В филиале СамГТУ в г. Белебее ведётся разработка инновационного измерительного комплекса, который призван сделать монтаж лифтов точнее и безопаснее

В чём главная идея проекта и какую проблему он решает?

По словам Кирилла Владимировича, главная идея проекта состоит в создании системы, которая автоматически измеряет внутреннюю геометрию лифтовой шахты и строит её трёхмерную модель. Основным измерительным устройством является лидар. Он устанавливается на специальной платформе и перемещается по высоте шахты с помощью тросового механизма.

Во время движения лидар измеряет расстояния до стен, углов, выступов и других элементов шахты. Полученные данные передаются на компьютер, где из них формируется облако точек, а затем трёхмерная модель. Система должна также рассчитывать отклонения стен и размеров шахты от заданной геометрии.

Проект решает проблему недостаточной точности и безопасности традиционных измерений. Ручной обмер шахты рулеткой или отдельным лазерным дальномером занимает много времени и требует нахождения человека внутри потенциально опасного объекта. Кроме того, такими способами сложно получить полную информацию о геометрии шахты по всей её высоте.

Разрабатываемый прибор позволит заранее определить неровности стен, отклонения углов и другие особенности, которые могут помешать правильной установке направляющих лифта.

Почему была выбрана именно эта тема?

– Тема была выбрана потому, что при установке лифтового оборудования точность измерений имеет большое практическое значение. Даже небольшое отклонение стен или углов шахты может усложнить монтаж направляющих, увеличить сроки работ и привести к дополнительным затратам, – поделился Кирилл Фролов. – Самое важное в проекте – сделать процесс измерения более безопасным и объективным. Специалист должен получать подробную информацию о шахте без необходимости выполнять большое количество ручных измерений на разных уровнях.

Кроме того, проект объединяет несколько направлений: программирование, базы данных, трёхмерное моделирование, электронику, механику и автоматическое управление. Благодаря этому студенты работают не с отдельной учебной задачей, а с полноценной инженерной системой, в которой программная и механическая части должны действовать совместно.

Кто получит пользу от внедрения системы?

Основными потенциальными потребителями системы являются строительные и монтажные организации, которые занимаются установкой лифтов. Полученная трёхмерная модель позволит монтажникам ещё до начала основных работ определить фактические размеры шахты и выбрать правильное положение направляющих.

Система также может быть полезна:

• Компаниям-производителям и сервисным организациям лифтов;
• службам строительного и технического надзора;
• проектным и инжиниринговым организациям;
• специалистам по BIM-моделированию и созданию цифровых моделей зданий;
• образовательным организациям, занимающимся подготовкой специалистов в области информационных систем и автоматизации.

Практическая польза заключается в сокращении времени обследования, повышении безопасности работников и уменьшении вероятности ошибок при монтаже. Сохранение исходных измерений в базе данных позволит повторно обрабатывать результаты с другими настройками, не выполняя новое сканирование шахты. Предлагаемая структура базы связывает каждую обработанную точку с исходным измерением лидара, что делает результаты проверяемыми и воспроизводимыми.

На каком этапе сейчас находится проект?

Сейчас проект находится на этапе разработки и испытания первого прототипа. Группой БИТ-025 уже подготовлен первый вариант устройства. Также создана трёхмерная модель конструкции, которая используется для расчёта нагрузок, подбора приводов и оценки работы механизма перемещения.

Разработана программная часть для получения и первичной обработки данных лидара. Она принимает поток измерений, проверяет его, удаляет некорректные и нерабочие точки, а затем строит плоское облако точек и послойное трёхмерное представление.

Также разработана логическая структура базы данных. Она предусматривает хранение сведений о лидаре, сеансах сканирования, отдельных кадрах, исходных измерениях, настройках обработки и готовых облаках точек. Это позволит сохранять не только итоговую модель, но и все данные, на основании которых она была построена.

При этом текущую визуализацию пока нельзя считать окончательной метрической моделью лифтовой шахты. Для точного построения необходимо синхронно регистрировать положение платформы по высоте. Такая координата может определяться по энкодеру привода, датчику перемещения или известному шагу механизма.

Связь проекта с филиалом

Проект непосредственно связан с преподавательской деятельностью Кирилла Владимировича. В учебном процессе он занимается программированием, базами данных, информационными системами, компьютерными сетями и цифровыми технологиями. Все эти направления используются при создании системы сканирования.

Студенты 1 курса группы БИТ-025 участвуют в разработке устройства, программной обработке данных, создании трёхмерных моделей и расчёте механической части. Это позволяет им пройти полный цикл разработки: от постановки задачи и выбора компонентов до изготовления прототипа, проведения экспериментов и анализа полученных результатов.

Проект может использоваться при подготовке курсовых и выпускных квалификационных работ. Отдельными направлениями исследований могут стать механизм перемещения, обработка облака точек, проектирование базы данных, выделение поверхностей шахты и расчёт геометрических отклонений.

При создании системы необходим опыт объединения оборудования и программного обеспечения, организации хранения больших объёмов данных, настройки обмена информацией и разработки удобного интерфейса для пользователей. Таким образом, проект объединяет преподавательскую, исследовательскую и практическую деятельность.

О планах на будущее

Ближайшая задача – завершить механическую часть прототипа и проверить работу системы спуска. Необходимо выбрать приводы, рассчитать нагрузки, обеспечить равномерное движение платформы и исключить её раскачивание и поворот во время сканирования.

Следующий этап – синхронизировать работу лидара с механизмом перемещения. Для каждой группы измерений должна автоматически регистрироваться точная высота платформы. Это позволит объединять отдельные горизонтальные сечения в единую метрическую 3D‑модель шахты.

Также планируется:

• усовершенствовать алгоритмы фильтрации выбросов и ошибочных измерений;
• реализовать автоматическое выделение стен и углов шахты;
• рассчитывать вертикальность, размеры сечений и отклонения от проектной геометрии;
• разработать интерфейс визуализации результатов;
• организовать формирование отчётов для монтажников;
• провести контрольные измерения на объекте с заранее известными размерами.

В долгосрочной перспективе планируется создать законченный измерительный комплекс, который можно будет применять непосредственно на строительных объектах. Результатом его работы должна стать точная трёхмерная модель лифтовой шахты с указанием проблемных участков и рекомендациями по размещению направляющих. Такой комплекс сможет использоваться не только перед установкой лифта, но и при техническом обследовании, реконструкции и создании цифрового двойника здания.

Слово участнице проекта

Елена Кравченко, студентка БИТ-025:

– Когда Кирилл Владимирович предложил участвовать в проекте, я согласилась сразу. Мы создаём систему, которая сканирует шахту лазером и строит её 3D-модель.

Особенно увлекла работа с облаками точек. Раньше я этим не занималась. Нужно было превратить кучу чисел в объёмную картинку. Сначала я ничего не понимала, но потом втянулась.

Самое большое открытие: 3D-модель показывает неровности стен, которые влияют на безопасность лифта.

Учиться пришлось с нуля. Проект открыл для меня инженерию по-новому. Я рада, что решила попробовать себя в этом, и с ещё большим интересом хочу двигаться дальше.