بصفتها رواد الفحص متعدد المستشعرات (MSI) لتقييم خطوط الأنابيب المتقدمة ، تتمتع RedZone Robotics بتاريخ طويل وغني مع الروبوتات وتكنولوجيا الاستشعار. اثنان من أكثر المفاهيم التي يساء فهمها هما 1) التمايز بين تقنيات LASER و LiDAR و 2) جمع وتفسير البيانات ثنائية الأبعاد مقابل البيانات ثلاثية الأبعاد. هذان سؤالان مختلفان اختلافًا جوهريًا ، لكن القليل منهم يأخذ الوقت الكافي لشرح سبب اختلافهما وكيف تعمل هذه التقنيات بالفعل. ستستكشف مقالة اليوم خيارات تكنولوجيا المستشعرات وتناقش أفضل حالة استخدام ومنهجية مرتبطة بكل نوع من أنواع التكنولوجيا.
ما هو الليزر؟
تضخيم الضوء بواسطة تقنيات الانبعاث المحاكاة للإشعاع (الليزر) موجودة منذ الستينيات. الليزر هو جهاز قادر على تحويل الضوء أو الطاقة الكهربائية إلى حزمة مركزة عالية الطاقة. ضوء الليزر أحادي اللون (تردد ضوء واحد - أي لون واحد) وعلى الرغم من أن الشعاع يمكن أن يسافر لمسافات طويلة ، إلا أنه يتباعد ويصبح أقل دقة. الليزر جهاز أو تقنية وليست منهجية.
فيما يتعلق بالتقييم المتقدم لخطوط الأنابيب ، غالبًا ما يستخدم مصطلح "الليزر" بشكل مترادف مع عمليات الفحص "الليزر الدائري" أو "التنميط بالليزر" أو "الضوء المنظم". في الأساس ، يتم عرض ضوء ليزر (شعاع ، حلقة ، إلخ) على الجدار الداخلي لسطح الأنبوب ويتم استخدام كاميرا منفصلة لتسجيل صورة حلقة الضوء.
ما هو الليدار؟
بعد أن تم استخدامه لأكثر من 30 عامًا ، يعد LiDAR منهجية تستخدم استخدام الليزر. كشف الضوء وتحديد المدى (LiDAR) هي منهجية للاستشعار عن بعد تقيس المسافات إلى الأشياء من خلال إضاءة الهدف بالليزر ، ثم تحليل الضوء المنعكس. فيما يتعلق بـ MSI ، فإن LiDAR يشبه وظيفيًا تقنيات السونار في أن وقت الرحلة (TOF) أو وقت انتشار الصدى هو المسافة بين المستشعر والهدف. يستخدم LIDAR تقنية الليزر ، ولكن العكس ليس صحيحًا. إلى جانب TOF ، يمكن وضع مستشعرات LiDAR في أوضاع دوبلر (تحولات طور الليزر) أو أوضاع جيجر (طاقة الليزر) لتقدير النطاقات (المسافات).
يمكنك قراءة المزيد عن LiDAR هنا.
ما هي التكنولوجيا / المنهجية الأكثر دقة؟
تعتمد الدقة على حجم قطر الأنبوب الذي يتم قياسه. أشارت الليزر الحلقية إلى عدم الدقة التي تمثل نسبة مئوية من المسافة التي يتم قياسها (على سبيل المثال ، +/- 0.5٪) ، والتي غالبًا ما تكون دالة على دقة الكاميرا التي تلتقط صورة الليزر. تحتوي مستشعرات LiDAR على معالجات داخلية ذات أخطاء محددة يتم إصلاحها عبر المسافة المفيدة للمستشعر (على سبيل المثال ، +/- 30 مم). في جوهرها ، يكون الليزر الحلقي أكثر دقة في الأنابيب الصغيرة إلى المتوسطة الحجم والليدار أكثر دقة في الأنابيب الكبيرة.
الفحص بالليزر ثنائي الأبعاد مقابل الفحص بالليزر ثلاثي الأبعاد - ما هو الفرق؟
كما يوحي الاسم ، تستخدم المستشعرات ثنائية الأبعاد مستوى واحدًا من الليزر لالتقاط الأبعاد X و Y. يمكن تحقيق ذلك من خلال حلقة مستمرة من الضوء المسقط أو شعاع ليزر واحد دوار. في كلتا الحالتين ، تجمع أجهزة الليزر الحلقية ومستشعرات LiDAR ثنائية الأبعاد نفس النوع من بيانات الأبعاد X و Y. تسهل حركة المستشعرات أسفل الأنبوب تجميع الشرائح المتتالية من البيانات ثنائية الأبعاد التي يتم تقديمها غالبًا بتنسيقات ثلاثية الأبعاد. قد يكون هذا مضللًا ويجب عدم الخلط بينه وبين تقنية LiDAR ثلاثية الأبعاد الحقيقية. المستشعرات ثنائية الأبعاد هي الأنسب لأداء مهام الكشف وتحديد المدى.
تعمل مستشعرات 3D LiDAR مثل نظيراتها ثنائية الأبعاد ، ولكن يتم أخذ قياسات إضافية على طول المحور Z لجمع بيانات ثلاثية الأبعاد حقيقية. غالبًا ما يتم إنجاز جمع بيانات المحور الثالث باستخدام عدة أشعة ليزر بزوايا أو خطوط إسقاط رأسي مختلفة. تسمح تقنيات الإسقاط بالليزر الحديثة والمسح الضوئي واسع النطاق بجمع بيانات ثلاثية الأبعاد عالية الدقة وعالية الدقة بدون نقاط عمياء. ومع ذلك ، فإن هذا النوع من جمع البيانات له تكلفة: المال والوقت. تعد أجهزة الاستشعار ثلاثية الأبعاد أغلى بكثير من نظيراتها ثنائية الأبعاد. أيضًا ، يجب أن تكون الماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد LiDAR التقليدية ثابتة ومستقرة (غير متحركة) أثناء الحصول على البيانات ومعالجة البيانات أكثر تعقيدًا بطبيعتها. على وجه التحديد ، فيما يتعلق بتقييم خط الأنابيب المتقدم ، ستكون 2D LiDAR أكثر تكلفة من المستشعرات ثنائية الأبعاد نظرًا للوقت اللازم لجمع البيانات ومعالجتها. 3D LiDAR هو الأنسب لرسم الخرائط والتحليل التفصيلي ، مثل نصف قطر الانحناء ، لاستخدامه في التصميمات الهندسية.
عينة من مستشعر ومدى ثنائي الأبعاد LiDAR (مهداة من Hokuyo Automatic Co.، LTD.)
عينة 3D LiDAR والمدى (مهداة من Hokuyo Automatic Co.، LTD.)
ما في الأفق؟
على مدار العقد الماضي ، كان هناك تقدم كبير في تقنيات ومنهجيات أجهزة الاستشعار ثلاثية الأبعاد. من التقنيات الضوئية التي تسهل تكامل القياس التصويري والواقع المعزز إلى الحالة الصلبة الجديدة وفلاش LiDAR ، تتيح التكنولوجيا الحديثة مسحًا أسرع ودقة أعلى (دقة) وأجهزة استشعار أصغر حجمًا وأسعار أرخص. نرى هذا كل يوم على هواتفنا المحمولة أو باستخدام خرائط Google. ومع ذلك ، بمجرد وضع هذه المستشعرات الأرضية في بيئة مسببة للتآكل ومحرومة من نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، مثل المجاري ، فإن الوقت والخوارزميات المطلوبة لإنتاج معلومات ذات مغزى تكون بطبيعتها أطول وأكثر تكلفة. يعد التوطين المتزامن ورسم الخرائط (SLAM) للبنية التحتية المدفونة المتدهورة مشكلة حسابية لم يتم حلها بعد على نطاق واسع.
على مدار السنوات القادمة ، أتوقع أن تصبح مستشعرات وتقنيات الفحص أكثر توحيدًا ، وأسهل في النشر ، وأكثر دقة وأكثر قدرة على إنتاج نفس أنواع المخرجات التي نراها من نظرائنا فوق الأرض.
