За последние несколько лет применение аэрофотосъемки с беспилотников для последующего определения объемов и построения топографических планов стало повсеместной практикой. Буквально с каждым днем все больше организаций применяют на практике все преимущества дронов, которые позволяют в десятки раз сократить сроки производства работ и их стоимость.
На прошедшей 21.04.2021 онлайн конференции Autodesk Drone Day, проведённой мировым лидером в разработке программного обеспечения компанией Autodesk, участники поделись своим опытом организации и производства работ, рассказали о возможностях легализации использования беспилотников и утверждении методики производства работ в Ростехнадзоре.
Как правило, все эти примеры работ связаны с применением аэрофотосъемки и фотограмметрических методов построения трехмерной модели местности. К преимуществам данной технологии следует отнести доступность и низкую стоимость, так, например, комплект геодезического беспилотника TOPODRONE DJI Mavic 2 Pro PPK стоит 265 000 руб, обеспечивает точность 3-5 см в плане и по высоте.
С другой стороны, применение аэрофотосъемки имеет и слабые стороны и ограничения, такие как зависимость качества изображений от освещенности местности, невозможность выполнять работу в сумерках или темное время суток, невозможность построения поверхности земли в высокой растительности и на территории покрытой лесом, высокая требовательность к вычислительным ресурсам, долгий процесс генерации плотного облака точек, который может занять от нескольких часов до десятков дней, достаточно сложная технология обработки, требующая профессиональных знаний в области постобработки ГНСС измерений, фотограмметрии, уравнивании изображений и калибровки камеры.
И практически ни одному из перечисленных ограничений, в отличие от фотограмметрии, не подвержена технология лазерного сканирования. Сегодня мы покажем вам реальный пример выполнения проекта по воздушному лазерному сканированию территории карьера для оперативного мониторинга, построения топографического плана и подсчета объемов.
Рис. 1. TOPODRONE LiDAR 100 Lite интегрированный с TOPODRONE DJI Enterprise PPK Upgrade Kit и камерой Sony RX1R II 42Mp на 3-х осевом подвесе.
Для выполнения работ мы использовали оборудование TOPODRONE LiDAR 100 Lite, установленное на квадрокоптер DJI Matrice 300 и интегрированное с RGB камерой Sony RX1R II 42Mp.
На первом этапе выполнения работ подготовили маршруты лазерного сканирования в профессиональном ПО для планирования полетов UgCS Pro, огибающие реальный изрезанный рельеф карьера.
Рис. 2. Планирование маршрутов лазерного сканирования с учетом рельефа местности в UgCS Pro.
Затем установили базовую станцию. В качестве базовой станции мы выбрали один из самых доступных и удобных в работе ГНСС приемником EMLID Reach RS2.
Далее измерили контрольные точки. Забегая вперед, хочется сказать, что данные измерения были использованы только для контроля и не использовались при обработке данных.
Рис. 3. Установка базовой станции.
Рис. 4. Измерение контрольных точек.
Подготовили квадрокоптер к работе, установили лазерный сканер TOPODRONE LiDAR 100 Lite и TOPODRONE DJI Enterprise PPK Upgrade Kit c камерой Sony RX1R II 42 Mp. Важно отметить, что интеграция оборудования не занимает много времени и не требует специальных навыков, при этом используются стандартные разъемы DJI Skyport, питание поступает от бортовой системы дрона, а управление автофокусом и срабатыванием затвора камеры осуществляется автоматически через приложение для выполнения миссий, установленного на пульт дрона.
Рис. 5. Подготовка оборудования к работе.
На следующем этапе выполнили полеты полностью в автоматическом режиме от момента взлета до посадки. После выполнения полета скачали данные и приступили к камеральной обработке, которую возможно разделить на следующие этапы:
- Пост обработка ГНСС измерений совместно с IMU, генерация высокоточной траектории с частотой измерений 200 Гц (200 раз в секунду).
- Генерация облака точек, полученного TOPODRONE LiDAR 100 Lite в местной системе координат.
- Уравнивание маршрутов воздушного лазерного сканирования, классификация, построение поверхности рельефа и горизонталей.
Для постобработки данных ГНСС и IMU и генерации плотного облака точек мы использовали программное обеспечение TOPOLiDAR c модулем Post Processing, которое поддерживает различные форматы базовых станций, имеет простой и удобный в использовании интерфейс, обладает инструментами автоматизации, позволяет выполнять пакетную обработку данные, т.е. сразу несколько полетов за один сеанс, а так же генерирует плотное облако точек в заданной местной системе координат.
Обратите особое внимание на скорость пост-обработки данных и создания высокодетального облака точек. В среднем этот процесс занимает не более 5 минут, против десятков часов или даже дней при использовании технологии фотограмметрии.
Рис. 6. Интерфейс программы TOPOLiDAR.
Рис. 7. Интерфейс модуля визуализации траектории.
На следующем этапе мы загрузили сгенерированное облако точек в программное обеспечение LiDAR360, выполнили уравнивание маршрутов, раскрасили облако в реальные RGB цвета, а также провели классификацию и выделение поверхности земли.
Рис. 8. Трехмерная модель местности, полученная по материалам лазерного сканирования.
Рис. 9. Облако точек раскрашенное в RGB цветах.
Рис. 10. Цифровая модель местности DSM, наглядно видны выбросы на матрице высот в районе расположения деревьев.
Рис. 11. Цифровая модель рельефа DTM, построенная по автоматически классифицированной поверхности рельефа.
Рис. 12. Горизонтали, построенные по классифицированной поверхности рельефа.
Весь процесс обработки от первого этапа до получения классифицированной поверхности рельефа был выполнен в течение 15 минут, при этом вся растительность была отклассифицирована полностью в автоматическом режиме, что является недосягаемым параметром для технологии фотограмметрии.
На финальной стадии мы загрузили контрольные точки и проверили их положение относительно трехмерной модели. Точность составила 2-4 см в плане и по высоте.
Заключение
Оборудование TOPODRONE LiDAR 100 Lite имеет доступную стоимость, не требует мощных вычислительных ресурсов, обеспечивает высокую точность и недосягаемые для технологии фотограмметрии возможности работы на местности покрытой высокой растительностью, а также беспрецедентную скорость обработки данных, когда фраза оперативный мониторинг приобретает реальный смысл – получить данные в течение нескольких десятков минут после полета.
