Введение
Прогресс в области применения беспилотников для выполнения высокоточных измерений не стоит на месте, еще несколько лет назад казалось, что технологии воздушного лазерного сканирования – это удел крупных компаний с многомилионными вложениями.
Прошло немного времени, на рынке появились по настоящему доступные по цене лазерные сканеры, например, целый модельный ряд оборудования LiDAR от нашей компании и все большое количество геодезистов, геологов, строителей, проектировщиков интересуются технологиями воздушного лазерного сканирования.
У многих возникает вопрос, а насколько сложно или легко обрабатывать данные воздушного лазерного сканирования? Какое программное обеспечение необходимо? Доступна ли данная технология обычному специалисту?
Выполнение проекта
Для ответа на эти вопросы мы подготовили статью о реально выполненном проекте по инженерным изысканиям для реконструкции объекта, расположенного на территории площадью 120, покрытой густой лесной растительностью c достаточно плотным подлеском и изрезанным глубокими балками и оврагами рельефом местности.
Рис. 1. Воздушный лазерный сканер TOPODRONE LIDAR 100 LITE.
В качестве основного инструмента выполнения измерений был выбран воздушный лазерный сканер TOPODRONE LIDAR 100 LITE, установленный на квадрокоптер DJI MATRICE 200.
Для создания ортофотоплана и раскраски облака точек в реальные цвета мы использовали доступный и легкий в управлении геодезический беспилотник TOPODRONE DJI MAVIC 2 PRO PPK.
Одним из самых главных преимуществ данного комплекта оборудования является относительная компактность и мобильность, а также возможность его перевозки в багаже любой авиакомпании, что не маловажно для организации выполняющей проекты в различных уголках нашей страны.
Полевые работы включающие в себя планирования полетов, установку базовой станции, проведение воздушного лазерного сканирования и аэрофотосъёмки были выполнены в течение одного рабочего дня двумя специалистами. Не трудно представить, сколько времени и людских ресурсов потребовалось бы привлечь, если бы применялись стандартные методы тахеометрической съемки.
Для планирования миссий мы использовали профессиональное программное обеспечение UGCS, имеющее все необходимые инструменты для подготовки не только аэрофотосъемочных маршрутов, но и лазерного сканирования с учетом рельефа местности. Всего было выполнено по три полета для воздушного лазерного сканирования и аэрофотосъемки.
Рис. 2. Планирование воздушного лазерного сканирования в ПО UGCS.
Рис. 3 Управление беспилотником, на экране смартфона выведено изображение с курсовой камеры, на ноутбуке отображаются параметры полета и местоположение дрона.
По завершению полевых работ мы приступили к камеральной обработке данных, при этом весь процесс уравнивания траекторий и генерации облака точек воздушного лазерного сканирования был выполнен в полевых условия на обычном ноутбуке в течение 15-30 минут после полетов.
Для этого мы использовали программное обеспечение TOPOLIDAR, которое имеет два основных модуля:
- POST PROCESSING для расчета высокоточной траектории на основе данных ГНСС измерений и инерциальной измерительной системы IMU
- POINTS CLOUD GENERATION предназначенного для генерации облака точек
Выбор ПО TOPOLIDAR был обусловлен следующими отличительными особенностями: доступная стоимость программного обеспечения, удобство использования и простота интерфейса, высокая скорость обработки, поддержка различных форматов данных ГНСС приемников, наличие инструментов автоматизированной, пакетной обработки нескольких полетов, как для расчета высокоточной траектории, так и для генерации облака точек, гибкие настройки для создания облака точек.
Для выполнения постобработки и уравнивания траектории мы загрузили данные статических измерений с базовой станции в RINEX формате и ввели ее высокоточные координаты в WGS84, а также загрузили данные с дрона.
Затем активировали функцию пакетной обработки и добавили два дополнительных набора данных.
Рис. 4. Интерфейс ПО TOPOLIDAR.
Рис. 5. Загрузка данных для автоматизированной обработки сразу нескольких наборов данных.
В результате программное обеспечение рассчитало высокоточную траекторию трех полетов беспилотника с частотой измерения координат 200 Гц (200 раз в секунду).
Рис. 6. Результаты расчета траектории.
На следующем этапе мы запустили процесс генерации облака точек, выбрав выходную проекцию, систему высот, а также необходимую часть маршрута для обработки (Рис.8) и ввели калибровочную информацию индивидуальную для каждого лазерного сканера. В качестве примечания, следует отметить возможность добавление пользователем различных типов проекций и геоидов.
Для сокращения время, мы воспользовались очень удобной функцией batch processing и загрузили для расчета еще два дополнительных маршрута.
Рис. 7. Выбор системы координат и геоида для генерации облака точек.
Рис. 8. Выбор части траектории для генерации облака точек.
Процесс генерации облака точек не занял много времени, в среднем на расчет данных с одного полета продолжительностью порядка 30 минут затрачивается 2-3 минуты машинного времени.
Таким образом после 15 минут камеральной обработки нами были сгенерированы данные воздушного лазерного сканирования на площадь порядка 120 гектар представленные на Рис. 9-15, а также выполнена автоматическая классификация рельефа местности и построение горизонталей.
Рис. 9. Облако точек воздушного лазерного сканирования.
Рис. 10. Облако точек воздушного лазерного сканирования.
Рис. 11. Облако точек воздушного лазерного сканирования, отображающее линии электропередач, столбы, здания и растительность.
На следующем этапе нами была выполнена раскраска данных лазерного сканирования в реальные цвета по снимкам полученным с TOPODRONE DJI MAVIC 2 PRO PPK. Преимуществом технологии TOPODRONE является возможность совмещать геопривязанные снимки с любого беспилотника оборудованного PPK или RTK системой с материалами лазерного сканирования для получения облака точек в реальных цветах.
Рис. 12. Облако точек в RGB цветах.
Рис. 13. Облако точек в RGB цветах.
Рис. 14. Облако точек в RGB цветах.
Рис. 15. Облако точек в RGB цветах.
Следует отметить высокую плотность отражений, полученных под деревьями, что позволило с высокой точностью определить поверхность рельефа, выполнить автоматическую классификацию и создать горизонтали. Цифровая модель рельефа и горизонтали представлены на Рис.15-17.
На рисунках 18-20 представлены «разрезы» данных воздушного лазерного сканирования по которым легко дешифрируются поверхность земли, кроны и стволы деревьев, кустарниковая растительность.
Как показала практика, плотность точек отражения рельефа под деревьями и в высокой растительности, получаемых оборудованием TOPODRONE в разы превосходит данные получаемые с широко разрекламированных твердотельных лидаров других производителей, о чем мы еще подробно напишем в наших будущих статьях.
Рис. 16. Цифровая модель рельефа.
Рис. 17. Горизонтали.
Рис. 18. Горизонтали, построенные в автоматическом режиме, по классифицированному облаку точек.
Рис. 19. Разрез облака точек, наглядно показывающий плотность отражений под деревьями и кустарником.
Рис. 20. Разрез облака точек, по которому четко читаются формы рельефа.
Рис. 21 Разрез облака точек и поверхность рельефа под плотной кустарниковой растительностью.
Заключение
Результаты данного проекта наглядно показывают доступность технологии воздушного лазерного сканирования практически для любого специалиста в области геодезии, имеющего навыки управления беспилотником, постобработки ГНСС измерений и работы с ГИС/CAD приложениями.
Применение системы воздушного лазерного сканирования TOPODRONE LIDAR 100 LITE открывает недоступный, до недавних пор, мир высоких технологий LiDAR для широкого круга проектно-изыскательских организаций и небольших геодезических бригад, вооружая их прекрасным и мобильным инструментом в жесткой, конкурентной борьбе на современном рынке геодезических услуг, значительно сокращая финансовые затраты и сроки выполнения работ.
Ниже представлен онлайн доступ к полученным данным, где вы можете совершить увлекательное виртуальное путешествие и оценить качество данных, особенно под кронами вековых деревьев.
