Nowe narzędzia do inspekcji, diagnostyki i oceny istniejących obiektów mostowych

W kolejnej publikacji [59] stworzono model 3D mostu przy użyciu zdjęć zrobionych przez UAV i metody SfM, w której równocześnie rejestrowano dane o geometrii i uszkodzeniach. Wyniki są porównywane z modelami utworzonymi przy użyciu LiDAR na platformie stacjonarnej. Dotychczasowe badania pokazują, że inspekcja przy użyciu UAV może przewyższyć inspekcję przy użyciu LiDAR pod względem kompletności i rozdzielczości, dając doskonałe modele 3D o precyzji potrzebnej do rozwiązania problemów i spełnienia celów zarządców infrastruktury. Pojawienie się i ewolucja nowych technologii, takich jak UAV oparte na LiDAR, czyli SfM, pomagają w pozyskiwaniu danych, które po obróbce tworzą precyzyjne i pełne, trójwymiarowe reprezentacje złożonych obiektów.

W tym celu, korzystając z obu technologii, w publikacji [60] przedstawiono kolejne studium przypadku z wykorzystaniem mostu kolejowego. Celem było wygenerowanie precyzyjnej i realistycznej reprezentacji 3D infrastruktury kolejowej, która posłuży do inspekcji konstrukcji i oceny uszkodzeń powierzchniowych. Czujnik LiDAR był użyty na TLS i zastosowany do zbierania danych na temat dolnych i bocznych powierzchni mostu, a także terenu pod obiektem (rys. 4a), podczas gdy kamera zamontowana na UAV została wykorzystana do scharakteryzowania górnej powierzchni i boków konstrukcji pomostu (rys. 4b). Integracja modeli LiDAR-TLS i fotogrametrii-UAV (rys. 4c), możliwa dzięki ostatnim postępom w algorytmach przetwarzania, zaowocowała bardzo dokładnym modelem 3D całego pomostu kolejowego, osiągnięty wynik pokazano na rys. 5.

Wnioski

W niniejszym artykule przedstawiono zarys najnowszych technologii przeznaczonych do zdalnej inspekcji mostów, w tym zautomatyzowanej oceny uszkodzeń powierzchniowych oraz zdalnych pomiarów przemieszczeń. W szczególności przedstawiono technologie zdalnej inspekcji oparte na systemach rozpoznawania obrazu oraz systemach LiDAR instalowanych na UAV.

Dzięki najnowszym osiągnięciom naukowym i technologicznym ocena stanu konstrukcji mostów staje się coraz bardziej efektywna. Inteligentne strategie inspekcji mogą wykrywać wczesne oznaki pogorszenia stanu konstrukcji, przez co mogą zapobiegać poważnym awariom krytycznych komponentów, a także pomagać identyfikować właściwe działania naprawcze. Nowe i istniejące technologie inspekcji są ukierunkowane na cyfryzację procesów budowlanych. Złożoność inspekcji i utrzymania wymaga zorganizowanych, zautomatyzowanych, otwartych i przejrzystych algorytmów cyfrowych, które powinny uwzględniać zarówno dane dotyczące konstrukcji, jak i dalsze zarządzanie infrastrukturą. Wyniki inspekcji/monitoringu powinny służyć jako podstawa wykorzystywana w podejmowaniu decyzji o dalszej eksploatacji obiektu.

Rekomendacje i dalszy rozwój

Następnym krokiem dla modelu zarządzania, który działa jako łącznik między fizycznymi i wirtualnymi odpowiednikami, jest stworzenie dynamicznej reprezentacji mostu, która aktualizuje wszystkie informacje w czasie rzeczywistym. To tzw. cyfrowy bliźniak DT (z ang. digital twin) [62]. Funkcjonalny DT powinien być zdolny do symulacji, uczenia się i zarządzania [63] oraz umożliwiać praktyczne zastosowanie danych z SHM [64]. Na obecnym etapie publikowanych badań nadal brakuje ustandaryzowanego schematu koncepcji DT w dziedzinie inżynierii lądowej, w tym mostownictwie. W literaturze [65] podkreślono, że większość badań prowadzonych w tym obszarze koncentruje się na wykorzystaniu modeli BrIM służących do uzyskania dokładnych reprezentacji geometrycznych zasobów fizycznych i uzupełnieniu ich o dane SHM. Jeden z pierwszych przykładów schematu zarządzania danymi, która integruje BrIM z SHM w celu usprawnienia monitorowania mostów poprzez gromadzenie, przechowywanie i analizowanie danych z czujników, został przedstawiony w publikacji [66]. Jednak krytyczny przegląd oparty na 485 artykułach przedstawionych w odnośnikach [67] wykazał, że zarówno branża mostowa, jak i środowisko akademickie nadal nie mają wspólnego zrozumienia najnowszych postępów, wyzwań i trendów związanych z eksploatacją i utrzymaniem mostów, zarządzania danymi oraz podejmowania decyzji. Głównym wyzwaniem w rozwoju DT jest integracja danych z różnych źródeł, takich jak czujniki, przetwarzanie w chmurze punktów i systemy zarządzania zasobami, a także synchronizacja kopii danych i aktualizacji DT w czasie rzeczywistym.

Artykuł został przygotowany na podstawie materiałów opracowanych przez grupę roboczą IABSE TG 5.9 „Remote Inspection of Bridges”. W szczególności podziękowania są kierowane do następujących członków grupy: Vedhus Hoskere, Yasutaka Narazaki, Piotr Olaszek, Yanlin Guo, Marcos Massao Futai, Pietro Milillo, Adriana Trias, Luis Gonzalez, José Campos Matos i Franziska Schmidt, którzy wspólnie z autorami niniejszej publikacji opracowali artykuł podsumowujący na temat technologii i platform do zdalnej i autonomicznej kontroli mostów. Utworzenie grupy było efektem realizacji przez Annę Rakoczy i Diogo Ribeiro projektu „Inteligentna ocena stanu konstrukcji istniejących stalowych mostów kolejowych” finansowanym w ramach umowy bilateralnej FCT-NAWA (2022-23).

Przeczytaj również: Diagnostyka i monitoring mostów kompozytowych