Глубина цифровизации
Накануне стало известно, что специалисты Казахстанского дорожного научно-исследовательского института (КаздорНИИ) начали апробацию новой технологии создания высокодетальных цифровых моделей мостовых сооружений с применением LiDAR и фотограмметрии. Главное преимущество лидаров заключено в высокой точности измерений — датчик использует лазерный луч, который «ловит» объект на расстоянии до нескольких сотен метров (в среднем около 400-500 метров) и с точностью до нескольких миллиметров. Эта технология позволяет строить трехмерные модели и различные карты, будь то строительные объекты или копия бокала.
В сообщении НИИ говорится, что методика значительно ускоряет процессы обследования и диагностики мостов и дает возможность создавать объемные цифровые модели, позволяющие инженерам с высокой точностью делать замеры, анализировать состояние конструкций и прогнозировать их долговечность. Теперь при необходимости дополнительно изучить объект специалистам-мостовикам не потребуется совершать повторные выезды.
«Цифровые решения представляют собой будущее инженерного дела, позволяя эффективно управлять инфраструктурными объектами и своевременно выявлять возможные проблемы. Мы видим значительный потенциал технологии, использующей LiDAR и фотограмметрию для улучшения качества дорожной инфраструктуры в Казахстане», — сказал руководитель управления мостовых сооружений АО «КаздорНИИ» Кайсар Шалкар.
Также отмечается что созданные 3D-модели будут интегрированы в разработанную институтом систему управления эксплуатацией мостов, что в ближайшем будущем позволит управлению мостовых сооружений создать полноценные цифровые двойники всех объектов дорожной инфраструктуры Казахстана, вплоть до старинных деревянных и металлических.
«Испытываемая в стенах НИИ система управления эксплуатацией мостов позволяет хранить не только 3D-модели мостовых сооружений, но и обширный набор данных по каждому объекту. В СУЭМ содержатся данные о последнем обследовании, результаты геодезических исследований, паспортные данные, а также историческая информация, включая проектно-сметную документацию, исполнительную документацию по проведенным ремонтам и другие важные сведения. Этот комплексный подход обеспечивает всестороннее понимание состояния и истории эксплуатации каждого моста», — сообщается на официальном сайте КаздорНИИ.
Действительно, мостовые сооружения являются стратегически важными объектами, и от цифровизации можно получить очень большой мультипликативный результат. В планах Каздора заложено создание единой базы, что даст возможность использовать данные для создания маршрута проезда крупногабаритных грузов. Это, в свою очередь, должно способствовать развитию логистического потенциала страны и укреплению ее транспортной инфраструктуры. Правда, есть здесь и свои нюансы.
Умный лазер
Лидар — весьма дорогостоящее оборудование. Во всяком случае, если говорить о техоборудовании, которое позволяет получать точные данные. В сообщении НИИ не говорится, какой именно комплекс приобрели они, но, судя по опубликованным на сайте кадрам, можно предположить, что весь функционал возложен на китайский бренд DJI — мировой лидер в производстве беспилотных летательных аппаратов. Скорее всего, за полет отвечает дрон DJI Matrice 300-й или 350-й серии. Его стоимость составляет от четырех до шести миллионов тенге. Сам лидар, с большой долей вероятности DJI Zenmuse (также первого или второго поколения), стоимостью около пяти-шести миллионов тенге. Помимо этого, нужны дополнительные батареи, лопасти и так далее. Таким образом, цена только одного комплекса может составлять около 12-15 миллионов тенге. Сюда же следует добавить и расходы на подготовку кадров. Ведь давать в руки дилетанту столь дорогое оборудование было бы крайне опрометчиво — дроны падают, на них нападают птицы, их сдувает ветром.
Также нужно понимать, что если проводить работу одним дроном, то процесс оцифровки может затянуться на долгие годы. Всего в Казахстане только на дорогах республиканского значения насчитывается около 1,5 тысячи мостовых сооружений. А в сообщении НИИ говорится о сканировании и менее значимых. Даже если тратить на оцифровку каждого не более одного дня, потребуется больше четырех лет непрерывной работы. Поэтому сейчас говорить о создании полноценной карты как минимум преждевременно.
И все-таки радует, что технологии стали более доступны, ведь лазерные дальномеры очень долго достигали стадии зрелости. Лидар был разработан еще в 60-х годах прошлого столетия, однако долгое время применялся исключительно в аэрокосмических и военных технологиях. Сегодня мы можем видеть работу лидара на примере умных домов, автопилотов и даже смартфонов. Еще недавно стоимость автомобильного лидара была около 100 тысяч долларов, сегодня же аналогичный прибор оценивается в 50-70 долларов.
По мере снижения стоимости оборудования система получила распространение в промышленном секторе. Она отлично подходит для изучения газового состава атмосферы, потому что разные газы поглощают лазерные лучи с различной интенсивностью, что позволяет сформировать очень четкую картину. Лидарами пользуются в горнодобывающей промышленности, лесном и сельском хозяйстве, геологии, археологии и так далее.
Помимо профессионального применения точные датчики иногда используются и в более приземленных задачах. На основе данных с систем лидар строятся 3D-модели, проводятся 3D-сканирования различных
объектов, а специалисты измеряют длину участков для кадастровых служб. Системой пользуются даже полицейские. То, что часто называют полицейским радаром, на деле оказывается лазерным сканером, с помощью которого хранители правопорядка определяют нарушителей скоростного режима. К слову, радар — это совершенно другая технология
В быту лидар применяется в самых различных секторах. Например, система «Умный дом», которая делает пространство вокруг нас более комфортным и безопасным. Сканеры лидар дополняют камеры видеонаблюдения и могут заменять датчики движения. Высокая точность и скорость реакции обеспечивает быстрое обнаружение посторонних предметов, нарушений охранного периметра, а также реакцию на другие события. Так как сканер использует собственный лазерный луч, уровень освещения не влияет на точность его работы. Его можно использовать как в полной темноте, так и при ярком солнце. А это большой шаг вперед, ведь тот же инфракрасный луч «слепнет» на солнце, а многие камеры в ночное время по-прежнему дают весьма сносную картинку. При этом лидар фиксирует и может моментально реагировать на любые перемещения в кадре, а затем классифицирует их. Это позволяет системе реагировать только в тех случаях, когда есть необходимость. Например, если установить камеру с лидаром в детской комнате, то такой комплекс можно настроить так, чтобы он оповещал, если ребенок среди ночи проснулся и попытался выбраться из манежа.
Инструмент, а не игрушка
Лидар может использоваться во многих бытовых приборах, например в современных роботах-пылесосах. Он обеспечивает более высокую точность при ориентации в пространстве. Конечно, в них не встраивают сверхмощные лидары, способные работать на расстоянии нескольких сотен метров, как правило, берут более прочные элементы, позволяющие сканировать окружающую среду на расстоянии трех-пяти метров. Но большего и не нужно, для поставленных задач этого вполне достаточно.
Впрочем, тут есть один забавный казус: лидар плохо справляется с зеркалами, поскольку принимает их не за препятствие, а за еще одно пространство. И зеркала в пол ставят умный пылесос в глупую ситуацию — он начинает пытаться попасть в «зазеркалье».
Многие современные автомобили оснащены лидаром для создания точной карты окружающей среды, которая в дальнейшем используется для управления автомобилем. В частности, система служит для обнаружения объектов, препятствий и других транспортных средств, когда задействованы «помощники», такие как адаптивный круизконтроль и системы вождения без помощи рук. Некоторые компании ведут разработки, которые в будущем позволят использовать лидар для отслеживания летящих камней или других опасных помех. По задумке, если уровень угрозы высок, автоматика должна заблаговременно задействовать системы помощи водителю, чтобы инициировать смену полосы движения или затормозить.
Раньше датчики лидар были очень громоздкими, а их вес исчислялся килограммами. В наши дни лидары стали компактными и более дешевыми в разработке, поэтому встраивают их даже в смартфоны. Начиная с 2020 года все большее число брендов включают лидар в свои модели. С помощью такой опции в сматрфоне некоторые функции позволяют добиться гораздо более высокого качества. Так, например, сильно повышается естественность фотографий с эффектом боке. Именно лидар помогает объектам на переднем плане быть в идеальном фокусе — на телефонах без этого сенсора волосы, части ушей и другие небольшие объекты могут быть проигнорированы алгоритмом и затеряются на общем фоне. А благодаря применению лазерных дальномеров детализация и качество таких фото значительно выросли. Устройства с поддержкой системы лидар также позволяют повысить точность измерения таких инструментов, как виртуальная линейка и дальномер.
Но самое интересное, на наш взгляд, — это возможность создавать 3D-модели. Прежде для проведения такой работы нужно было обладать определенными навыками, знать, как работать в весьма специфических программах, и иметь мощный компьютер. Теперь за знаком равенства стоит простой смартфон.
В плеймаркетах постоянно появляются новые приложения, которые позволяют в реальном времени создавать объемные модели нажатием одной кнопки. Будь то визуализация предмета или целой комнаты, создать виртуальную копию можно за считаные минуты. И не забавы ради, а с весьма практичной целью. Например, некоторые магазины мебели с помощь таких технологий показывают, как тот или иной предмет впишется в интерьер. Для этого достаточно выбрать вещь из каталога и отсканировать свою комнату. Это действительно практично, ведь одно дело, как стол смотрится на сайте или в шоуруме, и совершенно другое — как он выглядит конкретно в вашем интерьере.
Таким образом, лидар позволяет значительно расширить уже имеющиеся функции гаджетов, а также дает новые инструменты. Поэтому нелишним будет проверить, есть ли в вашем смартфоне такой датчик, и если окажется, что есть, то стоит выделить время и научиться пользоваться тем потенциалом, который заложен в устройство.
В заключение вернемся к теме использования лидара при отрисовке мостов. То, что теперь в арсенале КаздорНИИ появилось столь высококлассное оборудование, несомненно, радует. Но будет ли оно действительно сопутствовать улучшению качества инфраструктур — вопрос риторический. В Казахстане немало мостов, по которым видно и невооруженным глазом, что они нуждаются в капитальном ремонте, а может, даже и замене. Взять в пример подвесной мост через реку Иртыш в городе Семее. Его сдали в эксплуатацию еще в 2000 году. На строительство был получен кредит от Японии в сумме более 150 миллионов долларов. Только вот построить — построили, а про содержание забыли. Семейчане на протяжении двух десятков лет жалуются на то, что их главная достопримечательность требует должного внимания и ухода.
То есть речь о том, что нет смысла в интеграции новых технологий, если в итоге на местах конструкции остаются без должного внимания, а прописанные в отчетах сметы проведенных работ не соответствуют действительности.
