MACHINES AND MECHANISMS

Application of robotic systems for inspecting underground utilities and tunnels with automated processing of defectoscopy data and construction of damage maps

Authors

  • Timur P. Syrysev National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russia
  • Vladislav A. Vakhrushev National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russia
  • Renat A. Ibragimov National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russia
  • Mihail I. Komarevcev National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russia
  • Nikita R. Tsvetkov National Research Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoye Shosse, Moscow, 129337, Russia

How to cite

GOST Syrysev T. P., Vakhrushev V. A., Ibragimov R. A., Komarevcev M. I., Tsvetkov N. R. Application of robotic systems for inspecting underground utilities and tunnels with automated processing of defectoscopy data and construction of damage maps // STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY. 2026. Vol. 70. No. 2. P. 79-91.
APA Syrysev, T. P., Vakhrushev, V. A., Ibragimov, R. A., Komarevcev, M. I. & Tsvetkov, N. R. (2026). Application of robotic systems for inspecting underground utilities and tunnels with automated processing of defectoscopy data and construction of damage maps. STROITEL'NYE I DOROZHNYE MASHINY, 70(2), 79-91.

Abstract

The article is devoted to the integration of robotic platforms and algorithms for automated data processing in diagnosing underground utilities and tunnels, followed by the formation of georeferenced damage maps. It examines the limitations of traditional visual inspections under conditions of high humidity, dustiness, confined spaces, and lack of satellite positioning, and justifies the need for a multisensor approach due to the diversity of materials and defects (cracks, cavities, corrosion, infiltration, destruction of the protective layer, profile deformations). Based on the systematization of modern solutions and analysis of inspection robot characteristics, the diagnostic capabilities of 4K video recording, laser profilometry, ultrasonic testing, and ground-penetrating radar are compared; the pronounced complementarity of the channels and the advantages of their integration are demonstrated, ensuring consistently high detection performance across all categories (around 90–98%) despite significant variability in individual sensor metrics. The software architecture for processing large data volumes (terabyte scale) is described, including defect segmentation using deep learning methods, as well as a two-level computation scheme: fast onboard real-time detection and more accurate server-side post-processing, selected based on a combination of quality, speed, and resource requirement metrics. For cartography, localization and trajectory construction based on SLAM using lidar, inertial measurements, and odometry are implemented; estimates of positional error, which increases in sections with complex geometry, wet surfaces, and partial flooding, are provided. An automated quantitative assessment of defect parameters with validation against control measurements is presented, demonstrating small deviations and high correlation. Spatial analysis of the maps reveals clustering of damages in zones of joints, junctions, and subsidence, while statistical relationships with age and laying conditions enable the use of a regression model for prioritizing inspections and repairs; the requirements for standardizing robotic defectoscopy results for practical implementation in urban infrastructure management are discussed separately.

Keywords

robotic platforms inspection of underground utilities multisensor defectoscopy deep learning SLAM-based damage mapping

References

Баловцев С.В., Шевчук Р.В. Автоматизированный деформационный мониторинг состояния тоннелей метрополитенов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017. № 5. С. 23-28.

Бауков А.Ю., Лебедев М.О., Павлов С.В. Применение комплексных автоматизированных систем геотехнического мониторинга грунтового массива при проходке наклонных эскалаторных тоннелей метрополитена // Транспортное строительство. 2012. № 12. С. 6-9.

Дымбренов Т.Н., Насибуллин Р.Р., Буштак Н.В., Лейзер В.И. Система автоматизированного геотехнического мониторинга при строительстве перегонных тоннелей метрополитена под эксплуатируемыми железнодорожными путями // Горный журнал. 2021. № 5. С. 53-57.

Зарипова Ф.З., Князев А.Г. Обследование и мониторинг конструкций тоннелей метрополитена с использованием геодезических методов // Природные и техногенные риски. Безопасность сооружений. 2023. № 6-2 (67). С. 61-64.

Коваленко А.Н. Системы определения местоположения дефектов на трубопроводе // Контроль. Диагностика. 2016. № 2. С. 27-35.

Локтев А.А., Бахтин В.Ф., Черников И.Ю., Локтев Д.А. Методика определения внешних дефектов сооружения путем анализа серии его изображений в системе мониторинга // Вестник МГСУ. 2015. № 3. С. 7-16.

Марков А.А. Использование утраченной информации для совершенствования систем обработки сигналов ультразвуковой дефектоскопии рельсов // В мире неразрушающего контроля. 2014. № 2 (64). С. 10-12.

Меркурьев И.В., Хроматов В.Е. Разработка робототехнического комплекса для диагностики стальных тросов методом неразрушающего контроля // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. № 11. С. 60-62.

Наумов А.Е., Юдин Д.А., Долженко А.В. Совершенствование технологии проведения строительно-технических экспертиз с использованием аппаратно-программного комплекса автоматизированной дефектоскопии // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. № 4. С. 61-69.

Парамонов С.С. Обзор геоинформационных моделей подземных линейных сооружений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2024. № S11. С. 3-18.

Парамонов С.С. Создание цифровой карты тоннеля метрополитена с использованием специальных технических средств // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2024. № 9. С. 32-46.

Сомов С.Н., Баранов Г.В., Поляшов М.А., Пыркин А.А. Роботизированный дефектоскоп для диагностики состояния трубопроводов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62. № 9. С. 798-804.

Старых М.В., Ревякин А.А., Урсул Т.А. Основные подходы к геомеханическому мониторингу транспортных тоннелей // Инженерный вестник Дона. 2020. № 5 (65). С. 32.

Тарабрин В.Ф., Кисляковский О.Н., Чистякова О.Е., Кононов Д.А. Единый диагностический комплекс - две системы дефектоскопии // Путь и путевое хозяйство. 2022. № 9. С. 34-37.

Шевченко А.А., Кобецкий А.Д., Боев А.О. Опыт применения автоматизированных систем мониторинга для тоннелей метрополитенов // Транспортное строительство. 2019. № 2. С. 26-28.

Issue

Section

MACHINES AND MECHANISMS

Metrics

83 views
0 downloads
Want to publish with us?
Submit an article

Machine-readable metadata

Similar Articles

1 2 3 > >> 

You may also start an advanced similarity search for this article.

Most read articles by the same author(s)