Железнодорожные мосты — одна из самых уязвимых точек в инфраструктуре перевозок. От их технического состояния напрямую зависит безопасность движения поездов и жизни пассажиров. Сетевое хозяйство магистралей страны включает тысячи искусственных сооружений, расположенных по всей России от Калининграда до Владивостока. Среди них есть настоящие инженерные гиганты. Достаточно представить себе Крымский мост — 19 км, самый длинный в Европе, или Президентский через Волгу в Ульяновске — 12,97 км, чтобы понять масштаб: каждая такая конструкция — сложнейший механизм, который нужно постоянно держать под контролем.
Регулярный осмотр этих объектов критически важен. Трещины в металле, коррозия (ржавчина, разъедающая несущие балки) и деформация элементов накапливаются годами. Особенно сложной эта задача становится зимой: к износу добавляются новые риски — перепады температур, гололед, скрытые дефекты, которые сложнее заметить. Если вовремя их не обнаружить, последствия могут быть катастрофическими: от внепланового ремонта до полного разрушения пролета. Это влечет за собой остановку движения, срывы графиков и огромные экономические потери.
Но проблема в том, что традиционная диагностика таких объектов — это дорого, долго и рискованно. Сегодня для осмотра требуют полной остановки движения поездов. В «технологическое окно» — специально выделенное время, когда ни один состав не идет по линии — на мост выходит специализированная бригада с ручным инструментом и оборудованием, чтобы визуально обследовать каждый узел и балку. На несколько часов перевозки встают, пропускная способность падает, а компании несут убытки. Более того, инспекторам приходится забираться в труднодоступные места на высоте, использовать подъемные краны и механизированные дрезины (рельсовые транспортные средства с двигателем для перевозки бригад и оборудования). Это не только долго, но и крайне рискованно, так как искусственные сооружения считаются зоной повышенной опасности.
Существует и альтернативный подход: беспилотные летательные аппараты для обследования мостов. Однако и здесь есть проблема. Сейчас съемка ведется просто в видеоформате, а после полета специалист часами вручную просматривает материал, выискивая малейшие трещины. Такой анализ требует огромных человеческих ресурсов, времени и внимания. Оператор может устать и пропустить опасный дефект.
Другой вариант — использовать нейросети для автоматического поиска неисправностей. Они способны распознавать трещины, коррозию и деформации в реальном времени. Однако сегодня такие системы работают лишь как отдельный инструмент: нейросеть анализирует видео, но не привязана к аппарату и не определяет точные координаты дефекта на чертеже. А без конкретной привязки специалисту все равно приходится вручную искать место поломки — это отнимает время и сводит на нет преимущества.
Для решения этой проблемы ученые Пермского Политеха впервые создали комплексную информационную систему, которая полностью автоматизирует процесс: от полета беспилотного летательного аппарата до готовой карты дефектов на инженерном чертеже. Это позволяет отказаться от многочасового ручного просмотра видео и исключает риск пропустить дефект или ошибиться с его местоположением. Предложенный подход к мониторингу железнодорожных мостов не имеет аналогов. Статья опубликована в сборнике трудов конференции «Автоматизированные системы управления и информационные технологии».
Внешне процесс напоминает обычный облет моста квадрокоптером, но главное отличие — интеллектуальный алгоритм. В аппарат встроена специальная нейросеть, которую предварительно обучили на тысячах изображений с трещинами, коррозией и деформациями элементов. Кроме того, система привязана к навигации: во время полета дрон фиксирует свои GPS-координаты в тот момент, когда нейросеть обнаружила неисправность. Затем эти данные пересчитываются с учетом геометрии моста (расположения балок и пролетов) и точки, откуда начался полет. В результате система определяет не просто «дефект на километре таком-то», а конкретное место: например, трещина на третьей балке второго пролета. И уже эту информацию она наносит на цифровой инженерный чертеж.
— Оператор сначала задает маршрут через интерфейс наземной станции, учитывая реальные размеры балок и пролетов сооружения. Затем дрон выполняет автономный полет, а нейросеть в реальном времени анализирует видеопоток с камеры. При обнаружении трещины или коррозии система вызывает оператора для подтверждения, после чего автоматически фиксирует местоположение дефекта и отображает его на рабочем чертеже. Все это происходит без остановки движения поездов и выхода людей в опасную зону, — рассказал Даниил Курушин, доцент кафедры «Информационные технологии и автоматизированные системы» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Главное отличие этой разработки от обычных дронов-инспекторов в том, что анализ происходит прямо во время полета, а не после. Исчезает необходимость в многочасовом ручном просмотре видео. Человек остается главным — он подтверждает неисправность, но время реакции сокращается с часов до секунд. Кроме того, система предлагает не просто обнаружение, а полноценную визуализацию на инженерной схеме. Это исключает разрыв между поиском поломки и ее устранением — рабочим больше не нужно гадать, куда ехать.
Эта разработка позволяет перейти от эпизодических проверок с остановкой поездов к регулярному автономному мониторингу. Система исключает необходимость в «технологических окнах» и исключает риск для работников — больше не нужно забираться на высоту в зону повышенной опасности.
Для пассажиров это более безопасные и предсказуемые поездки. Мосты будут проверять чаще и качественнее — не раз в полгода, а практически в любую погоду. Риск пропустить трещину или коррозию падает в разы, а значит, снижается и вероятность аварии. Кроме того, исчезнут внезапные задержки поездов. Сейчас при обнаружении дефекта движение могут остановить экстренно. А при регулярном мониторинге проблемы выявляются заранее, и ремонт будут планировать без срыва графика.
В перспективе систему можно масштабировать не только на железную дорогу, но и на другие протяженные инженерные сооружения — тоннели, эстакады, путепроводы. Везде, где опасна работа человека на высоте и требуется частый контроль, такая разработка поможет сэкономить миллионы рублей и снизить риски для жизни людей.