Monitoring osuwisk i deformacji nasypów dronem, wykrywanie ruchów masowych zagrażających linii

Grunt obok toru i pod nim rzadko stoi w miejscu. Skarpa nasypu osuwa się po ulewie, podtorze osiada nierównomiernie, wykop nad torem zaczyna pełznąć. Najgorsze, że dzieje się to powoli. Kilka milimetrów na tydzień nie rzuca się w oczy podczas obchodu, a po miesiącach robi się z tego osuwisko albo ubytek korpusu pod szyną.

Dron mierzy ten ruch z powietrza. Leci nad zagrożonym miejscem po stałej trasie i robi serię zdjęć, z których powstaje model terenu. Sam jeden model niewiele mówi. Wartość pojawia się przy drugim nalocie, bo wtedy nakładamy nowy model na poprzedni i liczymy różnicę wysokości oraz przesunięcie poziome punkt po punkcie. Mapa różnicowa pokazuje, gdzie grunt opadł albo się przesunął, a wektory mówią w którą stronę i jak szybko.

Dzwonią do nas zwykle służby utrzymania i geotechnicy, kiedy na odcinku widać już pierwsze objawy: pęknięcia w skarpie, koleiny na koronie nasypu, ograniczenie prędkości po obfitych opadach. Monitoring powtarzamy w stałym rytmie, więc widać tempo ruchu i to, czy po zabezpieczeniu skarpa się ustabilizowała. To podpowiada, gdzie wejść z naprawą najpierw.

• Osuwisko: forma ruchu masowego, w której masy gruntu albo skał przemieszczają się w dół stoku. Na kolei zagraża skarpom nasypów i wykopów wzdłuż linii.
• Ruch masowy: przemieszczanie się gruntu pod wpływem grawitacji, od powolnego pełzania po gwałtowne obrywy. Monitoring ma wychwycić ten ruch, zanim przyspieszy.
• Deformacja nasypu: trwała zmiana kształtu korpusu ziemnego, najczęściej osiadanie albo rozpłynięcie skarpy. Objawia się nierównością niwelety i ubytkiem materiału.
• Mapa różnicowa: wynik odjęcia dwóch modeli terenu z różnych dat. Pokazuje, gdzie powierzchnia opadła albo się podniosła, kolorem i wartością w centymetrach.
• Wektor przemieszczenia: strzałka opisująca kierunek i wielkość ruchu danego punktu między pomiarami. Z wektorów odczytujemy, w którą stronę zsuwa się masa gruntu.
• Numeryczny model terenu: cyfrowy model powierzchni gruntu bez obiektów. To na nim liczymy różnice wysokości między datami.
• GCP (punkty kontrolne): punkty na stabilnym gruncie pomierzone GPS-em, używane do georeferencji i do związania kolejnych nalotów w jeden układ. Bez nich porównanie dat traci dokładność.

• Służby utrzymania i diagnostyki podtorza
• PKP PLK i inni zarządcy infrastruktury kolejowej
• Geotechnicy oceniający stateczność skarp
• Zakłady linii kolejowych planujące zabezpieczenia
• Inżynierowie kontraktu na modernizacjach w trudnym terenie
• Zarządcy dróg przy nasypach i wykopach sąsiadujących z linią
• Geodeci kontraktowi

• Wczesne wykrycie ruchu skarpy, zanim przejdzie w osuwisko
• Pomiar tempa przemieszczeń między kolejnymi datami
• Ocena, czy zabezpieczenie skarpy zadziałało
• Dokumentacja osiadania korpusu na świeżym nasypie
• Dane do decyzji o ograniczeniu prędkości albo jego zniesieniu
• Materiał do oceny stateczności dla geotechnika
• Lokalizacja miejsc do naprawy w pierwszej kolejności

• Bez wchodzenia na skarpę: pomiar z powietrza, więc nikt nie chodzi po niestabilnym stoku, a ruch nie musi stać na czas nalotu.
• Ruch widać w liczbach: mapa różnicowa pokazuje przemieszczenie w centymetrach, a nie tylko na oko podczas obchodu.
• Cały odcinek naraz: jeden przelot pokrywa całą skarpę i korpus, a nie pojedyncze repery co kilkadziesiąt metrów.
• Tempo zmian: kolejne naloty nakładamy na siebie i widać, czy ruch przyspiesza, zwalnia, czy ustał po naprawie.
• Jedna baza danych: modele i mapy w Portalu SkySnap, więc geotechnik, utrzymanie i zarządca pracują na tym samym.

Klasyczny monitoring reperami i pomiarem geodezyjnym zostaje referencją tam, gdzie liczy się certyfikowany, milimetrowy pomiar pojedynczych punktów do dokumentacji geotechnicznej. Dron wygrywa tym, że widzi całą powierzchnię, a nie tylko punkty, i nie wymaga wchodzenia na ruszający się stok. Do przeglądowej kontroli ruchu, oceny tempa i lokalizacji ognisk osuwania sprawdza się lepiej. Tam, gdzie wynik ma mieć moc formalnego pomiaru kontrolnego, łączymy go z pomiarem naziemnym na reperach.

Raport deformacji i przemieszczeń (PDF)

• Mapa różnicowa terenu między wybranymi datami
• Wektory przemieszczeń z kierunkiem i wielkością ruchu
• Wykaz miejsc z największym przemieszczeniem, z lokalizacją po kilometrażu
• Oznaczenie ognisk ruchu z priorytetem do naprawy
• Profile podłużne i poprzeczne korpusu na żądanie
• Metodyka pomiaru i informacja o dokładności

Pliki źródłowe

• Chmura punktów w układzie PL-2000 albo PL-1992
• Numeryczny model terenu z każdej daty
• Eksport CSV wartości przemieszczeń do Twojego systemu
• Przekroje poprzeczne na żądanie

Portal SkySnap

• Dostęp do danych online dla całego zespołu utrzymania i geotechniki
• Pomiary i adnotacje bezpośrednio na modelu i chmurze punktów
• Porównanie kolejnych dat i podgląd tempa ruchu na osi czasu
• Udostępnianie raportu zarządcy i nadzorowi linkiem

Według PKP PLK, sieć kolejowa zarządzana w Polsce liczy ponad 19 tysięcy kilometrów linii, a duża jej część biegnie nasypami i wykopami w terenie o zmiennej geologii. Ruchy masowe nasilają się po intensywnych opadach, a ich skutkiem bywa ograniczenie prędkości albo zamknięcie odcinka. Państwowy monitoring osuwisk w Polsce prowadzi system SOPO PIG-PIB, który ewidencjonuje tysiące osuwisk w całym kraju. Powtarzalny pomiar dronem skraca czas pracy w niebezpiecznym terenie i pozwala częściej kontrolować tempo ruchu. Standardy wykonywania pomiarów geodezyjnych w Polsce nadzoruje GUGiK.

• Warunki: latamy po stałej, powtarzalnej trasie z gęstą siatką punktów kontrolnych na stabilnym gruncie, dobierając wysokość i pokrycie pod dokładność porównania.
• Sprzęt: fotogrametria na DJI Matrice 4E z georeferencją RTK i pomiarem GCP, skanowanie LiDAR na Matrice 4D tam, gdzie roślinność zasłania grunt.
• Metodyka: każdy model wiążemy z tym samym układem PL-2000 albo PL-1992, a różnice liczymy względem pierwszego nalotu odniesienia.
• Weryfikacja: dla pomiarów o znaczeniu formalnym rekomendujemy kontrolne repery naziemne, bo łączymy zalety obu metod.

• EASA Specific Category: europejskie regulacje lotów dronów komercyjnych, w tym nad infrastrukturą liniową.
• ULC: Urząd Lotnictwa Cywilnego, polski regulator dronów. Wymagane uprawnienia operatora.
• GUGiK: standardy techniczne wykonywania pomiarów geodezyjnych i kartograficznych.
• PN-EN 1997 (Eurokod 7): norma projektowania geotechnicznego, odniesienie przy ocenie stateczności skarp i nasypów.
• PKP PLK: zarządca infrastruktury kolejowej, standardy techniczne dla utrzymania podtorza i obiektów.
• SOPO PIG-PIB: System Osłony Przeciwosuwiskowej, państwowa ewidencja i monitoring osuwisk w Polsce.

• DJI Matrice 4E: platforma fotogrametryczna do pomiarów terenu i korpusu.
• DJI Matrice 4D: platforma nośna pod skaner LiDAR tam, gdzie roślinność zasłania grunt.
• Pix4D: oprogramowanie do przetwarzania danych i budowy modelu terenu.
• Agisoft Metashape: alternatywne oprogramowanie do obróbki chmury punktów i map różnicowych.
• Portal SkySnap: analiza, pomiary na modelu i porównanie dat online.

Realizujemy monitoring osuwisk i deformacji nasypów w całej Polsce, najczęściej na liniach i odcinkach drogowych w terenie górskim i podgórskim, gdzie ruchy masowe są najczęstsze: Karpaty, Pogórze, doliny rzeczne i tereny po intensywnych opadach. Pracujemy też na nasypach magistralnych poza dużymi miastami. Operatorzy mają uprawnienia EASA Specific, więc latamy również tam, gdzie przestrzeń powietrzna jest ograniczona.