Фотограмметрия с БПЛА — альтернатива классической наземной съемке

Многочисленные исследования доказывают, что дроны могут конкурировать с традиционными методами картографирования с точки зрения точности, скорости и экономичности.

Наземная съемка — это непростая задача. Традиционно специалисты по геодезии использовали тахеометры, приемники GPS и наземные лазерные сканеры и многие другие инструменты для получения пространственных данных с высоким разрешением о топографии поверхности земли. Но в связи развитием беспилотных технологий, в последние годы дроны превратились в выдающийся инструмент для съемки и картографии.

При картировании с помощью дронов используется метод фотограмметрии для создания точных реальных 3D-моделей из 2D-изображений. Фотограмметрические методы комбинируют и обрабатывают несколько аэрофотоснимков с географической привязкой,  позволяют создавать трехмерные облака точек, растровые цифровые модели рельефа и ортофотопланы.

Пожалуй, главное достоинство фотограмметрического картирования с дронов — экономия времени. Геодезические работы, на которые обычно уходят недели, с помощью дронов выполняются за считанные дни. Таким образом, использование дронов может сократить расходы для многих проектов. Благодаря компактности и маневренности дронов, их использование устраняет необходимость отправки геодезической бригады в потенциально опасные зоны: на высотные здания, проезжие части, местности с нестабильным грунтом, крутые склоны и высокие насыпи. Даже ранее недоступные объекты, такие как сотовые вышки и кроны деревьев, можно легко нанести на карту с помощью дронов.

Но несмотря на все плюсы фотограмметрии с дронов, съемка — это работа, требующая максимальной степени точности. А заявленная точность дронов обычно не соответствовала их теоретическому потенциалу. Можно ли тогда назвать дроны подходящим инструментом для наземной съемки? Ответ на этот вопрос есть в отчете, опубликованном в официально канадском издании Journal of Unmanned Vehicle Systems (декабрь 2019 г.). Исследователи утверждают, что благодаря передовым БПЛА и тщательной обработке результатов, картографирование с помощью дронов является достаточно точным, чтобы дополнять или полностью заменять методы наземной съемки для многих проектов.

Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи семь раз проводили тригонометрическую съемку церковной территории площадью 1,6 га с помощью DJI Inspire 2, оснащенного функциональной системой PPK GNSS и камерой Zenmuse X4S. Результат содержал как гладкие поверхности, которые, как известно, хорошо моделируются данными дронов (автостоянки, поля, крыши сооружений и зданий), так и элементы, которые, как ожидалось, не будут хорошо моделироваться с помощью аэрофотограмметрии (стены, воздушные линии электропередач и земля под растительностью). Специалисты использовали данные из нескольких стереоизображений, чтобы заполнить все пропущенные или искаженные детали. Аэрофотоснимки были собраны всего за полдня в полевых условиях и еще полтора потребовалось на обработку. Между тем, обычная съемка и обработка данных заняли три дня. С вертикальной среднеквадратичной ошибкой (RMSE) всего 2 см картографирование с помощью дрона оказалось достоверным и достаточно точным, чтобы его можно было использовать во многих приложениях, типичных для наземной съемки. Исследователи также заметили, что точность улучшилась, когда дрон летел на меньшей высоте (хотя и с уменьшающейся отдачей). Если бы это был типичный проект наземной съемки, использование дронов привело бы к экономии времени на 33% и затрат на 58%. 

Специалисты дополнительно изучили экономическую жизнеспособность сканирования с помощью дронов, проведя обследование на крыше с солнечными панелями. Команда собрала данные с воздуха на трех крышах магазинов, площадью от 1 до 3 га всего за один день.

Тщательно обследовали газовые линии, вентиляционные отверстия на крыше, световые люки и различные электрические компоненты. Обычная наземная съемка заняла бы порядка 12 дней. Следовательно БПЛА позволяет сэкономить 41% затрат и 58% времени.

Еще один пример: команда собрала данные с воздуха для полноценной топографо-контурной съемки поля для гольфа площадью 105 га за 1 день. Если бы использовались классические методы, трем полевым бригадам потребовалось бы 30 дней, чтобы собрать эти данные, что привело бы к значительному простою проекта. Действительно, некоторые густо заросшие участки на трассе требовали традиционной съемки, но дрон смог нанести на карту многие частично затемненные места с помощью стереофонической компиляции, выбрав подходящую стереомодель. Фактически, вся территория была нанесена на карту за 15 дней, что позволило сэкономить 75% затрат и 50% времени.

Подводя итог, необходимо отметить, что сегодня дроны стали ценным дополнением к стандартному инструментарию геодезистов и все чаще заменяют классические методы наземной съемки. Картографический дрон нового поколения DJI Phantom 4 RTK, обеспечивает возможность достигать сенсационной точности до 1 см при меньшем количестве контрольных точек. А используя картографическое программное обеспечение DJI Terra, можно создавать 2D-ортофотопланы и 3D-модели с максимальной точностью, поэтому специалисты получают безупречно качественные данные для критически важных проектов.