonu była uszkodzona i pokryta farbą zawierającą azbest, tradycyjne metody inspekcji były po prostu niewykonalne.

Alternatywnym podejściem dla zespołu mogło być użycie dźwigu lub helikoptera do oceny szkód, ale jak wyjaśnia Jonathan Lopez, główny specjalista ds. dronów w Sopreco:

„Inspekcja z użyciem drona była jedynym rozsądnym rozwiązaniem branym pod uwagę. Po prostu inne opcje nie miały żadnych zalet, jeśli chodzi o koszty i bezpieczeństwo dla naszego zespołu inspekcyjnego.”

– Jonathan Lopez, Specjalista ds. dronów w firmie Sopreco.

Pierwszym krokiem w rozbiórce jest planowanie. Sopreco zdecydowało się najpierw na podstawie posiadanych informacji stworzyć model 3D trzech chłodni kominowych przy pomocy kamery Zenmuse P1 i skanera LiDAR Zenmuse L1. Wszystkie dane zostałyby zebrane za pomocą drona(ów) i przetworzone na dokładny model 3D za pomocą oprogramowania DJI Terra. Uzyskany dokładny zestaw danych można było następnie udostępniać grupom zajmującym się rozbiórką. Takie trójwymiarowe etapowanie procesu może pomóc firmom zidentyfikować ryzyko, wyjaśnić planowane metody i zapewnić lepszą wycenę na tle konkurencji.

„Proces lotu jest dość prosty i stosunkowo szybki do wykonania – około półtora dnia na wieżę. Przetwarzanie danych i tworzenie modelu może zająć od 1 do 3 tygodni. Zespoły inspekcyjne powinny mieć to na uwadze podczas planowania” – dodaje Lopez.

Połączenie technologii: Fotogrametria z obsługą LiDAR

Zespół Sopreco tradycyjnie wykorzystuje fotogrametrię dronową do tego typu zadań, aby przechwytywać dane w celu tworzenia ortomozaiki lub modeli 3D, podobnie jak wielu geodetów i kartografów.

Przystępność i elastyczność fotogrametrii w dostarczaniu szczegółowych map i modeli sprawiły, że ta opcja stała się najbardziej dostępnym wyborem dla wielu inspektorów aktywów lub struktur, takich jak chłodnie kominowe.

Jednakże, istnieją pewne drobne niedogodności związane z wykorzystaniem fotogrametrii podczas pomiarów. Na przykład w tym projekcie występowały duże różnice w natężeniu światła wewnątrz i na zewnątrz chłodni kominowych. Szczególnie wewnątrz, oświetlenie jest znacznie słabsze i może być trudno uchwycić wysokiej jakości dane wizualne. Dodatkowo, napięty harmonogram tego projektu oznaczał, że duża część pracy musiała być wykonana w warunkach słabego oświetlenia, co może skutkować gorszą jakością zdjęć, a w efekcie mniej dokładnym modelem.

W tym miejscu pojawia się technologia LiDAR, która wypełnia lukę.

LiDAR (ang. light detection and ranging) działa poprzez emisję światła laserowego i pomiar czasu i częstotliwości odbicia wiązki od obiektu z powrotem do czujnika. Tworzy topograficznie dokładne modele terenu, wykorzystując systemy o wysokiej dokładności pozycjonowania satelitarnego (dane GNSS) oraz inercyjne jednostki pomiarowe (IMU).

Główną zaletą technologii LiDAR jest to, że nie wymaga ona dobrych warunków oświetleniowych, w przeciwieństwie do fotogrametrii. Co więcej, końcowe dane wyjściowe to współrzędne chmury punktów, które znacznie szybciej można przetworzyć na użyteczny model za pomocą oprogramowania. W tym przypadku skaner LiDAR Zenmuse L1 był idealnym rozwiązaniem dla napiętego harmonogramu firmy Sopreco pracującej do późnych godzin wieczornych.

Rezultat: renderowane z centymetrową dokładnością chmury punktów (trójwymiarowa reprezentacja obiektów), które są wykonywane szybciej niż pomiary naziemne czy fotogrametria.

Zenmuse L1 w terenie

Po wstępnych krokach związanych z uzyskaniem zgody na lot, zespół Sopreco stworzył analizę misji w celu określenia kompleksowej strategii zbierania danych. Przed planowanymi lotami wyznaczono i zmierzono naziemne punkty kontrolne (GCP).

Główne wyzwanie zadania leżało wewnątrz cylindrycznego giganta, gdzie ze względu na metalową strukturę, GPS może być niedokładny. Z tego powodu w tej fazie projektu całkowitą kontrolę nad dronem przejął wykfalifikowany operator drona.

Przed rozpoczęciem zautomatyzowanej inspekcji dronem LiDAR, najpierw przeprowadzono ręczny lot fotogrametryczny z użyciem kamery Zenmuse P1 w celu uchwycenia zewnętrznych i wewnętrznych powierzchni każdej konstrukcji. Następnie podczas lotu ze skanerem LiDAR Zenmuse L1 zebrano dokładne dane wewnątrz i na zewnątrz wież.

„Nie mieliśmy łatwego do oznaczenia celu na szczycie żadnej z konstrukcji. Wykorzystaliśmy więc dane zebrane przez skaner LiDAR Zenmuse L1 do kontroli i przeskalowania danych fotogrametrycznych” – zauważył Lopez. „Kamera Zenmuse P1 naprawdę poprawiła ogólne wyniki pomimo słabych warunków oświetleniowych”.

Podsumowując, za pomocą skanera LiDAR Zenmuse L1 uzyskamy:

• Do 100% efektywnych wyników chmur punktów
• Zasięg detekcji: 450 m (80% odbicia, 0 klx) / 190 m (10% odbicia, 100 klx)
• Szybkość próbkowania: 240 000 pkt/s
• 3 odbicia
• dwie metody skanowania:

Przełomowa technologia LiDAR Zenmuse L1 w branży pomiarowej

Zintegrowanie technologii LiDAR z dronem DJI Matrice 300 RTK oraz skanerem Zenmuse L1 sprawiło, że ta metoda pomiarowa stała się bardziej popularna w wielu zawodach, w tym w branży geoprzestrzennej, geodezyjnej i budowlanej. Z tego powodu to, co kiedyś było postrzegane jako wygórowany koszt, można teraz włączyć do inspekcji dronem wraz z fotogrametrią i w ten sposób zapewnić maksymalną precyzję.

„Dron umożliwia wykonanie tych prac topograficznych w sposób całkowicie bezpieczny. Na budowach takich jak ta, można będzie wyznaczyć nowe perspektywy i sposoby pracy, które wcześniej nie były możliwe”

– wyjaśnia Bruno Pillon, geodeta i pilot drona w Sopreco.

Dokładność i wszechstronność LiDAR, na przykład przy słabym oświetleniu i w obszarach o dużej roślinności, oznacza, że może on zapewnić większą wydajność nawet najbardziej wymagających misji pomiarów lotniczych.

Jonathan Lopez z Sopreco wyjaśnia to w prosty sposób:

„Korzystanie z technologii dronów jest podobne do korzystania z wiertarki, młotka czy jakiegokolwiek narzędzia. Gdy umieści się aparaturę sterującą w ręce operatora drona, geodety gruntowego lub budowlanego, przewaga nad konkurencją jest ogromna.”