Využití dronů při prohlídkách mostů

Bezpochyby není potřeba popisovat, jak je důležité udržovat mosty v provozuschopném a bezpečném stavu. I přesto však velké množství mostů v minulých desetiletích nekontrolovaně chátralo, i když na jejich zhoršující se stav často upozorňovala řada odborníků [1]. Po nedávných haváriích mostů v ČR a v zahraničí se jejich stavu nyní konečně věnuje náležitá pozornost a do oprav mostů začínají proudit tolik potřebné finance [2].

Přehled o stavu mostů, jejich údržbě či potřebě oprav mají především jejich vlastníci či správci. Ti mají ostatně podle § 8 vyhlášky č. 104/1997 Sb. povinnost zabezpečovat jejich pravidelné prohlídky. Norma ČSN 73 6221 pak určuje rozsah, způsob a intervaly provádění prohlídek. Právě pravidelné vykonávání běžných a hlavních prohlídek by mělo přispívat k zajištění bezpečného provozu na mostě. V případě zjištění závažných poruch, může být rozhodnuto o provedení diagnostického průzkumu. Ten by měl také ostatně předcházet každé větší opravě či rekonstrukci mostu. Základním cílem diagnostického průzkumu je zjištění příčin vzniku poruch nebo degradace konstrukce a zjištění jejich vlivu na bezpečnost a dobu životnosti objektu [3].

Zejména u hlavních prohlídek musí být zajištěno takové zpřístupnění konstrukce mostu, aby bylo možné podrobně zkontrolovat všechny jeho části a prvky přístupné bez zásahů do konstrukce. Nejvhodnější způsobem zpřístupnění při podrobné kontrole stavu mostní konstrukce je zpřístupnění tzv. „na dosah ruky“. Při prohlídkách hůře dostupných konstrukcí bývalo nutné využívat vysokozdvižnou plošinu či mostní prohlížečku. Pod každý most ovšem nejde jednoduše přijet s vysokozdvižnou plošinou a použití mostní plošiny komplikuje jejich omezená dostupnost v ČR, se kterou se pojí i vysoká cena za pronájem. Tento problém je možné vyřešit s pomocí dronů. Díky jejich použití lze zvýšit bezpečnost a efektivitu práce při provádění prohlídek mostů či diagnostického průzkumu. Zároveň lze tímto způsobem provést kontrolu mostních objektů úsporněji a rychleji ve srovnání s použitím mostní prohlížečky.

LÉTÁNÍ S DRONY – LEGISLATIVA

Od 31. prosince 2020 začala platit nová harmonizovaná evropská pravidla regulující provoz bezpilotních letadel (anglicky: Unmanned Aircraft Systems – UAS) neboli dronů. Nově se zavádí 3 kategorie provozu: otevřená, specifická a certifikovaná. Asi největší změnou oproti předchozímu stavu je povinnost registrace. Neregistruje se dron, ale jeho provozovatel (zpravidla jím je vlastník dronu). Povinnost registrace se týká prakticky všech provozovatelů bezpilotních systémů, kteří provozují libovolný dron s výjimkou takových, které jsou určeny jako hračky pro děti.

Po provedení registrace obdrží provozovatel e-mailem dokument s přiděleným registračním číslem (poznávací značkou), kterým je povinen označit všechna provozovaná bezpilotní letadla. Dále byla zavedena povinnost registrace pilota bezpilotního systému s online testem z teoretických znalostí, jehož úspěšné absolvování je podmínkou pro provoz dronů v podkategoriích A1 a A3 otevřené kategorie provozu bezpilotních letadel (obr. 1). Pro provoz dronů v podkategorii A2 je nutné úspěšně absolvovat test na Úřadu pro civilního letectví (ÚCL) a stát se držitelem Osvědčení o způsobilosti dálkově řídícího pilota.

Kromě společných evropských pravidel platí v jednotlivých členských státech i dodatečné podmínky pro provoz dronů. V ČR jsou tato pravidla uveřejněna ve formě opatření obecné povahy. Toto opatření zavádí mimo jiné ochranná pásma podél nadzemních dopravních staveb, inženýrských sítí, vodních zdrojů atd. Legálně je let s dronem v těchto ochranných pásmech možný pouze na základě oprávnění k provozu vydaného ÚCL s předchozím souhlasem příslušného správního orgánu či oprávněné osoby. Legislativa týkající se bezpilotních letadel je nicméně stále ve vývoji, proto lze očekávat, že postupem času dozná ještě mnoha změn.

PROVÁDĚNÍ PROHLÍDEK S POMOCÍ DRONŮ

Díky rychlému vývoji v oblasti dronů, lze nyní pořídit za dostupnou cenu techniku, která byla ještě před několika lety v dané kategorii nemyslitelná. Za nižší desítky tisíc je v současné době možné koupit drony, se kterými lze natáčet profesionální záběry nebo pořizovat fotografie ve vysokém rozlišení. Zároveň jsou tyto drony vybaveny například navigačními senzory a senzory detekce překážek, které usnadňují ovládání dronů a pomáhají je chránit před havárií. Díky tomu se drony stávají dostupnější pro širší okruh uživatelů a rozšiřují se také možnosti jejich využití. V posledních letech se tak stává stále běžnější i jejich použití ve stavebnictví. Jako příklad lze uvést vizuální kontrolu obvodového pláště budov nebo plochých střech. Pokud se na dron připevní termokamera, lze s její pomocí lokalizovat místa, kde dochází k únikům tepla nebo pronikání vlhkosti do konstrukce. Drony mohou také monitorovat postup prací na staveništi, snímat terén pro tvorbu map či pomáhat s určením objemu zemních prací.

Zejména u vyšších mostů lze drony použít jako náhradu vysokozdvižných plošin či mostních prohlížeček (obr. 2). Existují dokonce snahy tyto kontroly provádět pomocí automaticky řízených dronů, které mohou létat kolem konstrukcí (a pořizovat jejich fotografie) po předem naplánovaných trasách. Detekce poškození konstrukce na jednotlivých snímcích je provedena s využitím metod umělé inteligence pomocí softwaru založeném na tzv. neuronové síti [4]. Nicméně tyto projekty jsou zatím řešeny spíše pro vysoké mosty, kolem jejichž pilířů mají autonomní drony dostatek manévrovacího prostoru. V ostatních případech je potřeba drona řídit manuálně a létat v přiměřené vzdálenosti, tak aby nedošlo ke kontaktu vrtule dronu s konstrukcí mostu nebo s jiným objektem v jeho blízkosti. Větší vzdálenost od mostu lze kompenzovat osazenou kamerou s dostatečným přiblížením. Například dron DJI Matrice 300 lze doplnit senzorem, který v sobě zahrnuje kameru s 23x optickým zoomem, širokoúhlou kamerou, laserovým měřičem vzdálenosti a termokamerou (obr. 3).

Pokud je potřeba pořídit snímky z větší blízkosti, je možné snížit riziko poškození dronu tím, že se na něj dodatečně připevní kryty vrtulí (obr. 4). Tyto kryty lze běžně dokoupit a připevnit na většinu menších dronů. Některé speciální drony jsou už z výroby navrženy pro let ve vnitřních prostorech, jako například Elios 2 od firmy Flyability (obr. 5). Jelikož je tento dron konstruován pro průzkum vnitřních prostor, nepotřebuje GNSS senzor, namísto toho je vybaven IMU jednotkou, barometrem, magnetometrem a dalšími senzory, které mu pomáhají snadno se pohybovat v prostoru nebo naopak „viset“ na místě. Dron je vybaven výkonným přisvícením, díky čemuž může létat v různých tmavých prostorech, jako jsou například potrubí, komíny, skladovací nádrže, důlní štoly atd. Ochranná klec z uhlíkových vláken je dimenzována na náraz do pevné překážky až při rychlosti 3 m/s bez poškození dronu.

Odborníci z Centra dopravního výzkumu v. v. i. provádí prohlídky mostů ve své vlastní režii nebo mohou zajistit obrazovou dokumentaci pro správce či jiné subjekty [5]. K dálkovému ovládání dronu lze připojit přenosný monitor a zprostředkovat online přenos z kamery dronu pro další přítomné osoby (obr. 6). Díky tomu může například prohlídkář mostů navigovat pilota a určit místa, na která je potřeba se zaměřit.

VÝSTUPY Z PROHLÍDKY MOSTŮ DRONEM – FOTOGRAMMETRIE

Hlavním výstupem z průzkumu mostu dronem jsou jednotlivé digitální fotografie, které lze použít jako podklad pro běžnou, hlavní či mimořádnou prohlídku mostu případně jako součást diagnostického průzkumu mostu. Při nasnímání mostu vhodným způsobem, lze z fotografií pomocí metody zvané fotogrammetrie vytvořit i 3D model mostu. Metoda funguje na principu vyhledávání totožných bodů na více fotografiích. Podmínkou je, aby tyto fotografie byly pořízeny z různých míst v prostoru, přičemž je výhodné kombinovat fotografie z dronu a z ručního fotoaparátu. Výstupem je husté 3D mračno bodů, které tvarově odpovídá snímanému objektu. V podstatě lze dosáhnout podobného výsledku jako pomocí laserového skenování, i když ne tak rozměrově přesného. Na druhou stranu odpadají náklady na pořízení drahého laserového skeneru. Model mostu lze doplnit o textury a vyexportovat v různých formátech, například jako mračno bodů (*.las), 3D objekt (*.obj), řezů (*.dxf) nebo nahrát do online prohlížeče [6], kde lze 3D modely jednoduše prohlížet bez nutnosti stahování objemných souborů či instalování dalšího softwaru (obr. 7).

ZÁVĚR

Autoři tohoto příspěvku věří, že použití dronů při prohlídkách mostů může přispět ke zvýšení bezpečnosti a efektivity práce. Z fotografií pořízených dronem lze vytvořit 3D model mostu, který lze využít například v rámci BIM.

Ing. Michal Janků, Ph.D., Ing. Jiří Grošek, Ph.D.
Ing. Josef Stryk, Ph.D., Ing. Ivo Hodovský
Centrum dopravního výzkumu, v. v. i.

PODĚKOVÁNÍ
Tento příspěvek je financován se státní podporou Technologické agentury ČR a Ministerstva dopravy v rámci Programu DOPRAVA 2020+, v rámci řešení projektu CK01000108 Nové přístupy při diagnostice stavu výztuže předpjatých mostních nosníků.

LITERATURA:
[1] MENŠÍK, František. Potřeba zlepšení stavu mostů v ČR – 20 let marných pokusů. In: 19. Mezinárodní sympozium Mosty 2014. Brno: Sekurkon, 2014, s. 29–31. ISBN 978-80-86604-62-6.
[2] Ředitelství silnic a dálnic v posledních dvou letech výrazně navýšilo prostředky na prohlídky a opravy mostů. Ředitelství silnic a dálnic ČR [online]. Praha, 14. 8. 2020 [cit. 2022-03-11]. Dostupné z: https:// www.pracersd.cz/-/reditelstvi-silnic-a-dalnic-v-poslednich-dvou-letech- vyrazne-navysilo-prostredky-na-prohlidky-a-opravy-mostu
[3] TP 72. Diagnostický průzkum mostů PK. Praha: Ministerstvo dopravy České republiky, 2009.
[4] FURTNER, Peter, Ernst FORSTNER, Albrecht KARLUSCH, Martin LUŇÁČEK a Zdeněk JEŘÁBEK. Automatická inspekce dopravní infrastruktury na bázi digitálních dvojčat a strojového učení. In: Sanace 2019: 28. mezinárodní sympozium, 23. – 24. 5. 2019. Brno: Vysoké učení technické v Brně, 2019, s. 67–76. ISSN 978-80-214-5749-2.
[5] Diagnostický průzkum a prohlídky mostů. Centrum dopravního výzkumu [online]. Brno, 2021 [cit. 2022-3-11]. Dostupné z: https:// www.cdv.cz/diagnostika-a-prohlidky-mostu/
[6] Sketchfab [online]. [cit. 2022-03-11]. Dostupné z: https://sketchfab. com/michal.cdv