После завершения модернизации своего предприятия одна из крупнейших мировых нефтегазовых компаний обратилась за помощью к беспилотникам, чтобы провести фотограмметрию и получить информацию о состоянии инженерно-технических средств.
В 2016 г. бразильский газоперерабатывающий завод «Петробрас» (Petrobras), входящий в состав одной из крупнейших мировых нефтегазовых компаний, оказался перед выбором между двумя методами проведения инспекций после нескольких этапов модернизации предприятия. Руководству завода было необходимо обновить технические данные (3D модели, чертежи, базы данных), но лазерное сканирование представлялось дорогостоящим методом, а непосредственная визуальная инспекция выглядела слишком рискованно и занимала много времени. Поэтому компания обратилась к IATEC Plant Solutions Inc. с просьбой разработать альтернативное решение данной проблемы.
Компания IATEC Plant Solutions Inc. предложила фотограмметрию с использованием дронов в качестве нового метода инспекции активов.
Аргументы в пользу проведения инспеций инженерных и строительных объектов с помощью дронов
Компания IATEC Plant Solution, основанная в 2000 г., является поставщиком технологических решений для организаций, работающих в сфере машиностроения и строительства. Услуги компании в области организации бизнес-процессов включают все фазы жизненного цикла предприятия, в том числе управление производственными активами.
Дешевле, быстрее и точнее по сравнению с традиционными методами.
Управление производственными активами – это система на промышленном предприятии, отвечающая за защиту и рост активов. Основная задача этого проекта заключалась в разработке метода проведения полевых геодезических работ для управления крупными промышленными активами, который был бы дешевле, быстрее и точнее по сравнению с традиционными методами. Полученные результаты оказались более эффективными и экономичными по сравнению с предыдущими методами, при этом они гарантировали высокую точность и создание моделей, полностью соответствующих уже имеющимся 3D моделям.
Компания IATEC Plant Solutions Inc. предложила провести аэрофотосъёмку с помощью дрона и осуществила пилотный проект, чтобы доказать эффективность этого метода.
Всего за три рабочих дня дрон DJI Inspire 1, управляемый с помощью приложения для планирования полётов Pix4Dcapture, сделал 2588 снимков надира и наклонных снимков (снимки надира были сделаны в процессе построения сетки, а наклонные снимки – в ходе свободного полёта) на 10 участках объекта. Чтобы найти оптимальный вариант обработки, снимки были обработаны в разных системах программного обеспечения для сравнения качества, скорости, точности, гибкости, конфигурируемости и удобства использования полученных результатов. В итоге программа Pix4D была признана лучшей и выбрана для последующего использования.
Фото газоперерабатывающего завода Petrobras, сделанное с помощью дрона
Сравнительный анализ проведения инспекций с помощью дронов и других методов картографирования
Прежде чем компания IATEC Plant Solutions Inc. решила остановиться на использовании беспилотников для аэрофотосъёмки, она также рассматривала возможность прямой инспекции и лазерного сканирования. В чём разница между этими методами?
1. Прямой осмотр: сложный, опасный и трудоёмкий процесс
На фото слева рабочий проводит непосредственный осмотр балки, а на фото справа представлена схема рабочего процесса этой инспекции
Работа персонала, связанная с проведением прямой визуальной инспекции, крайне трудоёмкий процесс. Рабочие подвергают себя опасности, поскольку они могут упасть или пострадать от взрыва при подъёме на сооружение, а комплексный характер предприятия затрудняет получение доступа ко всем важным зонам. Этот традиционный метод не просто отнимает много времени, но и зачастую считается неэффективным. Записи, сделанные в полевых условиях, могут содержать ошибки, а для повторного проведения геодезических работ требуется много времени.
2. Лазерное сканирование: высокоточный, дорогостоящий и непрактичный метод, предоставляющий большое количество данных
На фото слева рабочий проводит лазерное сканирование, а фото справа представляет собой снимок экрана с итоговым результатом
У лазерного сканирования есть свои ограничения.
Лазерное сканирование остаётся весьма популярным методом благодаря высокой точности и незначительным временным затратам по сравнению с традиционными методами проведения геодезических работ. Тем не менее, данный метод также требует присутствия персонала в опасных зонах на протяжении нескольких недель или месяцев.
У лазерного сканирования есть ограничения, которые связаны с искажением измерений и смещением позиций при увеличении расстояний (так как данная технология не является стереоскопической), а также неоднородной плотностью облака точек сканирования (слишком много точек в зоне, приближенной к сканеру, и слишком мало точек в удалённой от сканера зоне), что затрудняет обработку изображений и приводит к возникновению большого количества вопросов. Большой объём загружаемых файлов осложняет их обработку, а постоянные ошибки ПО снижают общую производительность.
3. Аэрофотосъёмка с помощью беспилотников: высокоточный, эффективный, безопасный и экономичный метод
На фото слева беспилотник делает снимки нефтяного завода в высоком разрешении, а фото справа представляет собой снимок экрана с построенной 3D моделью
Наложение 3D облака точек сканирования на выполненный в САПР чертёж, созданное с помощью программного обеспечения для фотограмметрии Pix4Dmapper
Компания IATEC Plant Solutions Inc. разработала для Petrobras метод проведения геодезических работ на основе фотограмметрии по причине его экономичности, высокой точности и простоты в исполнении.
Для получения оптимального результата компания выбрала неделю, когда работы на предприятии были приостановлены, и подготовила наиболее подходящий в данной ситуации беспилотник, программное обеспечение для обработки снимков, а также оборудование для проведения расчётов и хранения информации. Реконструкция территории площадью 750000 м2 была успешно проведена всего за 3 дня благодаря участию дронов и использованию технологии фотограмметрии.
Результаты
На основании результатов пилотной программы компания IATEC Plant Solutions Inc. сделала вывод о том, что использование дронов и программного обеспечения для фотограмметрии Pix4Dmapper является оптимальным решением для подобного вида работ.
Сравнение основных характеристик аэрофотосъёмки, лазерного сканирования и непосредственной инспекции.
| Аэрофотосъёмка | Лазерное сканирование | Непосредственная инспекция | |
|---|---|---|---|
|
Площадь
|
От средних до сверхбольших площадей
Аэрофотосъёмка
|
От малых до средних площадей
Лазерное сканирование
|
Очень малые площади
Непосредственная инспекция
|
|
Сроки
|
✔ Быстро (до одной недели)
Аэрофотосъёмка
|
✘ Медленно (от одного месяца)
Лазерное сканирование
|
✘ Очень медленно
Непосредственная инспекция
|
|
Удобство использования
|
✔ Очень легко
Аэрофотосъёмка
|
✘ Сложно
Лазерное сканирование
|
✔ Легко
Непосредственная инспекция
|
|
Скорость
|
✔ Очень быстро
Аэрофотосъёмка
|
✘ Медленно
Лазерное сканирование
|
✘ Очень медленно
Непосредственная инспекция
|
|
Качество
|
✔ Очень высокое
Аэрофотосъёмка
|
✔ Высокое
Лазерное сканирование
|
✘ Низкое
Непосредственная инспекция
|
|
Стоимость
|
✔ Низкая
Аэрофотосъёмка
|
✘ Очень высокая
Лазерное сканирование
|
✘ Высокая
Непосредственная инспекция
|
|
Рекомендация
|
✔ Большие площади на открытом воздухе
Аэрофотосъёмка
|
✔ Небольшие площади внутри помещений
Лазерное сканирование
|
✘ Не рекомендуется при наличии других альтернатив
Непосредственная инспекция
|
Проведение аэрофотосъёмки с использованием дронов
Создание оптимального плана полёта для картографирования в формате 3D
Перед тем как приступить к работе, необходимо определить, какая часть предприятия должна быть нанесена на карту, а также количество слоёв для каждого участка, чтобы выполнить проект в намеченные сроки.
На нижеследующем рисунке представлена карта, сделанная с помощью дрона и основанная на комплексном характере сооружений:
План полёта беспилотника для 3D моделирования нефтяного завода
Управление беспилотником с помощью iPhone
Для этого проекта команда выбрала дрон DJI Inspire 1 для сбора фотоснимков, видеоматериалов и файлов с данными телеметрии, потому что на момент написания данной статьи Inspire 1 являлся наиболее привлекательным профессиональным беспилотником на рынке и представлялся оптимальным решением для проведения картографирования.
Им чрезвычайно легко управлять, он сохраняет стабильность полёта при сильном ветре и крайне удобен с точки зрения портативности. Высококачественные фотографии, сделанные с помощью камеры Zenmuse X3 с разрешением 12 Мп, в сочетании с точными данными телеметрии, полученными благодаря спутниковым системам GPS и GLONASS, сыграли важную роль в успешном завершении этого проекта.
Использование бесплатного приложения для планирования полётов Pix4Dcapture, совместимого с DJI SDK, позволяет беспилотнику Inspire автоматически выполнять полеты по маршрутам, которые идеально подходят для 3D картографирования.
Дрон DJI готов к старту и сбору фотоснимков для последующего 3D моделирования
Обработка изображений, полученных с помощью дронов, в программном обеспечении Pix4Dmapper
Программное обеспечение Pix4D обеспечивает впечатляющие результаты.
Команда специалистов обработала полученные снимки с помощью 4 различных систем программного обеспечения и в итоге остановила свой выбор на Pix4Dmapper. Одним из ключевых факторов стало время обработки: в одном из вариантов обработка снимков объекта заняла 3 дня, а с помощью Pix4D обработка была завершена менее чем за 4 часа. Кроме того, программное обеспечение для фотограмметрии Pix4Dmapper может автоматически классифицировать облака точек сканирования, используя средства компьютерного обучения.
Прямое точное измерение в Pix4Dmapper (слева) и изменения, отмеченные на вновь созданной ортомозаике (справа)
После работы в Pix4Dmapper команда сообщила: «Среди самых любимых функций в Pix4Dmapper можно назвать видео прохождения дрона по маршруту, совместимость с нашими системами CAD/CAE и настройки конфигурации. Новая функция устранения эффекта плавающего затвора в последней версии ПО повышает точность изображения. Программное обеспечение Pix4D показывает очень хорошие результаты при минимальной (и очень несложной) роли специалиста во время непродолжительной обработки снимков».
«Лучше наших самых смелых ожиданий»
На фото слева аэрофотоснимок масличного завода, сделанный с помощью беспилотника, а фото справа представляет собой снимок экрана с 3D моделью предприятия
Полученные результаты удивили специалистов компаний IATEC Plant Solutions и PETROBRAS-UTGCA.
Команда IATEC Plant Solutions сообщила: «Даже в своих самых смелых прогнозах мы не могли себе представить, что работа будет закончена так быстро и легко. Сгенерированная ортомозаика каждого участка и оригинальные изображения позволили с точностью определить несоответствия, обнаруженные в технической документации».
«3D реконструкция – это оперативный способ подробного изучения предприятия, которое невозможно при использовании 3D моделей проекта и 2D чертежей. 3D облако точек сканирования, созданное с помощью данных фотограмметрии в Pix4Dmapper, можно импортировать в программы для просмотра 3D файлов, например, Autodesk Navisworks, и сравнивать с существующими 3D моделями в целях обнаружения несоответствий, смещений и перепланировок».
3D модель промышленного объекта, созданная с помощью сделанных дронами фотоснимков
Будущее картографирования связано с использованием дронов
В ближайшем будущем компания IATEC Plant Solutions планирует внедрить новую технологию для проведения регулярных обновлений. Дополнительные исследования и тренинги будут направлены на обеспечение возможности хранения и моделирования данных в формате 4D.
3D модель газоперерабатывающего завода, созданная с помощью сделанных дронами аэрофотоснимков, и программное обеспечение для фотограмметрии Pix4Dmapper
