Выбор дрона для геодезии

Дроны для геодезии: преимущества и поиск лучшей модели

Геодезия и строительство, Обзор
Для профессиональных геодезистов огромное значение имеют точность и надежность. Традиционные методы соответствуют этим критериям, но при интеграции дронов в рабочие процессы можно достичь значительной экономии средств и времени, а также повысить уровень безопасности.

Почему геодезисты переходят на дроны?​

Дроны положительно влияют на работу геодезистов. Рассмотрим пользу БПЛА на реальном примере Altametris — дочерней компании по аналитике и сбору данных национального предприятия французских железных дорог SNCF. При сравнении различных методов во время обследования участка железной дороги команда обнаружила, что комбинация полезной нагрузки DJI Matrice 300 RTK и Zenmuse P1 сокращает время подготовки к операции на два часа. Это связано с тем, что встроенный модуль RTK и полнокадровый датчик Zenmuse P1 передают достаточно метаданных, чтобы сократить количество необходимых наземных контрольных точек (GCP) до нуля.
Раньше для съемки с точностью до 3 см специалистам компании Altametris требовалось 40 опорных точек на один квадратный километр. Также были необходимы трудоемкие работы по установке тахеометра. Таким образом классические методы не только отнимают драгоценное время, но и требуют перемещения тяжелого оборудования на железной дороге или рядом с ней. Это и опасно, и сложно одновременно. Геодезические дроны сокращают время выполнения задачи и означают полную автоматизацию процессов, а также уменьшение риска для геодезистов — и все это без ущерба для точности. Кстати, Zenmuse P1 демонстрирует превосходный результат, при низком уровне освещенности.
Геодезисты переходят на дроны
Сокращая количество опорных точек, необходимых для реализации миссий, современные дроны помогают геодезистам сэкономить огромное количество времени, а также обеспечивают доступ в опасные и отдаленные места. Железная дорога — это лишь один из примеров рабочей среды, где гораздо выгоднее применять дроны. Еще один момент, на который следует обратить внимание, — это качество данных, которые можно получить с помощью дронов. За небольшой промежуток времени и с минимальными усилиями можно получить облако с миллионами точек данных. Чтобы достичь такого же результата посредством классических методов, потребуется значительно больше времени, инструментов и затрат.

Геодезические проекты, в которых применяются дроны и традиционные инструменты​

Несмотря на преимущества дронов по сравнению с традиционными методами съемки, иногда возникают ситуации, когда классические способы незаменимы.

Прежде всего нужно учитывать уровень и тип точности, которые требуются проекту. Здесь важна разница между относительной и абсолютной точностью. Когда необходима только относительная точность (информация о расположении объектов по отношению друг к другу), то достаточно реконструированных моделей, таких как трехмерные облака точек или мозаика ортоизображений. А в случаях, когда важно истинное положение объектов, следует выбирать максимально точную методологию съемки с применением классических инструментов.

Обычно проекты, требующие точности в пределах 2 см, должны дополнительно сопровождаться традиционными методами. Дроны обеспечивают точность порядка 1-5 см, в зависимости от полезной нагрузки и параметров полета. Если проект требует миллиметровую точность, лучшим вариантом остаются традиционные инструменты.

Проекты, где рекомендованы традиционные геодезические инструменты​

  • Геодезические работы в помещениях или под землей

    Из-за слабого сигнала GPS и низкой освещенности работы под землей и внутри помещений обычно не подходят для дронов. Для этой задачи следует применять методы тахеометрической съемки и технологии наземного лазерного сканирования (TLS). Некоторые компании выбирают универсальное решение, которое сочетает в себе БПЛА, метод одновременной навигации и построения карты (SLAM) и датчики LiDAR для картографирования сложных подземных областей. Ожидается, что вскоре дроны будут выполнять больше задач под землей, а геодезисты начнут объединять данные из разных источников со сложными рабочими процессами.

  • Сложные геодезические проекты с препятствиями

    Часто аэрофотосъемка затрудняется из-за зданий или густой растительности. Эти проблемы особенно актуальны, когда такого рода препятствия маскируют изменение высоты. В этом случает LiDAR может получать результат даже сквозь легкую листву, но густые деревья будут снижать точность конечного результата.

  • Долгосрочные проекты

    Одним из самых больших преимуществ съемки с помощью дронов является сокращение времени, необходимого для выполнения работы. Однако не все проекты требуют срочности, поэтому не всегда нужно искать баланс между точностью и скоростью. Дроны предоставляют данные быстрее, чем наземные команды геодезистов, а правильное оборудование может значительно сократить количество необходимых опорных точек. Но если есть возможность потратить дополнительное время, необходимое для повышения точности, можно продолжить использовать традиционные методы.

Геодезические проекты, где актуальны дроны

Некоторые типы рабочей среды и инфраструктура недоступны для традиционных методов съемки. И когда необходимо срочно собрать данные с воздуха, особенно в больших масштабах, дроны — идеальное решение. Вышки сотовой связи, солнечные электростанции, ЛЭП — это только несколько видов объектов, которые можно легко нанести на карту с помощью дронов. Из основных ситуаций, где дроны будут наиболее актуальны, относятся:
 Недоступные области Опасная местность Глубина данных как ключевая характеристика
Некоторые типы рабочей среды и инфраструктура недоступны для традиционных методов съемки. И когда необходимо срочно собрать данные с воздуха, особенно в больших масштабах, дроны — идеальное решение. Вышки сотовой связи, солнечные электростанции, ЛЭП — это только несколько видов объектов, которые можно легко нанести на карту с помощью дронов Даже если объект находится в пределах досягаемости наземного обслуживания, это не означает, что использовать традиционные методы съемки рационально и безопасно. Крыши высотных зданий, проезжие части, железнодорожные пути, участки с неустойчивым грунтом и крутыми насыпями — все это опасные места для работы. Инновационные беспилотные решения могут выполнять геодезические задачи, не подвергая риску наземные команды. Существенным преимуществом аэрофотосъемки является глубина и разнообразие возможных результатов. Так, во время сельскохозяйственного обследования, мультиспектральные датчики и камеры высокого разрешения собирают данные, необходимые для оценки состояния урожая и детального понимания ситуации. Перед стартом строительных работ топологическая съемка с применением LiDAR и фотограмметрии предоставляет трехмерные облака точек, ортомозаичные карты и цифровые модели местности с высокой плотностью для всестороннего обзора. Если нужна оценка запасов и точные измерения объема, камера, установленная на дроне, поможет собрать необходимую информацию, не подвергая персонал опасности и исключая риск человеческой ошибки.
Таблица 1. Применение дронов в геодезических проектах

Phantom 4 RTK — оптимальный инструмент для геодезической съемки

Объемные съемки

Прежде всего, ключевым параметром для любой съемки является пространственное разрешение или расстояние выборки от земли (GSD). Детализация каждого пикселя зависит от разрешения сенсора дрона, фокусного расстояния и высоты полета. И первые два показателя явно зависят от оборудования.
DJI Phantom 4 RTK — это готовое решение, обладающее широкими возможностями, к тому же, простое в использовании и доступное по цене. Он оснащен 1-дюймовым 20-мегапиксельным CMOS-сенсором. Его механический затвор ускоряет получение изображений с минимальными искажениями по сравнению с потребительскими моделями БПЛА. Широкоугольный объектив с фокусным расстоянием 24 мм обеспечивает четкую и последовательную съемку.
Дроны для геодезии: преимущества и поиск лучшей модели - Matrice 300 Rtk
Квадрокоптер DJI Phantom 4 RTK

Ортофотопланы

Каждый ортофотоснимок, сделанный P4 RTK во время полета, содержит геопространственную информацию, обрабатывается и корректируется с учетом перспективы, с которой он был сделан, возможного искажения объектива, наклона камеры и топографических вариаций. Одним из наиболее распространенных результатов обследования являются карты высокого разрешения. Соединяя вместе изображения, снятые дроном, можно представить местность с высоты птичьего полета, что поможет в планировании, принятии решений и отслеживании хода выполнения проекта.

Ортофопланы
Ряд ортофоснимков, выполненных при помощи съемки с квадрокоптера

3D-модели и цифровые модели

Поскольку изображения дронов P4 RTK включают точки данных по широте, долготе и высоте, каждый пиксель несет данные в трех измерениях. Это означает, что одним из наиболее полезных результатов съемки с дрона можно назвать 3D-модель. Это реалистичное и захватывающее сочетание визуальных эффектов высокой четкости с точными географическими точками данных. В дальнейшем, этот удобный инструмент можно использовать для планирования проекта, проведения точных измерений и анализа прогресса.
Цифровая 3D модель
Пример цифровой 3D модели памятника.

Цифровые модели для обработки топографических карт

Цифровые модели местности создаются с использованием тех же данных и представляют собой точные данные о высоте земной поверхности, включая здания, сооружения, растительность и различные другие высотные объекты. Следовательно, основное внимание уделяется местности. Наконец, цифровые модели рельефа демонстрируют непосредственно поверхность земли, без каких-либо объектов. Цифровые модели рельефа используются для контурной обработки топографических карт.
Съемка поверхности земли
Цифровая модель рельефа местности.

Объемные съемки

P4 RTK может собирать данные, необходимые для составления объемных моделей, которые в дальнейшем используются для измерения запасов в горнодобывающей и строительной отраслях.
Дроны для геодезии: преимущества и поиск лучшей модели - Matrice 300 Rtk
Обработка данных в горнодобывающей промышленности.

P4 RTK в действии: пример использования для картографирования транспортной инфраструктуры

Компания Rhein-Neckar-Verkehr GmbH (RNV) управляет общественным транспортом в регионе Рейн-Неккар в Германии. В зону ответственности компании входит трамвайная линия протяженностью 301 км и автобусная линия протяженностью 827 км, которыми ежедневно пользуются более 370 000 пассажиров. В эксперименте, проведенном специалистами по геодезии Vermessungbüro Wolfert GmbH (Гейдельберг) и при поддержке DJI, компания RNV сравнила производительность P4 RTK с традиционными методами (тахеометрами) в процессе съемки участка железнодорожных путей.
Эксперимент заключался в полете над определенным участком трассы, сборе изображений и их обработку, а также выполнении измерений на основе созданной 3D-модели. Результаты сопоставили со стандартными шаблонами измерений RNV. После изучения данных с тахеометра и облака точек с P4RTK, стало очевидно, что дроном DJI было собрано намного больше данных. Аэрофотоснимки также использовались для создания ортофотопланов, которые способствовали упрощению планирования проекта. Представили компании Vermessungsbüro Wolfert сравнили точность двух методов измерения и обнаружили, что точность P4RTK всего на 1,5 см отличалась от результатов тахеометра.
Дроны для геодезии: преимущества и поиск лучшей модели - Matrice 300 Rtk
Картография транспортной инфраструктуры. Эксперимент Vermessungbro Wolfert (Гейдельберг)

Главное преимущество использования дронов для этой задачи — упрощение процедуры в целом. Во время традиционного геодезического проекта команды вынуждены работать непосредственно на железнодорожных путях и вокруг них, движение на некоторое время останавливается. RNV отмечает, что «бесконтактные» обследования сверху снижают уровень опасности для наземных групп геодезистов и позволяют не прерывать важные транспортные операции. Кроме сокращения задержек в расписании, дроны позволяют легко получить измерения, которые обычно не удается провести из-за нехватки времени.

Специалисты также оценили глубину выходных данных, генерируемых P4 RTK. Полученные 3D-модели отличались достаточным количеством необходимой информации. Однако, команда Vermessungsbüro Wolfert сообщила, что некоторые точки не удалось снять с воздуха из-за густой листвы. Поэтому в некоторых случаях следует выбирать съемки, сочетающие аэрофотограмметрию с классическими методами.

Это исследование в очередной раз доказывает, что всего за один полет Phantom 4 RTK может предоставить данные, необходимые для создания ортофотопланов и точных 3D-моделей. P4 RTK — мощный инновационный инструмент, способный вывести геодезию на качественно новый уровень и значительно расширить спектр выполняемых задач.