Повышение эффективности проверки инфраструктуры железных дорог с помощью усовершенствованной платформы Drone
 
Джеймс Данторн
 
 
Одной из основных проблем, стоящих перед железнодорожными сетями, является предотвращение неисправностей железнодорожных путей. Исключение потенциальных поломок на путях означает проверку тысяч километров дорог, связанную при этом с риском для инспекторов и помехами для расписания. Одной из инновационных методик инспекции является построение «цифровой железной дороги» - точного и динамичного средства визуализации для определения фактических и потенциальных пробоем. Опираясь на получение высококачественных данных, цифровая железная дорога помогает ответственным лицам принимать более обоснованные решения при планировании и определении приоритетности проектов развития, технического обслуживания, ремонта и обновления железных дорог. В этой статье описывается использование такого инструмента в проекте на железной дороги Великобритании.
 
В сотрудничестве с британской сетью дорог компания Rail, Plowman Craven недавно разработала Vogel R3D. Этот аппарат, беспилотное воздушное транспортное средство (БПЛА или «беспилотник»), облегчает трехмерное измерение железнодорожной инфраструктуры с точностью до 5 мм. Этот инструмент был разработан для проведения всестороннего обследования железнодорожной инфраструктуры, предлагающего доступ к труднодоступным районам и ограничивающий риск для наземного персонала. Изображения с высоким разрешением позволяют захватывать большую площадь поверхности за один рейс. После захвата перекрывающиеся изображения обрабатываются фотограмметрическим ПО для получения точного 3D облака точек. Для решения параметров внутренней ориентации и воздушной триангуляции используются алгоритмы ПО сопоставления пикселей.
 
Новая платформа БПЛА
Система Vogel R3D включает в себя беспилотный летательный аппарат Aerialtronics, известный своей безопасностью и надежностью, интегрированный с промышленной 100-мегапиксельной среднеформатной воздушной камерой Phase One Industrial. Обладая наименьшим весом в своей категории, датчик этой камеры способен захватывать большее количество света для оптимального качества данных и имеет высокий динамический диапазон, позволяющий точно измерять объекты с высокой и низкой интенсивностью на одном и том же изображении.
 
Одним из основных атрибутов системы, способствующих обеспечению безопасности, является установка ротора самолета. В общей сложности восемь роторов обеспечивают достаточную избыточность, если один из них вышел из строя, в то время как отказ двигателя на самолете с четырьмя роторами почти наверняка привел бы к тому, что этот самолет врезался в полотно. Поэтому понятно, почему избыточность и надежность имеют решающее значение для безопасности в такой операционной среде. Функции безопасности, аппаратная избыточность и послужной список платформы Aerialtronics позволили компании Plowman Craven получить сертификат «Корпус безопасности» от Управления гражданской авиации, разрешающий полеты БЛА в густозасенаселенных городских районах. Эти расширенные права на полеты выданы лишь нескольким операторам. 
 
Система Vogel R3D включает в себя дрон Aerialtronics
 
Огромное количество движущихся и стоящих поездов в некоторых местах представляет постоянную проблему для групп обследования. Путь может быть полностью просмотрен только тогда, когда он открыт, что означает высокий уровень планирования и подготовки, особенно на загруженных станциях, где путь открывается всего на 60 секунд между проходами поездов. В этом отношении неоценима возможность вручную приостановить съемку в середине полета, пока не прошел поезд. В используемой системе можно установить такое фотограмметрическое перекрытие, чтобы следы блокировки путей не влияли на результат.
 
Получение изображений с ультра- высоким разрешением
Работая на высоте 35 м, система Vogel R3D следует по ряду запрограммированных маршрутов полета, чтобы захватить тысячи перекрывающихся изображений с высоким разрешением. Эти снимки с ультравысоким разрешением имеют решающее значение для создания высокоточных геодезических данных и обеспечивают полную визуальную запись участка, а также данные измерений.
 
Высокое качество 100-мегапиксельной фотографии позволяет идентифицировать даже самые маленькие объекты. При расстоянии между образцами на земле в 1-2 мм можно идентифицировать маркировку на шпалах и специальные рельсовые зажимы, а также расположение стыковочных сварных швов. Это объекты, которые геодезистам, оснащенным только головным фонарем, очень трудно разглядеть во время работы на путях ночью.
 
Как правило, один полет БПЛА длится около 10 минут, прежде чем потребуется замена батареи, и за это время будет получено около 300 изображений. Каждому отдельному полету предшествует комплекс проверок безопасности, охватывающих как целостность системы БПЛА, так и любые опасности в зоне действия. За первые шесть месяцев работы на железных дорогах Великобритании система Vogel отработала более 50 летных часов по целому ряду проектов, сделав более 8 ТБ RAW фотографий.
 
Цифровая визуализация железных дорог
В отличие от традиционных методов железнодорожных обследований, данные топографической съемки САПР дополняются ортофотоснимками с высоким разрешением и высокодетализированными цветными облаками точек, а также RAW фотографиями. Все эти данные могут быть предоставлены в печатном виде, а также на облачной платформе управления данными Plowman Craven, чтобы обеспечить доступ сразу нескольким заинтересованным сторонам.
 
Конечная ценность этих визуализированных данных очень значительна. Они позволяют заинтересованным сторонам в любой точке мира «ходить» по определенной площадке с помощью планшета или компьютера, что позволяет проводить исследование изображений и измерения. Для операторов поездов и компаний по техническому обслуживанию с крайне ограниченной информацией о физических характеристиках своих маршрутов возможность доступа к таким полезным, проверенным данным обследований чрезвычайно выгодна и помогает принятию решений при мониторинге, планировании, прогнозировании и подготовке будущих проектов обслуживания железных дорог.  
 
В отличие от традиционных методов проведения железнодорожных обследований, данные топографической съемки САПР дополняются ортофотоснимками с высоким разрешением и высокодетализированными цветными облаками точек, а также фотографиями RAW
 
Преимущества перед традиционными исследованиями очевидны. Успешная съемка была завершена аппаратом Vogel R3D в Гилдфорде в Суррее, на одном из самых загруженных участков с более чем 30 поездами в час. Кроме того, поскольку на станции Гилдфорд сходились три линии, одновременое получение изображений всех трех было бы невозможным, но Vogel устранил такую необходимость и сэкономил несколько месяцев и значительные затраты на программу. БПЛА смог исследовать трассу в 1200 м и шириной до восьми путей всего за пять дней и без какого-либо доступа к путям. Не говоря об охране здоровья и безопасности, клиент получил полное топографическое обследование всех постоянных деталей, облака точек и ортофотоснимки всего за нескольких недель.