Интеграция роботизированных комплексов в процессы обследования и мониторинга технического состояния подземных сооружений

Аннотация

В работе анализируется применение робототехнических систем для диагностики и мониторинга подземных сооружений, функционирующих в агрессивных грунтовых условиях, при вибродинамических воздействиях и ограниченной доступности, где традиционный ручной контроль демонстрирует недостаточную пространственную и временную дискретность наблюдений и подвержен субъективным погрешностям. Обоснован переход от эпизодических осмотров к предиктивному обслуживанию, основанному на непрерывном накоплении мультисенсорных данных и формировании цифровых двойников. Представлена схема использования мобильных платформ трёх классов – колёсных повышенной проходимости, гусеничных с магнитным удержанием и беспилотных аппаратов в защитном каркасе – оснащённых унифицированным сенсорным комплексом, включающим высокоразрешающий LiDAR, тепловизор, георадар с антеннами 400 и 900 МГц и камеру с кольцевой подсветкой. Рассмотрены особенности навигации без спутниковых сигналов и требования к инерциальным модулям в сочетании со SLAM-локализацией. По результатам обследования 58 объектов суммарной протяжённостью свыше 145 км сформирован массив более 24 ТБ (облака точек, термограммы, радарограммы, фотоматериалы), сопоставленный с параллельной экспертной проверкой ручными методами неразрушающего контроля. Установлено существенное повышение вероятности выявления микротрещин и скрытых дефектов (коррозии арматуры, пустот за обделкой) при приемлемых метрологических характеристиках; вместе с тем интерпретация георадарных данных остаётся чувствительной к неоднородности среды и требует более устойчивых процедур калибровки. Количественно показан компромисс между скоростью проходки и плотностью сканирования: беспилотная платформа обеспечивает максимальную производительность при геометрическом контроле, тогда как гусеничный комплекс формирует наиболее детализированные модели ценой значительного роста объёма данных и времени постобработки. Экономическая оценка фиксирует увеличение прямых затрат на обследование одного километра коллектора при роботизации, однако демонстрирует преимущество по стоимости валидированной единицы информации и снижение потребности в полевом персонале. Отмечено влияние влажности на шум лазерного сканирования и подтверждена эффективность его компенсации фильтрацией; выявлена синергия фотограмметрии и LiDAR-съёмки, повышающая точность 3D-реконструкции. Прогнозирование деградации по цифровым двойникам показало более высокую достоверность по сравнению с экспертными оценками. Обсуждены организационно-правовые барьеры (нормативная легитимация цифровых результатов, требования к форматам хранения и доказательности цифрового двойника), инженерные предпосылки проектирования под инспекцию и необходимость реперных меток для компенсации дрейфа позиционирования, что позволяет оценить практическую применимость предложенных решений в эксплуатации городской подземной инфраструктуры.