Беспилотные летательные аппараты всё активнее применяются при обследовании исторических зданий и объектов культурного наследия. Дрон позволяет получить подробные фотографии кровли, фасадов, башен, декоративных элементов и других участков, доступ к которым с земли затруднён или требует устройства лесов, подъёмников и применения промышленного альпинизма.
Однако БПЛА не заменяет полноценное обследование объекта и тем более государственную историко-культурную экспертизу. Это инструмент дистанционной фиксации, который помогает специалистам получить дополнительные данные, оценить труднодоступные участки, выполнить фотограмметрическую съёмку и подготовить материалы для дальнейшего исследования и проектирования.
Как дроны используются при обследовании объектов культурного наследия
Главное преимущество беспилотника заключается в возможности быстро получить изображения объекта с ракурсов, которые невозможно или сложно обеспечить при обычной наземной фотофиксации.
С помощью БПЛА специалисты могут обследовать:
- кровлю и её отдельные участки;
- карнизы;
- башни и шпили;
- колокольни;
- купола;
- верхние части фасадов;
- архитектурный декор;
- трубы и парапеты;
- труднодоступные элементы инженерных конструкций;
- прилегающую территорию и исторический ландшафт.
Полученные фотографии и видеоматериалы могут использоваться при визуальном обследовании, фотофиксации существующего состояния и подготовке исходных данных для дальнейших исследований.
Особенно полезна технология для крупных и высоких памятников архитектуры, где значительная часть наружных конструкций практически не просматривается с уровня земли.
Дрон и государственная историко-культурная экспертиза — в чём разница
При использовании термина «экспертиза объекта культурного наследия» важно не смешивать различные процедуры.
Государственная историко-культурная экспертиза (ГИКЭ) является установленной законодательством процедурой и проводится экспертами в предусмотренных законом случаях.
Дрон не проводит ГИКЭ и не заменяет эксперта.
Полученные с его помощью материалы могут рассматриваться как один из источников информации при натурных исследованиях, обследовании, фотофиксации и подготовке документации.
Подробнее о процедуре можно узнать на странице государственная историко-культурная экспертиза (ГИКЭ).
Какие преимущества даёт обследование исторического здания с помощью дрона
Применение БПЛА имеет несколько существенных преимуществ, однако каждое из них необходимо оценивать применительно к конкретному объекту.
Доступ к труднодоступным участкам
Именно эта возможность является одной из главных причин применения беспилотников.
Камеру можно приблизить к верхним частям фасада, кровле или декоративным элементам и получить изображения с существенно более удобного ракурса, чем при съёмке с земли.
Это особенно актуально для:
- церквей и соборов;
- усадебных комплексов;
- колоколен;
- промышленных памятников;
- башен;
- крупных общественных зданий;
- сооружений со сложной конфигурацией кровли.
Снижение рисков на первоначальном этапе
Если объект находится в неудовлетворительном или потенциально аварийном состоянии, непосредственное приближение специалиста к отдельным конструкциям может быть небезопасным.
Беспилотник позволяет выполнить предварительный дистанционный осмотр и определить участки, которые требуют более детального исследования.
Однако дрон не отменяет необходимость непосредственного обследования там, где требуется определить прочность материала, проверить соединения, выполнить измерения или установить причины повреждений.
При выявлении признаков аварийного состояния могут потребоваться обследование и последующая разработка противоаварийных мероприятий для объекта культурного наследия.
Подробная фотофиксация
Современные камеры позволяют получить изображения высокого разрешения, на которых специалист может подробно рассмотреть состояние поверхности.
На фотографиях могут быть заметны:
- трещины;
- утраты штукатурки;
- отслоения;
- повреждения кровельного покрытия;
- коррозия доступных для наблюдения металлических элементов;
- биологические поражения;
- локальное изменение цвета поверхности;
- разрушение декоративных деталей;
- следы увлажнения;
- утрата отдельных элементов.
При этом результат зависит от расстояния до поверхности, разрешения камеры, освещения, направления съёмки и размера повреждения.
Поэтому утверждать, что дрон автоматически обнаружит «мельчайшие дефекты», некорректно.
Возможность повторного мониторинга
Одно из наиболее интересных применений беспилотников — периодическая съёмка объекта по сопоставимой методике.
Если один и тот же фасад или участок кровли фиксируется через определённые интервалы времени, специалисты могут сравнивать материалы и отслеживать развитие повреждений.
Например:
- увеличилась ли существующая зона разрушения;
- появились ли новые утраты;
- изменилась ли поверхность после зимнего периода;
- сохраняется ли результат ранее выполненной реставрации;
- возникли ли новые проблемные участки.
Так формируется цифровая история состояния памятника.
Фотограмметрия с помощью дрона
Обычная аэрофотосъёмка позволяет получить фотографии и видео. Если же изображения выполняются по определённой схеме с необходимым перекрытием кадров, их можно использовать для фотограмметрической обработки.
Фотограмметрия — метод определения формы, размеров и пространственного положения объектов на основе фотографических изображений.
Программное обеспечение сопоставляет одинаковые точки на множестве кадров и на их основе восстанавливает пространственную геометрию объекта.
В результате могут быть сформированы:
- облако точек;
- трёхмерная полигональная модель;
- текстурированная 3D-модель;
- ортофотопланы;
- цифровые модели поверхности;
- исходные материалы для архитектурных обмеров.
Для исторического здания это особенно полезно, поскольку фотографии, выполненные с земли, зачастую не позволяют получить полноценные данные о верхних частях сооружения.
Можно ли создать 3D-модель памятника с помощью дрона
Да. Именно фотограмметрическое моделирование является одним из наиболее распространённых цифровых применений БПЛА при документировании архитектурного наследия.
Для построения модели выполняется серия фотографий с разных ракурсов и достаточным перекрытием между соседними кадрами.
После обработки можно получить цифровое представление геометрии объекта.
3D-модель может использоваться для:
- документирования текущего состояния;
- подготовки обмерных материалов;
- анализа архитектурной геометрии;
- проектирования реставрационных работ;
- визуализации памятника;
- сравнения состояния объекта в разные периоды;
- создания цифрового архива.
При этом точность фотограмметрической модели зависит от оборудования и методики съёмки. Поэтому для задач, где требуется высокая метрическая точность, данные БПЛА могут объединяться с наземной фотограмметрией, геодезическими измерениями и лазерным сканированием.
Что лучше: дрон или лазерное сканирование
Противопоставлять эти технологии не совсем правильно — они решают разные задачи и хорошо дополняют друг друга.
Лазерное сканирование эффективно для получения высокоточных пространственных данных и обмеров доступных сканеру поверхностей.
Дрон позволяет получить изображения верхних и труднодоступных частей сооружения.
Фотограмметрия позволяет преобразовать множество фотографий в пространственную модель.
Для сложного объекта наиболее информативный результат может дать комбинированный подход:
- наземное лазерное сканирование;
- наземная фотосъёмка;
- аэросъёмка с БПЛА;
- геодезическая привязка;
- объединение данных в единую цифровую модель.
Так можно уменьшить количество «слепых зон» и получить более полное представление о геометрии памятника.
Тепловизионная съёмка с дрона
На беспилотный аппарат может быть установлена не только обычная камера, но и тепловизор.
Тепловизионная съёмка фиксирует распределение температуры на поверхности объекта. При подходящих условиях это позволяет обнаруживать температурные аномалии, которые могут быть связаны с особенностями влажностного режима, теплообмена или состояния ограждающих конструкций.
Но возможности метода необходимо трактовать осторожно.
Тепловизор не «видит сквозь стену» и не устанавливает автоматически причину обнаруженной аномалии.
На результаты влияют:
- температура воздуха;
- солнечное излучение;
- ветер;
- влажность;
- свойства поверхности;
- время проведения измерений;
- условия эксплуатации здания.
Поэтому тепловизионные данные должны анализироваться специалистом и при необходимости проверяться другими методами обследования.
Может ли дрон выявить скрытые дефекты
Обычная камера фиксирует только то, что визуально проявляется на поверхности.
БПЛА может показать участок, который раньше был недоступен для наблюдения, но сам факт использования дрона не делает скрытый дефект видимым.
Например, по фотографии невозможно достоверно определить:
- прочность кирпичной кладки;
- состояние скрытых металлических связей;
- глубину внутреннего разрушения материала;
- состояние фундамента;
- структуру многослойной конструкции;
- причину появления трещины.
Для таких задач необходимы дополнительные инструментальные и инженерные исследования.
Именно поэтому аэросъёмку необходимо рассматривать как часть комплексного обследования, а не его полную замену.
Как проходит обследование ОКН с использованием дрона
Состав работ определяется индивидуально, но общий процесс можно разделить на несколько этапов.
1. Постановка задачи
Сначала определяется, какую информацию необходимо получить.
Это может быть:
- общая фотофиксация;
- обследование кровли;
- осмотр верхней части фасада;
- поиск визуально заметных повреждений;
- фотограмметрическая съёмка;
- создание 3D-модели;
- повторный мониторинг состояния.
От задачи зависят тип оборудования, расстояние до объекта, количество кадров и траектория полёта.
2. Подготовка к съёмке
Оценивается окружающая территория, высота здания, наличие препятствий и безопасная возможность выполнения работ.
Применение БПЛА должно соответствовать действующим требованиям к использованию воздушного пространства и существующим ограничениям в конкретном районе.
Для объектов, расположенных в центре крупных городов, рядом с аэродромами, специальными территориями или в зонах временных ограничений, возможность выполнения полёта необходимо проверять отдельно.
3. Аэросъёмка
Оператор выполняет съёмку объекта с заранее выбранных ракурсов.
Для обычной визуальной фиксации и фотограмметрии методика отличается. При создании трёхмерной модели особенно важно обеспечить необходимое перекрытие фотографий и получить достаточное количество изображений поверхности с разных направлений.
4. Обработка материалов
После съёмки фотографии сортируются и анализируются.
В зависимости от задачи может выполняться:
- составление фототаблиц;
- классификация выявленных повреждений;
- привязка дефектов к участкам фасада;
- фотограмметрическая обработка;
- создание облака точек;
- построение 3D-модели;
- подготовка ортофотопланов.
5. Анализ специалистами
Полученные изображения сами по себе не являются заключением о техническом состоянии.
Специалист сопоставляет их с результатами натурного осмотра, предыдущими исследованиями, архивными материалами и другой документацией.
По результатам комплексного обследования определяются участки, требующие более детального изучения, и формируются исходные данные для проектных решений.
Дроны при подготовке проекта реставрации
При разработке проекта сохранения объекта важно иметь достоверные сведения о его фактическом состоянии.
Аэросъёмка может оказаться полезна для фиксации:
- конфигурации кровли;
- состояния фасадного декора;
- труднодоступных архитектурных элементов;
- существующих утрат;
- выполненных ранее ремонтов;
- прилегающей территории.
После объединения с наземными исследованиями эти данные могут использоваться при разработке проектно-сметной документации для объекта культурного наследия.
Проектные решения при этом принимаются не на основании одной аэросъёмки, а по результатам комплекса научных, натурных и инженерных исследований.
Применение дронов при реставрации и последующем мониторинге
Беспилотники могут быть полезны не только перед началом работ.
Повторную фотофиксацию можно выполнять:
- перед реставрацией;
- на отдельных этапах проведения работ;
- после завершения реставрации;
- при последующем периодическом мониторинге.
Это позволяет документировать изменения и формировать последовательный цифровой архив.
Для крупного памятника такой подход особенно полезен: спустя несколько лет можно вернуться к исходным материалам и сравнить состояние конкретного участка до и после проведения работ.
Подробнее о выполнении комплекса работ по сохранению памятников можно узнать на странице реставрация объектов культурного наследия.
Какие ограничения есть у обследования с помощью БПЛА
Несмотря на возможности технологии, у неё есть ограничения.
Погодные условия
Сильный ветер, осадки, туман и неблагоприятное освещение могут сделать съёмку невозможной или ухудшить качество материалов.
Перекрытые участки
Деревья, соседние здания, строительные конструкции и архитектурные выступы способны закрывать отдельные части объекта.
Ограничения камеры
Качество изображения зависит от матрицы, оптики, расстояния до поверхности, движения аппарата и освещения.
Невозможность физического исследования
Дрон не может простучать штукатурку, взять пробу материала, измерить ширину трещины щупом или проверить прочность конструкции.
Ограничения на использование воздушного пространства
Не в каждом месте полёт беспилотника может быть выполнен свободно. Возможность и порядок использования БПЛА необходимо определять с учётом действующих требований и ограничений для конкретной территории.
Заменят ли дроны леса, подъёмники и промышленный альпинизм
Полностью — нет.
Дрон способен значительно сократить объём работ, необходимых для предварительного визуального обследования, и помочь специалистам заранее определить проблемные зоны.
Но если требуется:
- тактильное исследование поверхности;
- простукивание отделочного слоя;
- отбор проб;
- измерение дефекта непосредственно на конструкции;
- вскрытие участка;
- выполнение реставрационных работ;
физический доступ специалиста к поверхности всё равно необходим.
Поэтому беспилотник скорее помогает точнее планировать дальнейшее обследование и уменьшить количество ненужных подъёмов, чем полностью заменяет традиционные способы доступа.
Дроны, искусственный интеллект и автоматический анализ повреждений
Перспективное направление — совместное использование аэросъёмки и компьютерного зрения.
Беспилотник получает большое количество изображений, после чего алгоритмы могут выполнять их предварительный анализ и выделять участки, похожие на трещины, утраты или другие типы повреждений.
Подобные технологии уже являются предметом практических исследований.
Однако автоматическое распознавание не следует воспринимать как окончательный диагноз. Алгоритм способен ошибочно классифицировать шов кладки, загрязнение или тень как повреждение и, наоборот, пропустить реальный дефект.
Поэтому результат компьютерного анализа должен проверяться специалистом.
Будущее применения БПЛА для объектов культурного наследия
Развитие дронов связано не столько с увеличением дальности полёта, сколько с объединением различных цифровых технологий.
Перспективными направлениями становятся:
- автоматизированная фотограмметрия;
- компьютерное зрение для предварительного поиска повреждений;
- тепловизионная съёмка;
- совмещение аэросъёмки и лазерного сканирования;
- создание цифровых моделей памятников;
- автоматическое сравнение данных разных периодов;
- мониторинг состояния крупных объектов и ансамблей;
- интеграция пространственных данных в информационные модели исторических зданий.
При этом главная задача технологии остаётся неизменной — предоставить специалисту более полные и объективные исходные данные.
Итог
Дроны стали эффективным вспомогательным инструментом при исследовании объектов культурного наследия. Они позволяют осматривать кровли, верхние части фасадов и другие труднодоступные элементы, выполнять подробную фотофиксацию, создавать фотограмметрические 3D-модели и организовывать регулярный мониторинг состояния памятника.
При этом БПЛА не заменяет инженерное обследование, натурные исследования, государственную историко-культурную экспертизу и профессиональную оценку специалиста.
Наиболее эффективный подход — сочетание аэросъёмки с наземными исследованиями, лазерным сканированием, фотограмметрией и другими методами. Такой комплекс позволяет получить более полное представление о фактическом состоянии исторического объекта и использовать данные при разработке обоснованных решений по его сохранению.
Комплексные работы по исследованию, проектированию, экспертизе и реставрации представлены в разделе объекты культурного наследия.