Wyzwania współczesnego mapowania środowisk podziemnych
Środowiska podziemne należą do najbardziej wymagających przestrzeni dla współczesnych systemów pomiarowych i autonomicznych. Brak sygnału GPS, ograniczona widoczność, wysoka wilgotność, nieregularna geometria korytarzy oraz trudne warunki terenowe sprawiają, że klasyczne metody kartowania są czasochłonne i obarczone ryzykiem błędów. Jednocześnie dokładne odwzorowanie jaskiń i obiektów podziemnych ma dziś coraz większe znaczenie nie tylko dla speleologii, ale również dla robotyki, geoinformatyki, ochrony dziedzictwa kulturowego, monitorowania środowiska czy działań ratowniczych.
W ostatnich latach światowe badania koncentrują się na rozwoju technologii mobilnego skanowania laserowego 3D oraz algorytmów SLAM (ang. Simultaneous Localization and Mapping), które umożliwiają jednoczesną lokalizację systemu i tworzenie cyfrowej mapy otoczenia. Technologie te rozwijane są przede wszystkim dla tzw. środowisk „GNSS-denied”, czyli przestrzeni pozbawionych możliwości korzystania z klasycznej nawigacji satelitarnej — takich jak tunele, kopalnie czy jaskinie.
Mobilne systemy skanowania 3D rozwijane w IPPT PAN
W ten światowy nurt badań wpisują się prace prowadzone przez dra hab. inż. Janusza Będkowskiego z Zakładu Technologii Inteligentnych IPPT PAN. Naukowiec od lat zajmuje się rozwojem autonomicznych i mobilnych systemów robotycznych przeznaczonych do pracy w trudnych i niebezpiecznych środowiskach. Obecnie prowadzi badania nad zastosowaniem zrobotyzowanych mobilnych systemów skanowania 3D w jaskiniach i przestrzeniach podziemnych.
Jednym z opracowywanych rozwiązań jest mobilny system skanowania montowany na kamizelce operatora. System wykorzystuje lekki skaner laserowy LiDAR, którego kluczowym elementem jest głowica o zasięgu do 70 metrów przy 80-procentowym odbiciu powierzchni. Urządzenie umożliwia rejestrowanie nawet 200 tysięcy punktów pomiarowych na sekundę przy dokładności rzędu 3 centymetrów. Pojedyncza głowica pomiarowa waży zaledwie 265 gramów i spełnia wymagania bezpieczeństwa klasy Class 1 zgodnie z normą IEC 60825-1:2014. Opracowany mobilny system skanowania 3D składa się z dwóch takich głowic zwiększając znacząco pole widzenia. Dzięki temu urządzenie umożliwia akwizycje użytecznych danych podczas czołgania się, wspinaczki czy też kontrolowanego opuszczania się po linie.
Rezultatem pracy systemu jest szczegółowa mapa 3D przedstawiona w formie chmury punktów, pozwalająca na bardzo dokładne odwzorowanie geometrii badanego środowiska. Tego typu dane umożliwiają nie tylko dokumentację przestrzeni podziemnych, ale również późniejsze analizy geologiczne, modelowanie infrastruktury, tworzenie cyfrowych bliźniaków czy rozwój systemów autonomicznej nawigacji robotów.
Szczególnie istotnym aspektem badań prowadzonych przez dra hab. inż. Janusza Będkowskiego jest integracja nowoczesnych metod robotyki mobilnej z praktycznymi potrzebami pracy terenowej. Rozwijane systemy projektowane są z myślą o mobilności, odporności na trudne warunki środowiskowe oraz możliwości szybkiego wdrożenia w sytuacjach wymagających natychmiastowego pozyskania danych przestrzennych. Badania obejmują również rozwój własnych metod przetwarzania danych, integracji wielu sensorów oraz redukcji błędów akumulujących się podczas długotrwałego skanowania.
Technologie przyszłości o szerokim zastosowaniu
Przeprowadzone testy terenowe zakończyły się sukcesem, potwierdzając skuteczność technologii w tworzeniu precyzyjnych odwzorowań środowiska podziemnego. Rozwiązania rozwijane w IPPT PAN mają potencjalnie bardzo szerokie zastosowanie — od działań poszukiwawczo-ratowniczych i zarządzania kryzysowego, przez ochronę dziedzictwa kulturowego, górnictwo i inspekcję infrastruktury krytycznej, aż po edukację, robotykę autonomiczną oraz tworzenie cyfrowych bliźniaków obiektów i przestrzeni.
Technologie opracowywane z myślą o mapowaniu jaskiń znajdują zastosowanie również w eksploracji kosmosu, gdzie autonomiczne systemy muszą funkcjonować w środowiskach równie wymagających i pozbawionych klasycznych systemów nawigacji. Badania prowadzone przez Janusza Będkowskiego pokazują, że rozwój inteligentnych systemów mobilnych i mapowania 3D staje się jednym z kluczowych kierunków współczesnej robotyki, informatyki i technologii przyszłości.
