XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Железнодорожные тоннели играют важную роль в транспортной системе, обеспечивая возможность безопасного и эффективного перемещения поездов через горы, водоемы и под густо населёнными районами. Безопасность таких тоннелей является приоритетной задачей, ведь их повреждение или износ могут привести к серьёзным авариям и нарушению транспортного сообщения. Однако проверка тоннелей требует сложной и трудоёмкой работы, особенно в труднодоступных участках и местах с ограниченным пространством.

В связи с тем, что тоннели постоянно подвергаются вибрациям от движущихся по ним поездов, воздействию сильной влаги и постоянных перепадов температуры. Из-за этого материалы из которых сконструированы тоннели подвергаются достаточно быстрому износу, что увеличивает вероятность возникновения трещин, осыпанию, попаданию воды в тоннель, возникновение коррозии и других проблем, которые могут привезти к аварийной ситуации. Поэтому важно регулярно осматривать тоннели и своевременно организовывать ремонт по устранению неисправности.

При проверке (осмотре) тоннелей необходимо обеспечить безопасность нахождения в нём работников, так же необходима эффективная и быстрая проверка всего тоннеля с получением точных данных.

Современные технологии предлагают решение этой проблемы с помощью квадрокоптеров — беспилотных летательных аппаратов, которые способны эффективно и быстро проводить проверку большой площади, а также осуществлять мониторинг железнодорожных тоннелей для получения очных данных с помощью камер и специальных сенсоров.

Квадрокоптеры, используемые для проверки железнодорожных тоннелей, оснащаются специальными сенсорами и системами:

1.Визуальные камеры высокого разрешения (используются для детального осмотра поверхности тоннеля, позволяют видеть малейшие трещины и признаки коррозии);

2.Тепловизионные камеры (позволяют выявлять утечки и области с измененной температурой, что может указывать на проблемы с водоизоляцией);

3. LiDAR (Light Detection and Ranging) (лазерное сканирование помогает создавать точные трёхмерные карты тоннеля, что важно для мониторинга состояния стен и потолка);

4.Система навигации и избегания препятствий (автономные дроны, такие как Skydio X2, используют искусственный интеллект для избегания столкновений и позволяют работать в узких пространствах).

Примеры квадрокоптеров, используемых для инспекции железнодорожных тоннелей:

1. Flyability Elios 3

Flyability Elios 3 — один из самых популярных дронов для работы в замкнутых и опасных пространствах. Он оснащён защитной клеткой, что позволяет ему безопасно работать в тесных тоннелях, а также LiDAR-сканером для создания 3D-карт тоннеля.

Преимущества: высокая устойчивость к столкновениям, детализированное лазерное сканирование, возможность работы при слабом освещении.

Применение: Создание трёхмерных карт, мониторинг состояния стен, определение геометрических отклонений.

2. DJI Matrice 300 RTK

Matrice 300 RTK от DJI — профессиональный дрон, способный работать с различными модулями, включая тепловизор, камеры с высоким разрешением и лазерный сканер.

Преимущества: универсальность за счёт модульности, высокая точность RTK-навигации, продолжительное время полета.

Применение: осмотр длинных тоннелей, обнаружение утечек с помощью тепловизора, создание фотограмметрических моделей.

3. Skydio X2

Skydio X2 оснащён продвинутой системой избегания препятствий и является одним из лучших дронов для автономного осмотра узких пространств.

Преимущества: искусственный интеллект для автономного избегания столкновений, удобство работы в условиях ограниченного пространства.

Применение: осмотр и диагностика длинных и узких тоннелей, где требуется высокая манёвренность и минимальный риск столкновений.

4. DJI Mavic 2 Enterprise

DJI Mavic 2 Enterprise – компактный дрон, оснащенный камерой с высоким разрешением, а также тепловизором (в версии Dual).

Преимущества: легкость транспортировки и возможность работы в узких пространствах; оснащение тепловизором, который позволяет выявлять перегревы и утечки тепла.

Применение: этот дрон может быть использован для базового визуального осмотра, а также для выявления скрытых трещин и утечек с помощью тепловизионного модуля.

Практические примеры использования квадрокоптеров для проверки железнодорожных тоннелей:

Пример 1: Мониторинг состояния старого тоннеля с помощью Flyability Elios 3.

Компания, занимающаяся содержанием железнодорожных тоннелей, использовала Flyability Elios 3 для осмотра старого тоннеля, построенного более 50 лет назад. Дрон, благодаря своему LiDAR-сканеру, создал трёхмерную модель тоннеля, которая показала деформации в некоторых участках стен и потолка. Эти данные позволили компании принять решение о проведении ремонтных работ на основе актуальной информации о состоянии тоннеля.

Пример 2: Использование DJI Matrice 300 RTK для выявления утечек в тоннеле.

Тепловизионная камера, установленная на DJI Matrice 300 RTK, позволила провести осмотр тоннеля на предмет утечек воды. Камера выявила несколько областей с повышенной влажностью и температурой, что указывало на потенциальные утечки. Это позволило избежать разрушения основания тоннеля и предотвратить аварийные ситуации.

Пример 3: Автономный осмотр тоннеля с помощью Skydio X2.

На одном из крупных железнодорожных узлов использовали Skydio X2 для осмотра недавно построенного тоннеля. Благодаря системе избегания препятствий и искусственному интеллекту, дрон прошёл по всей длине тоннеля, записывая видео в высоком разрешении. Это помогло выявить потенциальные повреждения ещё на стадии строительства и позволило произвести корректирующие работы.

Пример 4: Проверка железнодорожного тоннеля с DJI Mavic 2 Enterprise.

В железнодорожном тоннеле, где была необходимость проведения осмотра на наличие утечек воды, DJI Mavic 2 Enterprise показал хорошие результаты. Благодаря тепловизионному модулю, дрон позволил определить области с повышенной влажностью, указывающие на потенциальные утечки. Это позволило своевременно провести ремонтные работы, предотвратив размыв основания тоннеля.

Применение квадрокоптеров в инспекции железнодорожных тоннелей имеет ряд существенных преимуществ:

- повышенная безопасность ( квадрокоптеры могут работать в опасных и труднодоступных зонах, где присутствие людей нежелательно или рискованно);

- скорость и эффективность (квадрокоптеры позволяют выполнять осмотр гораздо быстрее, чем это возможно при традиционных методах, сокращая время на сбор данных и инспекцию);

- снижение затрат (осмотр с использованием дронов требует меньше ресурсов, чем при традиционной инспекции, поскольку исключается необходимость в сложном оборудовании и трудоёмких процессах);

- точность данных (оснащенные камерами высокого разрешения, тепловизорами и LiDAR-сенсорами, дроны предоставляют точные данные, которые можно анализировать и использовать для предсказания возможных повреждений).

Несмотря на свои преимущества, квадрокоптеры имеют ряд ограничений:

1. Время полёта большинства квадрокоптеров ограничено, что создаёт проблему при осмотре длинных тоннелей;

2. В замкнутых пространствах могут возникнуть проблемы с сигналом и управлением дронами, особенно на значительном расстоянии;

3. Специализированные дроны, такие как Flyability Elios 3, требуют значительных финансовых вложений, а также обучения персонала.

С развитием технологий квадрокоптеры становятся всё более востребованными в области инспекции и мониторинга тоннелей. В будущем ожидается появление более автономных моделей, способных работать без необходимости постоянной связи с оператором, и с увеличенным временем полёта. Также возможно развитие интеграции ИИ для анализа данных, что позволит дронам самостоятельно выявлять повреждения и предлагать методы их устранения.

Использование квадрокоптеров для проверки железнодорожных тоннелей открывает новые возможности для повышения безопасности и эффективности транспортной инфраструктуры. Модели квадрокоптеров показанные выше позволяют понять, что дроны могут эффективно выполнять мониторинг состояния тоннелей и выявлять потенциальные проблемы ещё до того, как они станут критическими. Внедрение таких технологий позволяет снизить затраты на обслуживание тоннелей, повысить безопасность сотрудников и минимизировать риски для пользователей железнодорожной инфраструктуры.

Списоклитературы

1. DJI. *Matrice 300 RTK User Manual.* DJI, 2022. Доступ: [https://www.dji.com/matrice-300](https://www.dji.com/matrice-300)

2. Skydio. *Skydio X2 Technical Specifications.* Skydio, 2022. Доступ: [https://www.skydio.com/skydio-x2](https://www.skydio.com/skydio-x2)

3. *Практическое руководство по использованию дронов для инспекции железнодорожной инфраструктуры.* Европейское агентство по железнодорожному транспорту, 2021. Доступ: [https://www.era.europa.eu/](https://www.era.europa.eu/)

4. Орен, С., Ким, В., и др. *Использование технологии LiDAR для обследования тоннелей.* *Журнал дистанционного зондирования и геоинформатики*, т. 43, № 5, 2022, стр. 1198-1215. DOI: 10.108

Код для цитирования: Скопировать