Методы применения данных с дрона

Дроны успешно заменяют пилотируемую авиацию везде, где требуется съемка с воздуха, мониторинг, точные замеры, 3D моделирование рельефа, зданий и сооружений. Это один из самых быстрорастущих и перспективных сегментов индустрии. Использование БПЛА позволяет экономить время и деньги, а также получать достоверные данные и детализированные изображения для самых разных целей.

Оборудование DJI 

В настоящее время производитель DJI предлагает комплексные решения для различных отраслей. Эти решения построены не только на базе дронов, но и с использованием полезной нагрузки, а также современных технологий анализа изображений и фирменного программного обеспечения. Рассмотрим самое популярное оборудование.

Phantom 4 RTK

Это интегрированное решение для высокоточной съемки. Дрон специально создан для геодезии и картографии начального уровня. Оснащен калиброванной 20-мегапиксельной камерой, работает в режимах RTK и PPK. В комплект также входит пульт дистанционного управления. Предусмотрена система TimeSync для записи информации о долготе, широте, высоте и другой информации в метаданные снимка. Phantom 4 RTK способен находиться в воздухе до 30 минут.

Matrice 300 RTK

Универсальная платформа, которая подходит для крепления практически любой полезной нагрузки как от DJI, так и от сторонних производителей (вес оборудования должен составлять не более 2,7 кг). Matrice 300 RTK с легкостью выполняет миссии по картографированию и промышленной инспекции длительностью до 55 минут. Этот дрон сочетает в себе уникальные функции искусственного интеллекта, высокую производительность и надежность. За счет прочного корпуса со степенью защиты IP45, БПЛА можно использовать при температуре воздуха от -20°C до +50°C, он выдерживает порывы ветра до 15 м/с. Matrice 300 RTK оснащен всесторонней системой безопасности, легко обнаруживает препятствия и избегает столкновений. Для подготовки к полету понадобится всего 2 минуты.

DJI P1

Первая полнокадровая камера DJI, одно из лучших решений для проведения аэрофотосъемки больших площадей. Она способна делать высокоточные снимки каждые 0,7 секунды и покрывать до 3 км² за один пролет. При хороших погодных условиях можно обследовать порядка 20-22 км² за один полетный день. Благодаря трехосевому стабилизатору, который представлен в комплекте, а также функции Smart Oblique Capture удается ускорить процесс создания трехмерных моделей и улучшить их качество. Технология TimeSync 2.0 синхронизирует моменты времени контроллера, GNSS-модуля, подвеса и камеры с точностью микросекунд. За счет полнокадровой CMOS матрицы, DJI P1 до 10 раз эффективнее в сравнении с Phantom 4 в надирной и наклонной съемках.

DJI L1

Простой в использовании LiDAR с высоким уровнем интеграции с дронами DJI. Суть работы устройства заключается в том, чтобы рассчитать положение и направление точки на основе измеренного времени возврата лазерного луча. Решение DJI L1 включает в себя Livox LiDAR, высокоточный IMU, 1-дюймовую CMOS-камеру с механическим затвором и 3-осевой стабилизированный подвес. В сочетании с DJI Matrice 300 RTK и DJI Terra, DJI L1 представляет собой высокоэффективный LiDAR «все-в-одном» для получения трехмерного облака точек в реальном времени, с целью обеспечения высокой точности и детальной реконструкции. Трехосевой стабилизированный подвес постоянно поддерживает направление лидара в нужном направлении, например, в надир при задаче картографирования. Он обеспечивает стабильное и равномерное покрытие территории данными сканирования и фотографий. DJI L1 в режиме реального времени транслирует полученную информацию на пульт управления, поэтому оператор может оперативно оценить ситуацию и принимать экстренные решения. LiDAR подходит для различных сфер: геодезия, энергетика, строительство, лесное хозяйство, маркшейдерия и многие другие.

Технологии и методы

Лазерное сканирование 

Преимущества

• Высокая скорость получения и обработки данных.
• Возможность получения ЦМР в населенной местности.
• Непосредственный метод измерений.
• Независимость от освещения.
• Оборудование в реестре СИ.

Недостатки

• Высокая стоимость оборудования.
• Меньшая информативность в сравнении с фото.
• Низкая высота полета/потеря точности при увеличении высоты.

Особенности

При лазерном сканировании важно принимать во внимание отражательную способность, которая относится к соотношению отраженной лазерной энергии к принятой лазерной энергии. Следовательно различные объекты имеют разную отражательную способность поверхности. Например:

• На большинстве грунтовых поверхностей отражающая способность превышает 10%.
• Поверхности здания — около 50%.
• Угля и асфальта — около 20%.

Необходимо также учитывать принцип множественности отражений. Важно, что в отличие от многих конкурентных решений, DJI L1 поддерживает 3 отражения, а это обеспечивает повышенную плотность сканирования. Для улучшения результата  можно дополнительно установить DJI Pilot.

Цифровая аэросъемка

С помощью установленной на БПЛА камеры, производится фотографирование с различных ракурсов по плотной сетке с высоким процентом перекрытия снимков.

Преимущества

• Высокая производительность, в том числе и за счет высоты полета.
• Отличная детализация, возможность получить более четкую и точную информацию.
• Сравнительно меньшая стоимость оборудования.
• Масштабируемость (от маленьких дронов до носителей с ДВС).

Недостатки

• Зависимость от освещенности.
• Намного большее время обработки данных.
• Невозможность получения достоверной ЦМР в условиях леса и высокой травы.
• Аналитический метод построения моделей.
• Возможная непостоянность получения одинакового результата (электронные затворы камер).

Получаемые результат

С помощью технологии лазерного сканирования удается получить облако точек с правильной ЦМР, а цифровая аэросъемка предоставляет облако точек с вариативной степенью достоверности, помогает создавать ортофотопланы и трехмерные модели объектов.

Программное обеспечение

После получения данных аэрофотосъемки или лазерного сканирования происходит их обработка с помощью программного обеспечения, которое подбирается индивидуально, исходя из конкретных требований и задач. Среди самых популярных программ следует отметить:

• Civil 3D — программное обеспечение для проектирования объектов инфраструктуры и выпуска документации. Поддерживает технологии BIM, содержит встроенные функции для черчения и проектирования. С помощью этого ПО можно моделировать поверхности и коридоры, планировать производство, проектировать различные площадки, мосты, железные дороги, ливневую и хозяйственно-бытовую канализацию, а также выпускать необходимую рабочую документацию. Функции совместной работы обеспечивают возможность координировать работу участников проектной группы и решать проблемы, связанные с рабочими процессами, в рамках проектов объектов инфраструктуры. Civil 3D можно использовать в сочетании с другими программными продуктами Autodesk.
• DJI Terra — в этой программе, используя предварительно заданные точки, можно создавать маршруты полета, настраивать высоту, скорость, угол наклона стабилизатора, направление БПЛА и другие параметры. Для сложных задач доступна трехмерная визуализация полета. Предусмотрена автоматизация полетных миссий всего в несколько нажатий. DJI Terra помогает создавать карты в режиме реального времени, это значит, что можно максимально быстро сгенерировать 2D-ортомозаику площади, где проводится полет. Это не только улучшает детализацию маршрутов, но и полезно для задач, требующих незамедлительного принятия решений на месте. Используя DJI Terra, можно получить данные о расстоянии, площади и объеме при различных рельефных условиях. Отчет о качестве задачи поможет удостоверится в том, что результат соответствует всем требованиям.
• Spatix — это простая CAD-система с функционалом стерео-векторизации и редактирования векторных данных непосредственно по результатам лазерной съемки. В качестве исходных материалов можно использовать облака точек, полученные с помощью лазерного сканирования или фотограмметрическими методами, а также стереопары снимков центральной проекции. Spatix имеет набор инструментов для создания и редактирования векторных элементов таких как полилинии, многоугольники, окружности и. т.д., перечень доступных опций постоянно расширяется. Одновременно в программе можно использовать до 8 рабочих окон. Все элементы разделяются на слои и имеют определенный набор атрибутов (толщина, цвет, стиль и другие). В процессе векторизации и модификации удается получить топологически корректные модели. Главной отличительной особенностью Spatix является совместное использование фотоснимков и облаков точек в стерео-среде.

Сферы применения БПЛА

• Топографическая съемка

Беспилотные технологии актуальны для создания ортофотопланов и цифровых моделей рельефа с целью получения высокоточной основы топографического плана.

• Кадастровая съемка

АФС упрощает создание трехмерных моделей для точного координирования капитальных стен объектов.

• Строительство и архитектура

Съемка с БПЛА предоставляет необходимые наборы данных 2D и 3D для этапов проектирования, эксплуатации и технического обслуживания в рамках таких проектов, как строительство дорог, мостов, линий электропередачи, нефте- и газопроводов и многих других объектов.

• Маркшейдерия

С помощью БПЛА значительно упрощается процесс оценки объемов выемки/насыпи, расчет положения бортов карьеров, геотехнический мониторинг.

Следовательно, с помощью дронов можно получить все необходимые данные об окружающей местности и отдельных объектах. Благодаря БПЛА значительно сокращаются трудовые затраты и финансовые расходы, а компании и предприятия получают необходимую информацию для того, чтобы в дальнейшем принимать взвешенные решения.

Словарь терминов и определений

Ортофотоплан — фотографическое изображение местности, на котором представлена земная поверхность и объекты на ней с точной привязкой к заданной системе координат. Создается на основе снимков, полученных во время аэрофотосъемки с БПЛА.

Облако точек — это набор отдельных, не связанных между собой точек, имеющих определенную позицию ( в трёхмерной системе координат и цвет, полученный с использованием лазерного 3D-сканирования или других технологий. Облако точек позволяет создавать 3D-представления объектов и конструкций.

3D-модель — это математическое представление трехмерного объекта. Создается с учетом рельефа местности, на которую может быть наложено изображение векторной, растровой или матричной карты. Все расположенные трехмерные объекты соответствуют объектам двухмерной карты.

ЦММ (цифровая модель местности) — совокупность данных плановых координат и высот конкретного участка местности, имеющее математическое представление.

ЦМР (цифровая модель рельефа) — трехмерное отображение земной поверхности, представленное в виде массива точек с определяемой высотой.

Главное различие между двумя этими понятиями заключается в том, что ЦММ представляет собой точные данные о высоте земной поверхности, включая здания, сооружения, растительность и различные другие высотные объекты, а ЦМР содержит информацию о высоте непосредственно поверхности земли.


Более подробно в нашем вебинаре: