DJI Enterprise – это целая линейка продуктов, призванных решать самые сложные промышленные задачи. В данной статье рассматриваются характеристики дронов и полезных нагрузок, отвечающих самым серьезным требованиям профессионалов, а также дается обзор некоторых интересных проектов, реализованных в 2022 году с помощью беспилотных решений DJI.

Дрон DJI Matrice 300RTK – решение самого высокого класса, объединяющее исключительную надежность и отличную производительность. Для задач геодезии, маркшейдерии, кадастра пользователи используют фотограмметрическую камеру Zenmuse P1 и лазерный сканер Zenmuse L1.

DJI Matrice 300RTK

Лучшая универсальная платформа

Полетное время: 55 минут без нагрузки, 35 минут с нагрузкой 2 кг
Защищенность: IP54
Всепогодность: температура эксплуатации от -20°C до +50°C
Стабильный полет при ветре до 15 м/с
Установка любой полезной нагрузки*
Время подготовки к полету: 2 минуты**

* весом не более 2,7 кг, подходящей по размерам
** замеры проводились при использовании камеры Р1 в качестве полезной нагрузки

DJI Matrice 300 RTK, наверное, один из самых известных дронов в настоящее время. С момента его выхода на рынок в 2020 году уже несколько тысяч таких дронов работает в России в различных областях — картография, горное дело, спасательные работы и многие другие. Почему так происходит, с чем это связано? Потому что это одна из лучших и самых универсальных платформ, которые есть сейчас на рынке.

Она очень надежная, благодаря различным системам безопасности, датчикам препятствий, радарам, кинематике реального времени (Real Time Kinematic, RTK), имеет достаточно большую продолжительность полета и, что важно для России, практически всепогодная. Температура эксплуатации, заявленная производителем, многократно подтверждена на практике. Стабильный полет обеспечивается при скорости ветра до 15 м/с, при этом всего лишь сокращается время работы батареи.

Ниже будут рассмотрены полезные нагрузки от компании DJI, но так как платформа является универсальной, на нее можно повесить все, что угодно — камеру, лидар, любой другой прибор стороннего производителя.

Полнокадровая камера DJI Р1

Плановая точность 3 см / Вертикальная точность 5 см*
Высокая эффективность: 3 кв. км** за один полет
Высокое разрешение: 45-мегапиксельная полнокадровая CMOS матрица
Трехосевой подвес с технологией Smart Oblique Capture
Механический затвор***
Технология TimeSync 2.0 для синхронизации системы с микросекундной точностью
PPK/RTK режим

* 3 см/пикс, 75% продольное перекрытие, 55% поперечное перекрытие
** 3 см/пикс, 75% продольное перекрытие, 55% поперечное перекрытие, скорость полета 15 м/с
*** применяется механический лепестковый затвор и технология Global Shutter

Камера Zenmuse P1 создана специально для аэрофотосъемки, то есть проектировалась для работы в условиях полета дрона и применения в области картографирования, горного дела, кадастра. Этим обусловлены ее технические характеристики. Одна из самых важных — это скорость работы затвора, 0,7 секунды между последовательными снимками, что обеспечивает возможность увеличения производительности и достижения высокой эффективности, до трех квадратных километров за один полет (конечно, имеются в виду идеальные условия). Также эта камера оборудована трехосевым подвесом, который позволяет работать технологии Smart Oblique Capture. Обязательный механический затвор и возможность замены объектива.

Чаще всего используется три варианта объективов:

Smart Oblique Capture позволяет Р1 достичь сравнимой эффективности для трехмерного моделирования по сравнению с пятикамерными решениями. С помощью интеллектуальной системы программа автоматически создает полетное задание для моделируемой территории, а благодаря тому, что дрон может контролировать положение подвеса, есть возможность вести съемку строго в направлении объекта интереса.

Лидар DJI L1

Самый легкий лидар с интегрированной камерой

Все в одном: LiDAR и RGB-камера Точность: вертикальная 5 см / горизонтальная 10 см
Эффективность: 2 кв. км* за полет
Высокая частота: до 240000 излучений в секунду
Отражения: до трех отражений**
Защита: IP54
Отображение облака в реальном времени
Постобработка в DJI Terra
PPK/RTK режим

* при скорости 10 м/с, высоте 100 м, поперечное перекрытие 20%
** одно, два и три отражения

Все в одном: LiDAR и RGB-камера

Сочетание технологий съемки в Zenmuse L1 представляет собой очень хорошее решение. Это важное преимущество, поскольку L1 легче всех конкурентов в этом ценовом сегменте. Таким образом, увеличивается время полета.

Трехосевой стабилизированный подвес

Это важная особенность, позволяющая поддерживать положение лидара строго в нужном направлении, например, в надир при задаче картографирования. Обеспечивает стабильное и равномерное покрытие территории данными сканирования и фотографий, исключает проблемы разрывов из-за ветра или ошибочного построения полетного задания.

Облако точек в реальном времени

Отображение данных облака точек в приложении DJI Pilot в режиме реального времени для контроля и принятия экстренных решений.Отображение модели в режиме реального времени при сканировании L1. Возможность переключаться между облаком точек в реальном времени и видом с камеры.Несколько цветовых режимов: коэффициент отражения, высота, RGB-режим.

Также у лазерного сканера есть возможность передачи изображения облака точек на пульт. Это, естественно, не конечный результат, а просто комфортный бонус для пользователя, позволяющий визуально контролировать процесс выполнения работ.

Примеры реализованных проектов

Лазерное сканирование линии электропередач

M300RTK + Zenmuse L1, высота полета 50-80 м. Работы проводились в условиях сильной залесённости, причем в одном случае это был двухъярусный лиственный лес, а во втором — редкий сосновый с подростом по сторонам. Удобство в том, что данные получены с одного пролета. На краях плотность что по земле, что на самих деревьях равномерная. То есть, при определенной высоте пользователем получена полоса сканирования, в которой в дальнейшем можно работать без потери точности и без потери детализации. С помощью различных программ можно векторизовать провода, провести измерения провиса проводов, выявить угрожающие деревья и т. д.

3D-моделирование

Буквально за несколько минут в автоматическом режиме с помощью Smart Oblique Capture в программном обеспечении DJI Terra была построена высококачественная, высокодетальная модель здания в Омске. Использовался 50-миллиметровый объектив, позволивший при достаточно близком подлете к объекту интереса достигнуть высокой детализации, с целью определения нарушений целостности, разрушения конструкций и т. д.

Еще один проект — высокодетальная съемка фасадов домов в Санкт-Петербурге с целью их дальнейшей дефектовки.

При его выполнении основную роль сыграла универсальность системы DJI:

Здания были высотой 15-20 этажей, из-за чего возникали проблемы со спутниковым сигналом, и режим RTK позволил их избежать. Полетные задания строились в программе UgCS, направление галсов снизу вверх, при опускании вниз режим RTK пропадал, но в Matrice есть опция «поддержание точности» до 10 минут. Этого хватало, чтобы дрон снова поднялся вверх и ловил фиксированное решение. При съемке использовалась камера Р1, детальность была 0,5 мм. на пиксель, позволяющая увидеть все мельчайшие нюансы — так требовал заказчик.

Детализированное 3D-моделирование

Сменные объективы на Р1 позволили выполнять работу, не приближаясь к зданиям слишком близко, расстояние от стен было порядка 10 метров. Использовался 50-миллиметровый объектив. Радар кругового обзора позволял летать в плотной застройке, с обилием проводов и иных препятствий. Хорошо показал себя планировщик UgCS, хотя на некоторых участках приходилось летать вручную.

Проектирование дорог в Таджикистане

Задачей исполнителя была интеграция оборудования в производственные процессы заказчика — крупного государственного института, который занимается проектированием дорог. Здесь основную роль сыграли простота и удобство использования продуктов DJI. Работе с беспилотными технологиями DJI можно обучиться за небольшой срок. У сотрудников института не было опыта работы с беспилотниками. За полтора месяца они освоили всю технологию и начали выполнять проекты самостоятельно.

Сыграла свою роль и универсальность платформы Matrice и L1, потому что на линейных объектах можно за один полет выполнять и АФС, и ВЛС. Точность всегда была в пределах 3-5 см, что вполне устраивало заказчика. За полтора месяца было отснято порядка 200 километров дорог, причем эти участки были раскиданы по всей стране, то есть, производительность была очень высокой. При этом еще были выполнены статические наблюдения на пунктах.

Воздушное лазерное сканирование горной местности с беспилотным комплексом на основе универсальной летной платформы Matrice 300 RTK + лидар Zenmuse L1

Съемка полигонов ТКО

В рамках всероссийского проекта в 2022 году было отснято 30 полигонов в трех регионах — Архангельской области, Республике Карелия, Республике Коми. Требовалось провести ВЛС и АФС, сделать 360-градусную панораму и снять видео полигона. Проект довольно простой в техническом плане, но его нужно было выполнить максимально быстро, в сжатые сроки. Пробеги на автомобиле в день составляли зачастую 400-600 километров по не самым лучшим дорогам. Здесь сыграли свою роль надежность, стабильность и универсальность системы. Обрабатывать данные в поле не было возможности, и они отправлялись на обработку после выполнения работ.

Всегда получались надежные стабильные результаты. На всех полигонах точность по контрольным точкам была в пределах 3-5 сантиметров. С помощью L1 можно было делать одновременно и АФС, и ВЛС, на некоторых полигонах 360-градусные панорамы выполняли с L1, при этом велась видеосъемка, то есть, одним дроном полностью закрывался весь объект. Полученные данные впоследствии были загружены в единую систему.

Пример съемки ТБО беспилотным комплексом для воздушного лазерного сканирования (ВЛС) Matrice 300 RTK + Zenmuse L1

Геодезические и гидрологические работы по определению границ зон затопления и подтопления в населенных пунктах Амурской области

Работы проводились в сложных географических и правовых условиях, в радиусе 200 километров от Благовещенска, в непосредственной близости от государственной границы. Благовещенск — одно из самых сложных мест для согласования полетов. В соответствии с федеральными авиационными правилами, необходимо было получить разрешение всех администраций (городов и сельских поселений) на использование воздушного пространства, разрешение УФСБ по Амурской области на использование воздушного пространства в приграничной полосе, согласовать аэрофотосъемку с ГШ ВС РФ и штабом округа.

Для выполнения работ в пограничной зоне, в том числе за линией инженерно-технических сооружений, и доступа к реке Амур, требовалось оформить пропуска на всю бригаду. В соответствии с межправительственным соглашением, уведомлялось представительство МИД в Амурской области, чтобы оно в свою очередь уведомило соответствующие органы КНР. В районе Благовещенска также необходимо было установить временной режим для работы в диспетчерской зоне аэропорта Игнатьево. В согласованиях и получении разрешений оказывал содействие заказчик работ. Все это было сделано.

Проведение съемок в Амурской области

Большинство населенных пунктов, где предстояло выполнить работы, находились в труднодоступной местности, дороги были размыты наводнениями, до мест работы чаще всего приходилось добираться пешком, а иногда даже нанимать трактор. В воде работали в забродных костюмах либо с лодки, на глубоких участках применяли эхолот.

Состав работ:

определение точных параметров перехода к МСК-28 на каждый район работ (7 районов),
аэрофотосъемка (АФС) и воздушное лазерное сканирование (ВЛС) территорий 4 городских агломераций, 32 сел и 2 погранзастав под масштаб 1:2000,
гидрологические работы (промеры глубин, нивелирование урезов, фотофиксация).

Оборудование, ресурсы и сроки:

Типичный рабочий день выглядел так: ВЛС двух населенных пунктов общей площадью 10-15 квадратных километров (высота 100 м), комплекс гидрологических работ, закладка контрольных точек. Рекорд одного рабочего дня (хотя цели такой не было) — выполнено 16 полетов, произведена АФС 30 квадратных километров с высоты 300 метров при ветре 10-13 м/сек., точность данных 10-15 см, что полностью удовлетворяло требованиям масштаба 1:2000. Для масштаба 1:500 надо летать ниже. Также были выполнены статические работы на 40 пунктах ГГС в 7 районах работ, создана огромная спутниковая сеть на весь юг Амурской области.

В ходе выполнения работ техника зарекомендовала себя с самой лучшей стороны и ни разу не подвела.

Инженерные изыскания под реконструкцию газопровода Дзуарикау-Цхинвал в республике Северная Осетия — Алания

Трансграничный газопровод из Северной Осетии в Южную построен после событий августа 2008 года, для снабжения газом республики и российской военной базы. Строился в очень сжатые сроки, поэтому не везде были приняты оптимальные инженерные решения, из-за чего со временем потребовалась его реконструкция. Место работ находилось в 60 километрах от Владикавказа, на Главном Кавказском хребте.

Состав работ:

Оборудование, ресурсы и сроки:

Основную сложность представляли перепад рельефа порядка 1700 метров на 5-6 погонных километрах трассы и высокий поперечный уклон местности относительно оси. Для планирования полетов использовалось программное обеспечение UgCS. Был приобретен ценный опыт работы в таких сложных условиях. Дрон летал на высоте почти 3,5 километра над уровнем моря при ветре 4-5 м/с., и поначалу были опасения, как он себя поведет, но они не подтвердились. Относительно точки взлета высота полета достигала 600 м. ВЛС было выполнено на следующий день после АФС. Точность в целом составила в пределах 10 см, что для таких сложных условий очень хорошо. Высота полета составляла 70-80 метров.

Уроки и выводы по результатам этого проекта:

время полета дрона сокращается незначительно, на 6-8 минут, то есть, с камерой и лидаром дрон летает 23-26 минут,
фактическая производительность АФС 0,7-1 квадратных километров за полет, производительность ВЛС — 1-1,5 линейных километров за полет,
основная потеря производительности — из-за низкой вертикальной скорости дрона и крутого поперечного уклона; часто скорость полета дрона не превышала 1 м/с.,
при проведении ВЛС при крутом поперечном уклоне лучше летать поперек оси, а не вдоль,
во второй половине дня, приблизительно после 14.30-15.00, солнце ослепляет датчики препятствий,
SRTM лучше не использовать для планирования полетов на низкой высоте для ВЛС; выявлена неточность модели в пределах 40 м.,
особенности работы развертки лидара. Использовалась повторяющаяся, но из-за локальных особенностей и резких выпуклостей не везде получена равномерная плотность точек. При отсутствии растительности в горах эффективнее использовать фотограмметрию.

Дрон продемонстрировал высокую надежность.

Обследование нерестилищ острова Сахалин

Заказчик был заинтересован в подсчете рыбы, заходящей на нерест в реки Сахалина. Использовались квадрокоптеры DJI Matrice 300 с камерой Р1 и DJI Matrice 200 с камерой X4S. Большое количество времени заняла подготовка к полетам, требовалось тщательно изучить местные условия. Маршруты полетов строились в UgCS, однако при выходе на местность их пришлось перестраивать, потому что река поменяла свое местоположение, плюс ни в одной программе нельзя предусмотреть высоту растительности.

Начальная точка выбиралась так, чтобы она была максимально высоко по реке, и до нее можно было добраться автотранспортом. Серьезную опасность представляли медведи, в большом количестве охотящиеся за пришедшей на нерест рыбой, и выбирать начальную точку приходилось с учетом этого. В организационных вопросах оказывали содействие представители заказчика.

Съемка рыбы, пришедшей на нерест, с дрона

Все работы выполнялись автономно, в условиях отсутствия видимости дрона. Работы начинались через час после рассвета и заканчивали за час до заката. Контролировалась скорость ветра, чтобы не было ряби на реке. Скорость полета съемки на DJI Matrice 200 с камерой X4S составляла 2,8 м/с., высота полета — 50-70 м., в зависимости от высоты растительности и близости сопок к берегу реки, чтобы соблюсти требования, прописанные в техническом задании. В день выполнялось 25-30 километров съемки. Скорость полета съемки DJI Matrice 300 составляла 11 м/с., высота — 80-110 м., и с его получением скорость выполнения работ сильно возросла. Камера Р1 справлялась с работой в разы лучше камеры X4S.

Имела место потеря дрона на реке Игривой. Ошибок было допущено сразу несколько — отсутствие GPS-трекера, радиопередатчика, позволяющего определить местоположение дрона, в определенное время суток начинало слепить солнце, плюс оно отражалось от снимаемой водной глади и это оказывало воздействие на датчики препятствий. Еще одна ошибка — неправильный выбор высоты съемки и точки возвращения дрона. Высота съемки 80 метров оказалась недостаточной. Дойдя до запрограммированного остатка заряда батареи (15%), дрон остановился и полетел домой по прямой, как это заложено в его программе. Поиски заняли порядка двух недель, но результатов не дали, в силу густой и высокой растительности.

Оставшуюся работу выполняли вторым комплектом оборудования. Испробовав все возможные способы, решили провести эксперимент. Взяли Matrice 300, прицепили к нему нагрузку, равную по весу весу камеры, и отправили в полет по тому же маршруту. За полетом наблюдали с ближайшей сопки. Когда дрон полетел обратно, установили предполагаемое место падения — высокая сосна в окружении густой растительности, после чего упавший дрон был найден. Камера при падении не пострадала, дрон получил незначительные повреждения и был быстро отремонтирован.

В результате был получен ценный опыт работы на сложном рельефе и в специфических погодных условиях. Она требует очень тщательной подготовки и оснащения дрона системами поиска.

За предоставление материалов благодарим компании АФС Лидер, ScanGeoService, Аршин.

Коллеги! Если у вас остались вопросы по данному материалу или вы хотите обсудить какие-то другие темы, касающиеся промышленных беспилотных технологий, присоединяйтесь к нашему телеграм-чату специалистов.